Науковці з Університету Джона Гопкінса за допомогою камер нічного бачення та штучного інтелекту простежили, як павуки плетуть павутину. Вчені ідентифікували кожен рух восьми кінцівок комахи і точно реконструювали алгоритм дій, унаслідок яких виникає павутина.
Їхнє дослідження проливає світло на те, як істота з настільки крихітним мозком здатна створювати такі складні і точні геометричні структури. Стаття з описом дослідження буде опублікована у листопадовому випуску журналу Current Biology.
«Я вперше зацікавився цією темою, коли гуляв зі своїм сином, – розповідає головний автор дослідження, поведінковий біолог з Університету Джона Гопкінса Ендрю Гордус. – Побачивши павутину, я подумав: “Якби ви пішли в зоопарк і побачили б, як шимпанзе робить те саме, ви б подумали, що це неймовірно розумний шимпанзе”. Але мозок павука набагато крихітніший, то ж я був неабияк розчарований тим, що ми знаємо так мало про те, звідки береться ця вражаюча поведінка. Тепер нам вдалося з безпрецедентною точністю реконструювати усю хореографію рухів, які беруть участь у створенні павутини».
Павуки, які плетуть павутини, використовуючи лише відчуття дотику, здавна зачаровували людей. Не усі види цих тварин плетуть павутину, але ті, які це роблять, належать до підгрупи тварин, які відомі своїми архітектурними здібностями. Це, наприклад, птахи-будівельники гнізд та скелезубові риби, які під час парування створюють складні кола з піску.
Першим кроком до розуміння того, як виникає така поведінка цих тварин, є ретельне документування усіх рухів, які беруть участь у формуванні складних структур. За словами Гордуса, у випадку з павуками цього ще ніхто не робив, оскільки записування і реконструкція рухів їхніх кінцівок з технічного погляду є дуже непростим завданням.
Команда Гордуса почала вивчати павуків-улоборидів, які мешкають у західних Сполучених Штатах. Ці павуки настільки малі, що можуть зручно поміститися на кінчику пальця. Щоби задокументувати плетіння павутини у темноті, дослідники використали кілька інфрачервоних камер. З їхньою допомогою вони спостерігали за поведінкою шести павуків, коли ті щоночі плели павутину. За допомогою так званого машинного зору, пристосованого спеціально для відстежування кінцівок, науковці детектували мільйони рухів павучих ніг, коли ті вночі плели павутину.
«Навіть якщо ви знімаєте павука на камеру, людині надто складно відстежувати ці рухи протягом тривалого часу, – розповідає співавтор дослідження Абель Корвер, аспірант Університету Джона Гопкінса. – Надто складно переглядати кожен кадр і стежити за поведінкою комахи, тому ми натренували це робити штучний інтелект, який проаналізував дані інфрачервоних камер і реконструював алгоритм рухів павучих кінцівок».
Вчені виявили, що поведінка павуків під час створення павутини настільки схожа, що вони змогли точно передбачати, над якою її частиною працював павук, просто глянувши на його ноги.
«Навіть якщо кінцева структура трохи відрізняється, правила, які використовують павуки для створення павутини, цілком однакові, – каже Гордус. – Це підтверджує, що ці правила записані у їхньому мозку. Далі у нашому дослідженні ми б хотіли встановити, як вони закодовані на нейронному рівні».
У наступному етапі експериментів науковці хочуть вплинути на мозок павуків за допомогою препаратів, щоби збагнути, які структури у ньому відповідають за різні етапи побудови павутини.
«В основі мозку павуків лежать ті ж фундаментальні будівельні блоки, що і в основі людського мозку. Тож це дослідження може дати підказки про те, як виникає складна поведінка не лише у комах, а й в людей», – резюмує Корвер.
Spiders' web secrets unraveled
Зреферував Є. Л.
06.11.2021