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Nachtsicht und künstliche Intelligenz enthüllen Geheimnisse von Spinnennetzen

Sogar Menschen, die keine Spinnenfans sind, können die komplizierte Schönheit ihrer Netze zu schätzen wissen. Es ist noch faszinierender, wenn man bedenkt, dass die Spinnentiere winzige Gehirne haben, aber irgendwie diese geometrisch präzisen Kreationen bauen können.

Jetzt haben Wissenschaftler der Johns Hopkins University künstliche Intelligenz und Nachtsicht eingesetzt, um herauszufinden, wie genau Spinnen ihre Netze bauen.

"Ich habe mich zum ersten Mal für dieses Thema interessiert, als ich mit meinem Sohn draußen Vögel beobachtete", sagte der leitende Autor Dr. Andrew Gordus, ein Verhaltensbiologe der Johns Hopkins University.

„Nachdem ich ein spektakuläres Netz gesehen hatte, dachte ich:‚Wenn du in einen Zoo gehst und einen Schimpansen siehst, der das hier baut, würdest du denken, das ist ein erstaunlicher und beeindruckender Schimpanse‘. Nun, das ist sogar noch erstaunlicher, weil das Gehirn einer Spinne so winzig ist und ich war frustriert, dass wir nicht mehr darüber wussten, wie dieses bemerkenswerte Verhalten zustande kommt. Jetzt haben wir die gesamte Choreografie für das Web-Building definiert, was noch nie für eine Tierarchitektur in dieser feinen Auflösung gemacht wurde.“

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Zunächst mussten die Wissenschaftler die beteiligten Verhaltensweisen und motorischen Fähigkeiten systematisch dokumentieren und analysieren.

Sie nahmen sechs zerhackte Kugelweberspinnen, kleine, nachtaktive Spinnen, die im Westen der Vereinigten Staaten beheimatet sind. Sie haben diese Spinnenart ausgewählt, da sie keine feuchten Bedingungen benötigen und glücklich miteinander koexistieren können.

Im Labor wurde jede Spinne unter Infrarotlicht auf eine Plexiglasbox gelegt. Jede Nacht wurden die Spinnen mit einer Kamera aufgenommen, die mit einer schnellen Bildrate arbeitete, um alle ihre winzigen Bewegungen beim Bau ihrer Netze festzuhalten.

Die Forscher verfolgten dann die Millionen von einzelnen Beinbewegungen mit einem Algorithmus, der speziell zur Erkennung von Gliedmaßenbewegungen entwickelt wurde.

„Selbst wenn Sie es auf Video aufzeichnen, müssen Sie viele Beine über einen langen Zeitraum hinweg bei vielen Personen verfolgen“, sagte der Hauptautor Abel Corver, ein Doktorand, der Netzherstellung und Neurophysiologie studiert. „Es ist einfach zu viel, jeden Frame durchzugehen und die Beinpunkte von Hand zu kommentieren, also trainierten wir eine Bildverarbeitungssoftware, um die Haltung der Spinne Frame für Frame zu erkennen, damit wir alles dokumentieren konnten, was die Beine tun, um ein ganzes Netz aufzubauen. ”

Die Forscher fanden heraus, dass das Netzbildungsverhalten bei einzelnen Spinnen ziemlich ähnlich ist, so dass die Forscher in der Lage waren, den Teil eines Netzes vorherzusagen, an dem eine Spinne arbeitete, indem sie nur die Position eines Beins sahen. Sie glauben, dass der Algorithmus auch für andere Spinnenarten funktionieren würde, und möchten dies in Zukunft untersuchen.

Die Forscher glauben, dass die Ergebnisse Hinweise darauf geben könnten, wie größere Gehirnsysteme bei anderen Tieren, einschließlich Menschen, verstanden werden können. Andere zukünftige Experimente werden die Verwendung von bewusstseinsverändernden Drogen umfassen, um festzustellen, welche Schaltkreise im Gehirn einer Spinne für den Netzaufbau verantwortlich sind.

„Spinnennetze sind eine der erstaunlichsten Konstruktionen der Natur, es sei denn, Sie sind natürlich eine Fliege“, sagte Prof. Adam Hart, ein Entomologe, der nicht an der Forschung beteiligt war. „Durch die Fähigkeit, jeder winzigen Bewegung dieser Forschung zu folgen Endlich den komplexen 'Tanz' der Spinnen freizuschalten, mit dem sie ihre Netze bauen. Wir können so viel von der Natur lernen, und Forschung wie diese kann uns alle möglichen Einblicke geben, wie wir neue Materialien und Strukturen herstellen können."