Sztuczna inteligencja pomogła znaleźć algorytm budowania pajęczej sieci

W tym artykule:

1. Zrozumieć mózg pająka
2. Dlaczego pajęcza nić jest taka niezwykła?

Badacze z Johns Hopkins University odkryli, jak pająki krok po kroku tworzą sieć. W tym celu wykorzystali sztuczną inteligencję i kamery termowizyjne.

– W końcu udało nam się zdefiniować całą choreografię procesu budowy pajęczyny – mówi Andrew Gordus, jeden z autorów odkrycia.

Te małe pająki żywią się nawet 30 razy większymi wężami

Większość „wężolubnych” pająków zamieszkuje Australię i Stany Zjednoczone. Znajdziemy je jednak na wszystkich kontynentach poza Antarktydą.

Zrozumieć mózg pająka

W badaniu wykorzystano Uloboridae, mierzącego zaledwie kilka milimetrów pająka, pozbawionego gruczołów jadowych. Pierwszym krokiem było zrozumienie, w jaki sposób działa relatywnie mały mózg tych stawonogów podczas konstruowania zaawansowanych projektów sieci. Następnym systematyczna dokumentacja i analiza ich zachowania oraz umiejętności motorycznych.

– Do tej pory nigdy nie podejmowaliśmy się takich badań, głównie ze względu na trudność związaną z uchwyceniem tego skomplikowanego procesu – zaznacza Gordus.

Do obserwacji pająków, zaprojektowano „klatkę” wyposażoną w kamery termowizyjne. W ten sposób naukowcy nagrywali i monitorowali zwierzęta każdej nocy, której tkały sieć. W trakcie badania kamery rejestrowały miliony ruchów odnóży.

– Nawet jeśli uda ci się nagrać cały proces tkania sieci, trzeba pamiętać, że mamy do czynienia z dużą liczbą nóg, które trzeba obserwować przez długi czas – podkreśla Abel Corver, główny autor eksperymentu – Przeglądanie nagrania klatka po klatce jest bardzo karkołomnym zadaniem. Dlatego zaprojektowaliśmy urządzenie, które robi to za nas. Dzięki temu, możemy dokładniej analizować prace pająka – dodaje.

Naukowcy zdali sobie sprawę, że zachowanie osobników Uloboridae podczas przędzenia sieci jest do siebie tak podobne, że można na tej podstawie określić, jak będzie wyglądał dalszy etap budowy pajęczyny, bazując na trajektorii nóg.

– Nawet jeśli skończone sieci badanych pająków ostatecznie trochę różnią się od siebie, algorytm, zakodowany w ich mózgach, którym się posługują jest taki sam. Teraz chcemy pójść o krok dalej i sprawdzić, jaki algorytm jest zaszyfrowany na poziomie neuronów – zapowiada Gordus.

Profesorowie z Uniwersytetu Johns Hopkins dodają, że kolejnym krokiem prac, będzie ustalenie, która część mózgu pająka jest odpowiedzialna za poszczególne etapy budowania pajęczyny.

Czy każda pajęczyna jest unikatowa?

Pajęczyny to zadziwiająco skomplikowane konstrukcje jak na tak delikatne obiekty. Każda z nich jest skomplikowanym cudem inżynierii w skali mikro.

Dlaczego pajęcza nić jest taka niezwykła?

Należy pamiętać, że nie każdy pająk tka sieć łowną podobną do tej, którą badali naukowcy z Johns Hopkins. Niektóre gatunki budują kokony, oprzędy, nici asekuracyjne, a nawet podwodne komory mieszkalne, w których gromadzą tlen.

Pajęcze nici są czterokrotnie wytrzymalsze od stali i bardziej rozciągliwe od nylonu. Są nieprzemakalne, mrozoodporne, biodegradowalne oraz odporne na ataki mikrobiologiczne. Właśnie dlatego pajęczyna od tysięcy lat jest surowcem, który budzi podziw człowieka, a naukowcy szukają metody jak stworzyć produkt, który byłby idealnym substytutem.

Źródło: „Current Biology”