سرانجام شیوه دقیق بافت تار عنکبوت کشف شد

محققان دانشگاه جان هاپکینز به وسیله دوربین دید در شب و هوش مصنوعی، حرکت هر هشت پای عنکبوت را ردیابی و ثبت کرده و کشف کردند که چگونه این موجودات در تاریکی مطلق تار می‌سازند.

ایجاد یک راهنما یا الگوریتم برای ساخت تار عنکبوت به ما درک جدیدی از این موضوع می‌دهد که چگونه موجوداتی که مغزی بسیار کوچک‌تر از مغز انسان دارند می‌توانند ساختارهایی با این ظرافت، پیچیدگی و دقت هندسی خلق کنند. این یافته‌ها که اکنون به صورت آنلاین در دسترس قرار گرفته‌اند در شماره نوامبر نشریه Current Biology منتشر خواهند شد.

زیست‌شناس رفتاری دانشگاه جان هاپکینز، اندرو گوردوس:

من برای اولین بار زمانی که همراه پسرم به تماشای پرندگان رفته بودیم به این موضوع علاقه‌مند شدم. پس از دیدن یک تار عنکبوت دیدنی، با خودم فکر کردم که اگر شما به باغ‌وحش بروید و ببینید که یک شامپانزه این تار را بافته با خود می‌گویید که این شامپانزه بسیار شگفت‌انگیز است. باید بگوییم که این حتی از آن هم شگفت‌انگیزتر است چراکه مغز عنکبوت بسیار کوچک بوده و ما نمی‌دانستیم این رفتار فوق‌العاده مهندسی چگونه رخ می‌دهد. اما اکنون ما دقیقاً تمام حرکات عنکبوت برای بافتن این تارها را، تعریف کرده‌ایم، کاری که تاکنون برای هیچ حیوانی‌ای با این دقت و وضوح انجام نشده بود.

عنکبوت‌های تار باف که بدون حس بینایی و تنها با استفاده از حس لامسه خود این تارها را می‌بافند قرن‌هاست که انسان را مجذوب خود کرده‌اند. همه عنکبوت‌ها تار نمی‌بافند اما آن‌هایی که این کار را انجام می‌دهند در بین جانورانی قرار دارند که به خاطر معماری‌ هنرمندانه‌شان شناخته می‌شوند. پرندگان لانه‌ساز و ماهی‌های بادکنکی که هنگام جفت‌گیری دایره‌های شنی پیچیده‌ای ایجاد می‌کنند در همین دسته از جانوران قرار دارند.

گوردوس:

اولین قدم برای درک اینکه چگونه مغز نسبتاً کوچک این حیوانات از پس ساخت چنین چیزهای پیچیده‌ای بر می‌آید، مستندسازی و تحلیل سیستماتیک رفتارها و مهارت‌های حرکتی درگیر در این فرآیند است که به دلیل چالش‌های تصویربرداری تاکنون هرگز انجام نشده است.

تیم گوردوس بر روی گونه‌ای به نام hackled orb weaver که یک عنکبوت بومی غرب ایالت متحده بوده و به‌راحتی بر روی سر انگشت جا می‌شود مطالعه کرده است. برای مشاهده عنکبوت‌ها هنگام تاربافی شبانه‌شان، این آزمایشگاه یک ناحیه با دوربین‌های مادون‌قرمز و نور مادون‌قرمز طراحی کرد. با این ابزار، آنها هر شب شش عنکبوت را که به ساخت تارها مشغول بودند را زیر نظر گرفته و رفتارشان را ثبت کردند. آنها میلیون‌ها حرکت پای این عنکبوت‌ها را با نرم‌افزار بینایی ماشینی که به‌طور خاص برای همین کار طراحی شده بود ردیابی کردند.

نویسنده اصلی این مقاله، ابل کورور، دانشجویی که در زمینه تارسازی و فیزیولوژی عصبی مطالعه می‌کند می‌گوید:

حتی اگر شما ویدیوی این حرکات را ضبط کنید، ردیابی این همه پا در بازه زمانی طولانی کار دشواری است. مشاهده هر فریم و بررسی موقعیت پاها کار سختی است؛ بنابراین ما نرم‌افزار بینایی ماشینی را توسعه دادیم تا وضعیت عنکبوت را فریم به فریم تشخیص دهد تا بتوانیم تک‌تک حرکات پاهای عنکبوت‌ها را که برای ساخت تار انجام می‌شود ثبت کنیم.

آنها دریافتند که شیوه بافتن تار در بین عنکبوت‌ها تقریباً مشابه است. به حدی که محققان توانستند شکل قسمتی از تار را که عنکبوت بر روی آن کار می‌کرد را فقط با دیدن موقعیت پاهایش پیش‌بینی کنند.

اندرو گوردوس:

حتی اگر ساختار نهایی تار کمی متفاوت باشد، قاعده‌ای که عنکبوت‌ها برای بافت تار استفاده می‌کنند یکسان است. همه آنها از یک قاعده استفاده می‌کنند که همین مسئله تأیید می‌کند که این قواعد در مغز آنها رمزنگاری شده است. حال ما می‌خواهیم بدانیم که این قواعد در سطح نورون‌ها چگونه رمزنگاری شده است.

قدم بعدی این آزمایشگاه این است که با استفاده از مواد تغییردهنده هوشیاری جانواران، بفهمند که کدام قسمت‌ها از مغز عنکبوت مسئول مراحل مختلف بافت تار هستند.

کورور:

عنکبوت موجودی شگفت‌انگیز است. زیرا ساختار بنیادی مغز این حیوان با ساختار مغز ما یکسان است. این پژوهش به ما کمک می‌کند که سیستم‌های مغزی بزرگ‌تر از جمله انسان را درک کنیم. به نظر من که این پژوهش‌ها بسیار هیجان‌انگیز است.

منبع: Sciencedaily