اسرار شبکه تار عنکبوت آشکار شد!

محققان هر مرحله از ساخت تار عنکبوت را مستند سازی کردند: محققان به طور دقیق و کامل با استفاده از دوربین‌های دید در شب و هوش مصنوعی به منظور ردیابی و ثبت هر حرکت تمام هشت پا در حین فعالیتشان در شب کشف کردند که چگونه آن‌ها شبکه‌های تار را می‌سازند. ایجاد یک کتاب راهنما یا الگوریتم ساختار شبکه‌ی تار توسط آن‌ها درک جدیدی از اینکه چطور موجوداتی با مغزهایی که کسری از مغز انسان است، قادر به خلق ساختارهایی با چنین ظرافت، پیچیدگی و دقت هندسی هستند.

شرح خبر اسرار شبکه تار عنکبوت:

محققان دانشگاه جان هاپکینز به طور دقیق و کامل با استفاده از دوربین‌های دید در شب و هوش مصنوعی به منظور ردیابی و ثبت هر حرکت تمام هشت پا در حین فعالیتشان در شب کشف کردند که چگونه آن‌ها شبکه‌های تار را می‌سازند.

ایجاد یک کتاب راهنما یا الگوریتم ساختار شبکه‌ی تار توسط آن‌ها درک جدیدی از اینکه چطور موجوداتی با مغزهایی که کسری از مغز انسان است، قادر به خلق ساختارهایی با چنین ظرافت، پیچیدگی و دقت هندسی هستند. یافته‌ها، اکنون به صورت آنلاین در دسترس است و قرار است در شماره نوامبر مجله Current Biology چاپ شود.

نویسنده ارشد Andrew Gordus، زیست شناس رفتارشناسی دانشگاه جان هاپکینز گفت: “من اولین بار به این موضوع درحالی علاقه‌‌مند شدم که با پسرم بیرون از خانه در حال تماشای پرنده‌ها بودیم. بعد از دیدن یک شبکه حیرت انگیز از تار عنکبوت فکر کردم که، “اگر رفته باشید به باغ وحش و یک شامپانزه ببینید که این شبکه را می‌سازد، فکر می‌کنید که آن یک شامپانزه جالب و حیرت انگیز است.” خب این موضوع حتی جالب‌تر است به این دلیل که مغز عنکبوت بسیار کوچک است و من از این موضوع ناامید شده بودم که مطالب بیشتری درباره‌ی اینکه چطور این رفتار قابل توجه اتفاق می‌افتد، نمی‌دانیم،”. “در حال حاضر ما تمام حرکات برای ساخت شبکه تار عنکبوت را تعریف کردیم؛ که هیچ وقت برای هیچ حیوانی چنین معماری با وضوح و دقتی اتفاق نیافتاده است.”

عنکبوت‌هایی که تار را بدون دیدن فقط با استفاده از حس لامسه می‌بافند، برای قرن‌ها بشر را مجذوب خود کرده اند. همه عنکبوت‌ها شبکه تار نمی‌سازند اما آن‌هایی که این کار را انجام می‌دهند در میان زیر مجموعه‌ای از گونه‌های جانوری هستند که با ابداعیات معماریشان شناخته می‌شوند، مثل پرندگانی که لانه می‌سازند و ماهی بادکنکی که در هنگام جفت‌گیری مدارهای شنی ظریفی ایجاد می‌کند.

Gordus گفت، اولین قدم برای درک اینکه چطور مغزهای نسبتا کوچک این جانوران معمار پروژه‌های ساخت و ساز پیشرفته خود را پشتیبانی می‌کنند، مستند سازی و تحلیل سیستماتیک رفتارها و مهارت‌های حرکتی درگیر در این فرایند است. این کار تا کنون هرگز انجام نشده است، زیرا   عکاسی و ثبت حرکت‌ها بسیار چالش برانگیز است.

در اینجا تیم او یک عنکبوت گرد باف[1] را به طور دقیق بررسی کردند، عنکبوتی که بومی غرب ایالات متحده است که به اندازه‌ای کوچک است که می‌تواند به راحتی روی نوک انگشت بنشیند. به منظور مشاهده عنکبوت‌ها طی فرایند ساخت تار در شب، آزمایشگاه یک بستر با دوربین‌ها و نورهای مادون قرمز طراحی کرد. با این تنظیمات آن‌ها حرکات هر یک از پاها را ارزیابی کردند و حرکات شش عنکبوت را هر شب حین فرایند ساخت تار زیر نظر می‌گرفتند و ضبط می‌ کردند. آن‌ها میلیون‌ها حرکت هر کدام از پاها را با نرم افزار دید ماشینی[2] که اختصاصاً برای تشخیص حرکات اندام طراحی شده، ردیابی کردند.

نویسنده راهنما Abel Corver  دانشجوی فارغ‌التحصیل که در زمینه ساخت تار و فیزیولوژی عصبی مطالعه می‌کند، گفت”حتی اگر به صورت ویدیو آن را ضبط کنید، تعداد زیادی پا برای زمان طولانی در عنکبوت‌های بسیاری است که باید ردیابی شوند.” “اینکه هر فریم را به دقت بررسی کنیم و نکات مربوط به هر پا را به صورت دست نویس یادداشت کنیم کار سختی است بنابراین ما نرم افزار دید ماشینی را طراحی کردیم تا وضعیت عنکبوت را فریم به فریم تشخیص دهد، بنابراین می‌توانستیم هر حرکتی که پاها برای ساخت تمام شبکه تار انجام می‌دهند را مستند کنیم.”

آن‌ها دریافتند که رفتارهای ساخت تار کاملا بین همه عنکبوت‌ها شبیه هستند، به قدری که محققان قادر بودند که بخشی از یک تار را که یک عنکبوت روی آن کار می‌کند را فقط با دیدن موقعیت یک پا پیش‌بینی کنند.

Gordus گفت: “حتی اگر ساختار نهایی کمی متفاوت باشد، قوانینی که آن‌ها برای ساخت تار استفاده می‌کنند یکسان است.” “همه آن‌ها از قوانین یکسانی استفاده می‌کنند، که تأیید می‌کند که قوانین در مغز آن‌ها رمز گذاری می‌شود. اکنون ما می‌خواهیم بدانیم که چگونه آن قوانین در سطح نورون رمز گذاری می‌شوند.”

مطالعات آینده‌ی آزمایشگاه شامل آزمایشاتی با داروهای تغییر ذهن برای تعیین این است که کدام مدار در مغز عنکبوت مسئول مراحل مختلف ساخت تار است.

Corver گفت: “عنکبوت شگفت انگیز است،” “به این دلیل که اینجا شما یک جانور با یک مغز دارید که از بلوک‌های پایه ای یکسان مثل مغز ما ساخته شده، و این عملکرد می‌تواند به ما نشانه‌هایی از اینکه چه طور ما می‌توانیم سیستم‌های مغزی بزرگتر را،مثل انسان‌ها، درک کنیم، و من فکر می‌کنم که این بسیار هیجان انگیز است.

نویسندگان همچنین عبارتند از Nicholas Wilkerson، دانشجوی محصل قبلی دانشگاه هاپکینز و فارغ التحصیل فعلی دانشکده Atlantic Veterinary، و Jeremy Miller، دانشجوی فارغ‌التحصیل در دانشگاه جان هاپکینز.

این مطالعه توسط برنامه کمک هزینه پژوهشی فارغ‌التحصیلان بنیاد علوم ملی و مؤسسه ملی بهداشت با گرنت R35GM124883 حمایت شد.

[1] hackled orb weaver

[2] machine vision software

مترجم:صدف حجاران

منبع