Om beter te begrijpen hoe spinnen hun complexe webben maken, hebben onderzoekers het bouwproces met infraroodcamera’s en kunstmatig intelligente software in kaart gebracht.
Niet alle spinnen maken spinnenwebben, maar de soorten die het doen, maken er architectonische kunstwerkjes van. Om te achterhalen hoe spinnen dit voor elkaar krijgen, hebben Amerikaanse onderzoekers nu in detail hun gedrag en bewegingen vastgelegd.
Web development
Het was al bekend dat spinnen grotendeels op de tast werken en hun achterste twee pootjes gebruiken om de zijdedraden te controleren, zegt neurowetenschapper Abel Corver van de Amerikaanse Johns Hopkins University. Van spinnen die de bekende wielvormige webben maken, weten we ook dat ze beginnen met een onregelmatig ‘testweb’. Zo verkennen ze de omgeving. ‘Dit protoweb wordt grotendeels afgebroken en omgevormd tot spaken’, zegt Corver. ‘Daarna wordt een hulpspiraal aangelegd, van binnen naar buiten, en een inwendige spiraal die prooi vangt.’
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Om het bouwproces in nog meer detail te volgen, lieten de onderzoekers zes wielwebkaardespinnen webben bouwen. Deze spinnen, die zo klein zijn dat ze gemakkelijk op het topje van je vinger passen, werken ‘s nachts. Om alles te volgen, hebben de onderzoekers een labopstelling gebouwd met infraroodcamera’s die vastleggen hoe de acht spinnenpootjes bewegen.
Pseudosociaal
Er waren een aantal redenen waarom de onderzoekers kozen voor wielwebkaardespinnen. ‘Allereerst hebben deze spinnen geen vochtige omgeving nodig om hun zijde te maken. Ze kunnen het ook in een droog lab’, zegt bioloog Andrew Gordus, ook van Johns Hopkins. Verder hebben ze geen last van de aanwezigheid van mensen of van andere spinnen. ‘De meeste spinnen zijn notoir solitaire, kannibalistische dieren. De soort waarmee we werken wordt als ‘pseudosociaal’ beschouwd. Dat betekent dat het niet erg waarschijnlijk is dat ze elkaar opeten – een zeer lage lat om als ‘sociaal’ te worden beschouwd. En ze tolereren dat hun webben bij elkaar in de buurt zijn. Hierdoor – en omdat ze klein zijn – kunnen we er honderden kweken in een kas voor ons onderzoek.’
Een aantal nachten filmen, leverde beelden van miljoenen pootbewegingen op. Al die bewegingen een voor een analyseren is voor een mens niet te doen. Daarom schakelden de onderzoekers de hulp in van kunstmatig intelligente software. Die leerde de verschillende bewegingen herkennen en kon ze opdelen in zogeheten gedragselementen, zoals de tastbewegingen met de voorpoten, lopen, het kammen van de zijde en het vastmaken van twee zijden draden, vertelt Corver. De gedragselementen kon een computermodel vervolgens koppelen aan bepalen bouwfases van het web.
Spinnen aan de drugs
Het bleek dat het webbouwgedrag van de zes verschillende spinnen grotendeels overeenkomt. Ze gebruiken dezelfde gedragselementen in bepaalde fases van de bouw. Zo ontwikkelden de onderzoekers een web-building playbook. Daarmee kunnen ze vrij nauwkeurig voorspellen in welke bouwfase een spin zit door naar de posities van de pootjes te kijken.
Om nog beter te begrijpen hoe de spinnen hun architectonische hoogstandjes maken, ontwikkelen de onderzoekers momenteel methoden om de breinactiviteit in deze spinnensoort te meten. Daarnaast is er een plan dat voortbouwt op onderzoek van ruim vijftig jaar geleden, waarin gekeken werd hoe gedrogeerde spinnen een web maken. Destijds bleek dat verschillende drugs (LSD, cafeïne, etc.) het bouwgedrag op verschillende manieren veranderen, zegt Corver. ‘Dit suggereert dat verschillende gedragselementen voortkomen uit verschillende netwerken van hersencellen, die verschillende signaalstoffen gebruiken.’ Door naar de invloed van drugs op het spinnenbrein te kijken hopen de onderzoekers in kaart te brengen welk breindeel belangrijk is voor welk bouwgedrag.
Corver: ‘Een beter begrip van de mechanismes in het spinnenbrein kan als bouwsteen dienen voor het begrijpen van soortgelijke mechanismes in andere breinen, inclusief ons eigen brein.’
