蜘蛛是如何结网的记录八条腿的每个动作

时间：2021-11-03 00:00:00 来源：网络整理

约翰·霍普金斯大学的研究人员通过夜视和人工智能跟踪并记录蜘蛛在黑暗中工作时八条腿的每一个动作，准确地发现了蜘蛛是如何织网的——这种生物如何能够创造出如此优雅、复杂和几何精度的结构。文章发表在11月份的《Current Biology》杂志上。

“我第一次对这个话题产生兴趣是在我和儿子出去观鸟时，在看到一个壮观的蜘蛛网后，我想，“如果你去动物园，看到黑猩猩做这个，你会认为这是一个令人惊叹和印象深刻的黑猩猩。”约翰斯·霍普金斯大学的行为生物学家、资深作者安德鲁·戈杜斯说:“这更令人惊讶，因为蜘蛛的大脑是如此之小，而我们不知道更多关于这种非凡行为是如何发生的，这让我感到沮丧。”“现在，我们已经确认了织网的整个过程，过去从未在任何动物“建筑”中见过这样精细的解决方案。”

几个世纪以来，仅凭触觉盲目织网的蜘蛛一直令人类着迷。并不是所有的蜘蛛都会织网，但那些会织网的蜘蛛属于一类以其建筑作品而闻名的动物，这类动物还包括筑巢鸟和河豚——它们在交配时会搞出复杂的沙圈。

要了解这类动物建筑师“相对较小的大脑”如何支持他们的高水平建筑工程，第一步是系统地记录和分析所涉及的行为和运动技能，此前从未这么做过主要是因为捕捉和记录行动颇具挑战，Gordus说。

在这里，他的团队研究了一种毛茸茸的球形织布蜘蛛，这种蜘蛛原产于美国西部，小到可以舒服地坐在指尖上。为了观察这种在夜间织网的蜘蛛，实验室设计了一个装有红外摄像机和红外线灯的“舞台”。在这种设置下，他们每天晚上监测并记录六只蜘蛛织网的过程。他们使用专门用于检测肢体运动的机器视觉软件跟踪了每条腿的动作。

“即使用视频记录下来工作也很繁琐，时间很长，有许多个体，每个个体需要追踪8条腿，”研究网络制作和神经生理学的研究生、该研究报告的主要作者阿贝尔·科沃尔(Abel Corver)说。“浏览每一帧并手工标注腿点实在是太繁琐了，所以我们训练机器视觉软件来检测蜘蛛的姿势，一帧一帧地，这样我们就可以记录下蜘蛛腿做的所有事情，从而构建一个完整的网络。”（这不禁让人想起尼康今年6月发布的激光共聚焦显微镜的一个AI学习软件，可以通过几帧图片训练AI识别特定部位特征后由AI自动识别绘制视频中该部位的运动轨迹。。。）

他们发现所有蜘蛛的结网行为都非常相似，以至于研究人员能够通过观察一条腿的位置来预测蜘蛛织网的部位。

“即使最终的结构略有不同，但他们构建网络的规则是一样的，”Gordus说。“他们都在使用同样的规则，这证实了这些规则是在他们的大脑中编码的。现在我们想知道这些规则在神经元层面是如何编码的。”

该实验室未来的工作包括使用改变思维的药物进行实验，以确定蜘蛛大脑中的哪些回路负责网络构建的各个阶段。

“蜘蛛很迷人，”科沃尔说，“因为这是一种动物，它的大脑是建立在与我们人类相同的基本构造块上的，这项工作可以给我们提供线索，让我们了解更大的大脑系统，包括人类，我认为这是非常令人兴奋的。”

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