Voor het eerst hebben onderzoekers letterlijk elke stap van alle acht poten met behulp van kunstmatige intelligentie vastgelegd.

Spinnenwebben zijn prachtige en fascinerende kunstwerkjes. En hoewel je ze waarschijnlijk in het bos geregeld tegenkomt weten we eigenlijk nog maar weinig over hóe spinnen hun web bouwen. “De bouwfases van het web duren vele uren en bestaan uit duizenden gedragselementen die worden gecoördineerd door een brein dat meer dan 100.000 keer kleiner is dan ons eigen brein,” vertelt Abel Corver in gesprek met Scientias.nl. Hoe een spin met zulke kleine hersenen het dan toch voor elkaar krijgt om prachtige, architectonische hoogstandjes te bouwen? Onderzoekers zochten het uit.

Gedrag van spinnen
Volgens Corver is de manier waarop spinnen webben bouwen fascinerend; het wekt dan ook al langer de interesse van wetenschappers. “Voornamelijk dankzij nauwkeurige handmatige observaties weten we nu meer over verscheidene gedragselementen,” vertelt Corver. “Denk aan een tal van bewegingen van de poten, zoals lopen, tasten en de manier waarop de spin tijdens het bouwen van het web de zijdelijnen vormt.” Toch was er veel nog in nevelen gehuld. “Voordat we ons onderzoek begonnen was het onmogelijk compleet in kaart te brengen hoe deze verschillende gedragselementen door de spin gecombineerd worden gedurende de verschillende bouwfases,” legt hij uit. “Het bouwen van een web duurt vele uren en bestaat uit duizenden bewegingen die elkaar in rap tempo opvolgen. Daarnaast bouwen veel spinnen voornamelijk in het donker. Dit maakt omvattende handmatige analyse van dit gedrag grotendeels onmogelijk.”

Studie
De onderzoekers besloten het in hun studie dan ook over een andere boeg te gooien. “Het doel van ons onderzoek was om een geautomatiseerde methodologie te ontwikkelen die met behulp van computeranalyses het complexe gedrag kwantitatief in beeld kan brengen,” aldus Corver. Om het bouwproces van het prachtige spinnenweb stapje voor stapje te kunnen volgen en de complexe dans van de spin te ontrafelen, verzamelden de onderzoekers eerst zes wielwebkaardespinnen en zetten hen in een soort arena, waar infraroodcamera’s en -lampen waren opgesteld. Met behulp van machine vision-software, speciaal ontworpen om de beweging van ledematen te detecteren, volgde het team de miljoenen pootbeweginkjes van de spinnen die druk bezig waren met het bouwen van een web.

Deze machine vision-software maakte het veel eenvoudiger om te doorgronden hoe een spin zijn web spant. “Zelfs als je dit op video opneemt zijn er veel poten die je over een lange tijdspanne moet volgen,” vertelt Corver. “Het is gewoon te veel werk om elk frame te bekijken en de beenpunten met de hand te annoteren. Daarom hebben we machine vision-software ontwikkeld dat de houding van de spin frame voor frame kan detecteren. Op die manier konden we precies documenteren wat de poten doen om een ​​heel web te bouwen.”

Dans ontrafeld
Het betekent dat onderzoekers voor het eerst letterlijk elke stap van alle acht poten van een spin, terwijl hij zijn web bouwt, met behulp van kunstmatige intelligentie hebben vastgelegd. En dat verschaft ons een uniek inkijkje in de complexe, maar prachtige techniek. De belangrijkste ontdekking? De spinnen houden er allemaal een opvallend vergelijkbare tactiek op na. De manier waarop ze hun webben bouwen komt zelfs zo overeen, dat de onderzoekers alleen al aan de stand van een pootje konden aflezen in welke bouwfase de spin zich bevond.

Spinnenbrein
Deze interessante vondst vertelt ons ook meer over wat er precies gaande is in de kleine spinnenhersenen. Dat de spinnen namelijk allemaal dezelfde regels volgen bij het bouwen van een web, bevestigt namelijk dat die regels in hun hersenen zijn gecodeerd. “Ondanks dat de bouwfases in veel gevallen op lineaire wijze worden uitgevoerd, komt het regelmatig voor dat de spin de huidige bouwfase onderbreekt en terugkeert naar een vorige fase,” vertelt Corver. “Wij vroegen ons af of in deze onderbroken gevallen de gedragsregels zouden kunnen verschillen. Uit onze analyse blijkt echter dat zelfs in deze gevallen de bouwregels grotendeels overeenkomen.”

Onze hersenen
Volgens de onderzoeker hebben de bevindingen ook belangrijke implicaties voor onszelf. “Net zoals het bouwen van een spinnenweb bestaat veel van ons eigen gedrag uit reeksen van gedragselementen,” licht Corver toe. “Maar we weten relatief weinig over hoe netwerken van hersencellen dit soort complexe gedragsreeksen creëren. Vaak zijn we als neurowetenschappers op zoek naar specifieke type hersencellen, maar een naald vind je makkelijker in een kleinere hooiberg. Onze spinnensoort vertoont niet alleen complex en mogelijk cognitief gedrag, maar bouwt deze indrukwekkende constructies met meer dan 100.000 maal minder hersencellen dan ons eigen brein. Een beter begrip van deze breinmechanismes kan als bouwsteen dienen voor het begrijpen van soortgelijke mechanismes in andere breinen, inclusief die van onszelf.”

De studie biedt nieuw inzicht in hoe wezentjes met hersenen die slechts een fractie zijn van de grootte van die van mensen, elegante en complexe structuren kunnen creëren met enorme geometrische precisie. “Dit onderzoek illustreert hoe recente vooruitgang in computeralgoritmes nieuw en gedetailleerd inzicht kan geven in complex diergedrag,” concludeert Corver. “Daarnaast legt dit onderzoek de basis voor ons vervolgonderzoek.” In de komende studie willen de onderzoekers de spinnen drogeren met geestverruimende medicatie, om op die manier te achterhalen welke circuits in het brein van de spin precies verantwoordelijk zijn voor de verschillende stadia van het bouwen van een web. En mogelijk zal dat nog meer inzicht bieden in het spinnenbrein – en daardoor mogelijk ook in het onze.