Паучьи лапы работают независимо от мозга

Araneus diadematus с регенерированными левыми конечностями Фото: Fritz Vollrath

Группа исследователей во главе с Фритцем Воллратом из Оксфордского университета определили, что каждая паучья лапа обладает определенной независимостью от мозга — особенно в сложной задаче создания паутины. 

«Наше исследование показало, что у паучьих лапок есть "собственный разум". Они строят свои сети без надзора со стороны мозга. Это имеет важные последствия для области робототехники, которая может черпать вдохновение из этого примера децентрализованного интеллекта для создания аналогичных автономных конечностей роботов» Фритц Волларт, ведущий автор исследования.

Чтобы прийти к таким выводам, исследователи наблюдали за обыкновенным садовым пауком Araneus diadematus. Паутина пауков выполняет множество функций. Она обеспечивает им безопасный дом, а также представляет собой невидимую и высокодинамичную ловушку, созданную для пленения и удержания любого насекомого, которое подберется слишком близко.

Для выполнения этой функции паутина использует прочный структурный каркас из излучающих спиц с так называемой «спиралью захвата», построенной сверху. Она мягкая, липкая и использует чрезвычайно умный микроскопический механизм наматывания, чтобы втягивать добычу паука только глубже.

Спираль захвата не только использует электростатические заряды, чтобы поймать муху, но и обладает сложной липкой субстанцией, чтобы надежно удерживать ее, а также особой эластичностью, которая мешает жертве бороться за свою свободу. 

Учитывая невероятную сложность паутины, ученые решили задаться вопросом, как такое маленькое животное — с явно крошечным мозгом — может спроектировать и построить такую многофункциональную структуру. Современные технологии помогли понять, как пауки справляются с такой непростой задачей.

Снимая и отслеживая движения восьми ног паука, исследователи проследили построение паутины в мельчайших деталях, обнаружив, что процесс строительства представляет собой своего рода танец вокруг центрального узла с точной хореографией воспроизводимых движений. 

Установив набор правил, в том числе правила, которые помогают паукам чинить поврежденную паутину, ученые разработали виртуального паука, получившего прозвище Тесей. Его действия, основывавшиеся на танцах настоящих пауков в лаборатории, показали, что каждая лапа паука фактически выполняет множество действий по созданию паутины как независимый агент.

Это, в свою очередь, помогло понять, как пауки продолжают строить свои идеальные сети даже после потери конечности. Известно, что пауки способны заново отращивать потерянные лапы, но регенерированные конечности обычно меньше прочих по размерам, имеют другую форму и волоски. Тем не менее, каким-то образом пауки с отросшими ногами продолжают создавать идеально выверенную паутину.

Эволюция позаботилась о том, чтобы паучьи лапы в некотором смысле могли думать самостоятельно, а это значит, что различные свойства регенерированных ног не влияют на построение паутины.

Это освобождает мозг от «микроменеджмента» восьми ног, выполняющих сложные действия, позволяя ему сосредоточиться на выживании: например, высматривании добычи и хищников. Эта эффективная децентрализованная система чрезвычайно актуальна для современных робототехников, которые часто вдохновляются миром природы в своих творениях.