Studie: Die Verfolgung von Spinnen beim Weben ihrer Netze enthüllt detaillierte „Choreographie“

Jennifer Ouellette – 12. November 2021, 01:59 Uhr UTC

Ovids „Metamorphosen“ sprechen von den Kugelwebern, die angeblich Nachkommen von Arachne sind, einer Figur aus der griechischen Mythologie, die wunderschöne Wandteppiche webte und es wagte, Athene zu einem Webwettbewerb herauszufordern. Wütend darüber, dass sie an Arachnes Werk keine Mängel feststellen konnte – und auch, weil der Wandteppich die Götter in einem wenig schmeichelhaften Licht darstellte – schlug Athene das Mädchen mit einem Schiffchen. Als Arachne sich aus Reue erhängte, hatte Athene Mitleid und verwandelte das Seil in ein Netz und Arachne in eine Spinne.

Es ist eine treffende literarische Anspielung auf eine neue Studie darüber, wie Spinnen ihre Netze weben. Dies ist zweifellos der Grund, warum Wissenschaftler der Johns Hopkins University in einem kürzlich in der Zeitschrift Current Biology veröffentlichten Artikel auf die Ovid-Geschichte Bezug nahmen. Das JHU-Team nutzte Nachtsicht und KI, um jede einzelne Bewegung mehrerer gehackter Kugelweber aufzuzeichnen, während sie ihre Netze spinnen. Das Experiment ergab, dass die Spinnen auf eine gemeinsame Reihe von Bewegungen angewiesen sind, die einem „Spielbuch oder Algorithmus zum Netzaufbau“ gleichkommen, um die eleganten, geometrisch präzisen Strukturen zu erzeugen – obwohl sie im Vergleich zu Menschen über winzig kleine Gehirne verfügen.

Co-Autor Andrew Gordus, ein Verhaltensbiologe an der JHU, sagte, dass er zu dem Projekt inspiriert wurde, als er mit seinem Sohn auf Vogelbeobachtung war und ein besonders spektakuläres Spinnennetz sah. „Ich dachte: ‚Wenn Sie in einen Zoo gehen und sehen würden, wie ein Schimpanse das baut, würden Sie denken, dass das ein erstaunlicher und beeindruckender Schimpanse ist‘“, sagte Gordus. „Nun, das ist umso erstaunlicher, weil das Gehirn einer Spinne so winzig ist, und ich war frustriert, dass wir nicht mehr darüber wussten, wie dieses bemerkenswerte Verhalten zustande kommt. Jetzt haben wir die gesamte Choreografie für den Webaufbau definiert, was noch nie zuvor gemacht wurde.“ für jede Tierarchitektur mit dieser feinen Auflösung.

Den Autoren zufolge sind Spinnennetze nicht nur ästhetisch beeindruckende Wunder der Natur, sondern auch eine Art physische Aufzeichnung vieler Aspekte des Verhaltens einer Spinne. Gordus und seine Kollegen dachten, sie könnten das Verhalten beim Spinnen von Kugeln quantifizieren, da der Prozess des Aufbaus eines Netzes sowohl durch die Flugbahn einer Spinne als auch durch die Geometrie des Netzes leicht definiert werden kann.

Es gibt viele verschiedene Arten von Radspinnen, aber das JHU-Team hat sich für die Arbeit mit Uloborus diversus entschieden. Das Team hat sich für U. diversus entschieden, weil es das ganze Jahr über aktiv bleibt und außerdem praktischerweise klein ist. Die Proben wurden in Half Moon Bay, Kalifornien, gesammelt und in einem Gewächshaus auf dem Campus untergebracht. Dort ernährten sich die Spinnen einmal pro Woche von Fruchtfliegen. Es wurden nur erwachsene Spinnenweibchen verwendet, da erwachsene Männchen selten Netze bauen.

Für die eigentlichen Experimente entwarf das Team im Labor eine Arena aus Plexiglas, die an den Rändern mit Papier beschichtet war, um die Bildung von Netzen zu fördern, und die mit Infrarotkameras und Infrarotlichtern ausgestattet war. (U. diversus ist eine nachtaktive Spinne, die vorzugsweise im Dunkeln horizontale Netze baut.) Dann brachten die Forscher sechs Spinnen in die Arena und zeichneten jede Nacht auf, wie die Spinnen durchschnittlich 24 Stunden lang ihre Netze webten.

Diese Aktivität folgte normalerweise einem klar definierten Verlauf. Die Spinne beginnt damit, den Raum zu erkunden, bevor sie ein Protonetz baut, das nicht Teil der endgültigen Struktur sein wird. Stellen Sie sich einen Künstler vor, der eine grobe Vorskizze erstellt. Die Protowebs sind ziemlich unorganisiert und es gibt lange, unregelmäßige Pausen in der Aktivität der Spinne, während sie ihr Protoweb aufbaut – manchmal bis zu acht Stunden, weil man die Inspiration nicht überstürzen kann.

„Es wird angenommen, dass dieser Zustand des Netzaufbaus eine Erkundungsphase ist, in der die Spinne die strukturelle Integrität ihrer Umgebung beurteilt und Ankerpunkte für das endgültige Netz lokalisiert“, schreiben die Autoren.

Als nächstes konstruiert die Spinne die Radien und den Rahmen für das Netz. „Die Konstruktion des Rahmens ist oft das Ergebnis der Verankerung der Seide an der Peripherie vor der Rückkehr und des anschließenden Gehens entlang eines vorherigen Radius nach außen, der Verankerung der Rahmenseide am Ende der Linie und der anschließenden Rückkehr zur Nabe“, so die Autoren schrieb.

Sobald die Radien und der Rahmen angebracht sind, beginnt die Spinne mit dem Aufbau einer Hilfsspirale, was nur wenige Minuten dauert. Wissenschaftler glauben, dass dieses Stadium dazu beiträgt, die Struktur zu stabilisieren, bevor die Spinne die endgültige Fangspirale aufbaut, da die Hilfsspirale vorübergehend ist. Die Spinne nimmt normalerweise die Hilfsspirale nach unten, sobald das gesamte Netz fertig ist. Sobald die Fangspirale abgeschlossen ist, verkriecht sich die Spinne manchmal mehrere Tage lang an der Nabe und wartet geduldig darauf, dass Beute in ihrem Netz gefangen wird.

Die Forscher konnten Millionen einzelner Beinbewegungen verfolgen, indem sie zu diesem Zweck eine eigene Bildverarbeitungssoftware entwickelten. „Selbst wenn man es per Video aufnimmt, müssen viele Schritte über einen langen Zeitraum hinweg bei vielen Individuen verfolgt werden“, sagte Co-Autor Abel Corver, ein Doktorand, der Netzbildung und Neurophysiologie studiert. „Es ist einfach zu aufwändig, jedes Bild durchzugehen und die Beinpunkte von Hand zu kommentieren. Deshalb haben wir eine Bildverarbeitungssoftware darauf trainiert, die Haltung der Spinne Bild für Bild zu erkennen, sodass wir alles dokumentieren konnten, was die Beine tun, um ein ganzes Netz aufzubauen.“