Il tessitore di sfere hackled, originario degli Stati Uniti occidentali, è un ragno così piccolo e delicato che può appollaiarsi comodamente sopra il tuo dito. Eppure, nonostante il suo corpo minuscolo, una grande complessità risiede nella sua costruzione. Otto gambe affusolate si muovono con la grazia di un’agile ballerina. Tre artigli lo aiutano a manovrare intorno alla sua ragnatela casa. Otto occhi percepiscono il mondo, anche se, nell’oscurità, questi ragni si affidano al tatto per costruire il loro intricato nido.
È questa complessità e la capacità di costruirla alla cieca che ha attratto il ricercatore Andrew Gordus, autore senior di un nuovo studio sulla metodologia della tessitura del web. Lavora presso il Dipartimento di Biologia della Krieger School of Arts and Sciences ed è rimasto affascinato dalle complesse strutture costruite da creature con cervelli così piccoli. “Dopo aver visto una ragnatela spettacolare, ho pensato, ‘se andassi in uno zoo e vedessi uno scimpanzé costruire questo, penseresti che è uno scimpanzé straordinario e impressionante'”, ha detto. Ma per una creatura più piccola di un dito, l’impresa era ancora più sbalorditiva.
Quindi Gordus ha iniziato a indagare sul funzionamento interno dei ragni per determinare come gestiscono le loro imponenti costruzioni. Con l’aiuto della tecnologia, inclusa l’intelligenza artificiale, il suo team ha mappato con successo per la prima volta la danza del ragno.
Intelligenza artificiale che traccia il movimento dei ragni
Il problema nel rintracciare la costruzione della tela di un ragno risiede sia nella sua complessità che nell’ora prescelta. I tessitori di sfere di Hackled costruiscono di notte, creando un ostacolo per Gordus e la sua squadra. Per risolvere questo problema, hanno allestito uno spazio illuminato a infrarossi e telecamere con la capacità di registrare la luce a infrarossi. Le telecamere hanno registrato a un frame rate elevato per catturare il movimento di ogni singola gamba, producendo un’immensa quantità di dati.
Questo presenta il problema numero due. “Anche se lo registri su video, sono molte le gambe da tracciare, per molto tempo, su molte persone”, ha affermato Abel Corver, uno studente laureato e autore principale dell’articolo. Lo studio ha incluso sei ragni in più notti. Ciò equivale a milioni di fotogrammi che richiedono annotazioni. Un set di dati da incubo per gli studenti diventa un tesoro per un algoritmo di intelligenza artificiale.
Invece di esaminare attentamente le immagini, hanno progettato un programma per computer per tracciare ogni singola zampa di ragno, nonché la loro relazione tra loro, per registrare la postura del tessitore di ragnatele. I risultati sono stati notevoli. L’intelligenza artificiale era in grado di prevedere in quale fase del processo di costruzione era impegnato un ragno semplicemente leggendo la posizione delle sue zampe.
Esaminando i dati metabolizzati dall’intelligenza artificiale, i ricercatori hanno scoperto scoperte interessanti. Tutti i ragni nel loro studio operavano più o meno allo stesso modo. La danza era la stessa in tutta la specie. Questo suggerisce che le regole sono codificate nei loro cervelli. Reagendo ai risultati, Gordus ha detto: “Ora vogliamo sapere come queste regole sono codificate a livello dei neuroni”.
Cervelli di ragno
La capacità di minuscole creature come i ragni di costruire ragnatele così complesse illustra qualcosa in biologia noto come regola di Haller. Afferma che più piccola è la creatura, maggiore è la proporzione del suo cervello rispetto al suo corpo. Quindi, mentre i cervelli dei ragni sono molto più piccoli, mantengono una capacità maggiore di quanto ci si aspetterebbe dalle loro dimensioni. Questo principio evolutivo dimostra la vitalità del cervello.
È un processo noto come miniaturizzazione del cervello. Come i progressi tecnologici che consentono a una potenza di calcolo più complessa di adattarsi a dispositivi sempre più piccoli, i piccoli cervelli si compattano man mano che si evolvono. William Eberhard, un ricercatore di ragni presso il Tropical Research Institute, ha spiegato a Scientific American come i cervelli di ragno sono diventati creativi con lo spazio negli aracnidi più piccoli. “Nei piccoli entravano nelle gambe, e lo sterno sporgeva, ed era pieno di cervello”, ha detto.
Per ricercare questo fenomeno, Eberhard ha studiato la creazione di ragnatele di ragni di diverse dimensioni. Voleva vedere se i ragni più grandi facevano meno errori a causa del fatto di avere cervelli più grandi. I risultati lo hanno sorpreso. Indipendentemente dalle dimensioni del ragno, e nemmeno dallo spazio in cui hanno realizzato la tela, il numero di errori è rimasto costante.
La regola di Haller si applica a tutte le specie, garantendo che la complessità del cervello rimanga nonostante le pressioni ambientali riducano le dimensioni complessive di un animale. Funziona in vari modi, dall’assottigliamento del cranio alla riduzione delle dimensioni delle cellule cerebrali e dei loro assoni di collegamento. O, nel caso dei ragni, adattare la materia cerebrale in altre parti del corpo.
A seguito del loro recente studio, Gordus e il suo team sperano di approfondire la loro ricerca sbirciando nel cervello dei ragni mentre si mettono al lavoro. Con l’uso di vari farmaci, desiderano osservare i circuiti del cervello per determinare quali interruttori corrispondono a ciascuna parte del processo di costruzione del web. Scavando nella funzionalità di questi cervelli piccoli ma complessi, i ricercatori possono svelare parte del mistero delle nostre menti, oltre a fornire soluzioni interessanti per gli informatici che cercano sempre più ispirazione nella natura.
FAQ (Domande frequenti)
Quali altri animali creano strutture complesse come le ragnatele?
Una vasta gamma di strutture belle e affascinanti appare in natura. Uno dei più efficienti è il nido d’ape costruito dalle api mellifere. Thomas Hales, un matematico, ha persino dimostrato come l’uso di una tassellatura esagonale utilizzi la minor quantità di perimetro, e quindi di materiali, per dividere un dato piano. In altre parole, le api mellifere fanno un uso eccezionale del loro spazio.
Un’altra straordinaria struttura trovata in natura sono le città dei cani della prateria. Le loro tane raggiungono profondità variabili per fornire scopi diversi. Ad esempio, tengono i loro piccoli nelle stanze più profonde, che forniscono le temperature più stabili e la massima protezione contro i predatori. Sebbene le città dei cani della prateria ora ospitino fino a 35 roditori, prima dell’incursione umana, si estendevano su un vasto territorio. Uno scoperto in Texas nel 1900 ne ospitava circa 400 milioni, coprendo un’area di 25.000 miglia quadrate.
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