触覚だけを頼りに手探りで巣を作るクモは、何世紀にもわたって人類を魅了してきた。
最近の研究では、研究者たちが夜間に巣を作っているキボシイシサソリグモ（hackled orb weaver）を観察した。
研究者たちは、四肢の動きを検出するために特別に設計されたAI機械視覚ソフトウェアを用いて、数百万に及ぶ個々の脚の動きを追跡し、クモがどのように巣を組み立てるかを記録した。
研究者たちは、暗闇の中で作業するクモの8本の脚すべての動きを、暗視技術と人工知能を用いて追跡・記録することで、クモがどのように巣を作るのかを正確に明らかにした。
この巣作りの手順書、すなわちアルゴリズムの作成により、人間の脳よりはるかに小さな脳しか持たない生物が、これほど優雅で複雑かつ幾何学的に精密な構造物をどのように作り出せるのかについて、新たな理解がもたらされた。
「私たちは、巣作りの全体的な動きを一つ残らず明らかにした……」
「私が初めてこのテーマに関心を持ったのは、息子と一緒にバードウォッチングに出かけていたときでした。見事な巣を目にして、『動物園でチンパンジーがこれを作っているのを見たら、なんて素晴らしく感動的なチンパンジーだと思うだろう』と考えたのです。クモの脳はとても小さいので、これはチンパンジーの場合よりもさらに驚くべきことです。この驚くべき行動がどのように起こるのかについて、私たちが十分に知らないことにもどかしさを感じていました」と、ジョンズ・ホプキンス大学の行動生物学者で、責任著者のアンドリュー・ゴーダス氏は語る。
「私たちは今、この巣作りの全体的な動きを明らかにしました。巣作りは、これほど細かい解像度で、いかなる動物の建造行動についても行われたことのないものです。」
触覚だけを頼りに手探りで巣を作るクモは、何世紀にもわたって人類を魅了してきた。すべてのクモが巣を作るわけではないが、巣を作るクモは、巣作りをする鳥や、交尾の際に精巧な砂の円を作るフグなど、建築的な作品で知られる動物種の一群に含まれる。
これらの動物の建築家が、比較的小さな脳で高度な建設プロジェクトをどのように支えているのかを理解するための第一歩は、関わる行動と運動能力を体系的に記録し分析することである。これまでそれが行われてこなかったのは、主に行動を捉えて記録することの難しさによるものだと、ゴーダス氏は述べている。
今回の研究は、Current Biologyに掲載されたもので、ゴーダス氏とそのチームは、アメリカ合衆国西部に生息し、指先に快適に乗るほど小さなキボシイシサソリグモを研究対象とした。
夜間に巣を作るクモを観察するため、研究室では赤外線カメラと赤外線ライトを備えた飼育場を設計した。この装置を使い、巣を組み立てる6匹のクモを毎晩モニターし記録した。数百万に及ぶ個々の脚の動きを、機械視覚を用いて、四肢の動きを検出するために特別に設計されたソフトウェアで追跡した。
「たとえ映像に記録したとしても、長時間にわたり、多数の個体の膨大な数の脚を追跡しなければなりません」と、クモの巣作りと神経生理学を研究する大学院生で、筆頭著者のエイベル・コーバー氏は語る。
世界経済フォーラムは自然に関してどのような取り組みを行っているのか？
自然・気候センターは、気候、自然、経済開発の相互関係を理解する上で、リーダーを支援している。地球の限界の範囲内でレジリエンスと繁栄を支える道筋を探るためのプラットフォームを提供している。
センターは、分野や地域を越えた協力を可能にすることで、パートナーが共通の理解を実践的な気候および自然の解決策へと具体化することを支援している。
「すべてのフレームを一つずつ確認して脚の位置を手作業で注釈付けするのは、あまりに膨大です。そこで、フレームごとにクモの姿勢を検出する機械視覚ソフトウェアを訓練し、脚が巣全体を作るためにどのような動きをしているかをすべて記録できるようにしました。」
研究チームは、巣作りの行動がクモの種を超えて非常によく似ており、脚の位置を見るだけで、研究者がクモの作業中の巣の部分を予測できるほどであることを発見した。
「最終的な構造は少し異なっていても、巣を作るために用いる規則は同じです」とゴーダス氏は語る。「彼らはすべて同じ規則を使っており、それは規則が脳内にコード化されていることを裏付けています。今後は、それらの規則が神経細胞のレベルでどのようにコード化されているのかを明らかにしたいと考えています。」
研究室の今後の研究では、向精神薬を用いた実験を行い、巣作りの各段階に関与するクモの脳内の神経回路を特定することを予定している。
「クモは非常に興味深い存在です」とコーバー氏は語る。「なぜなら、人間と同じ基本的な構成要素で構築された脳を持つ動物がここにいるからです。この研究は、人間を含むより大規模な脳システムをどのように理解できるかについての手がかりを与えてくれるかもしれず、とても刺激的だと考えています。」
その他の共著者は、アトランティック獣医学大学およびジョンズ・ホプキンス大学に所属している。本研究は、米国国立科学財団および米国国立衛生研究所の支援を受けた。
