Gruselig: Sp├Ąhen in Spinnengehirne, ohne sie zu explodieren

Die springende Spinne, die für ihre ausgezeichnete Sicht- und Stoßfähigkeiten berühmt ist, ist für Neurobiologen lange ein Rätsel gewesen. Der Körper des Arachniden ist mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit gefüllt, die ihm hilft, sich zu bewegen, und wann immer neugierige Wissenschaftler versucht haben, mit chirurgischen Instrumenten in sein Gehirn zu schauen, explodierte die Spinne.

Jetzt, mit einer neuen Technik, haben Wissenschaftler die elektrische Gehirnaktivität dieser faszinierenden Spinnen, Sans Kaboom, aufgezeichnet.

"Was wir getan haben, ist die Gehirnbasis eines sehr ungewöhnlichen Tieres zu öffnen", sagte der Forscher Ron Hoy, Professor für Neurobiologie und Verhalten an der Cornell University. [Weitere Fotos von dem springenden Spinnen-Experiment]

Teensige Gehirne

Die springende Spinne (Phidippus audax) hat ein Gehirn von der Größe eines Mohnsamen, aber die Sehkraft ist fast gleichwertig mit den Menschen, was das visuelle System für Forscher und Roboteringenieure interessant macht, die sich von der Natur inspirieren lassen.

Gil Menda, ein Postdoktorand für Neurobiologie und Verhalten in Hoys Labor, erkannte, dass die Wunde, wenn er ein winziges Loch in den Kopf der Spinne bohrte, sich um eine Wolfram-Aufzeichnungselektrode, die so dünn wie ein Haar war, selbst heilen konnte. Er steckte vorsichtig eine Mikroelektrode in die Gehirne von 33 Spinnen und beobachtete, wie die Gehirnzellen in ihren visuellen Netzwerken auf Bilder von weißem Rauschen, Fliegen und anderen springenden Spinnen reagierten.

Springspinnen haben mit acht Augen eine nahezu vollständige 360-Grad-Sicht auf ihre Umgebung. Die meisten Spinnen haben schlechte Sehkraft und bauen Netze, um Beute zu fangen, aber springende Spinnen jagen nomadisch ähnlich wie eine Katze oder ein Wolf stalkt ihre Beute, Hoy erzählt Live Science.

Er bemerkte jedoch einen kleinen Unterschied. Im Gegensatz zu Katzen laufen die Spinnen nicht ihrer Beute nach. "Sie springen und ergreifen ihre Beute", sagte Hoy. "Es ist wie ein Katzensprung."

Um die Spinnen während der Experimente ruhig zu halten, hat das Forschungsteam einen kleinen Spinnengurt mit einem 3D-Drucker erstellt. Sie bedeckten die vier hinteren Augen der Spinnen und führten die Elektrode in das Gehirn ein, um ihnen zu helfen, nach Gehirnzellen zu suchen, die mit dem visuellen System jeder Spinne verbunden waren. Als die Forscher den Spinnen das Bild einer Fliege, ihrer natürlichen Beute, auf einem Bildschirm zeigten, zeigten die Gehirnzellen der Spinnen, die mit ihren visuellen Systemen verbunden waren, einen Ausbruch elektrischer Aktivität. [Siehe Fotos von springenden Spinnen und anderen Spinnentieren]

Auf Chinesisch übersetzt sich der Name der Spinne in "fliegender Tiger". Aber sie sind nicht gefährlich für Menschen. "Sie haben Gift, aber es ist für ihre Beute reserviert", sagte Hoy.

"Sie hören eine sehr starke [elektrische] Antwort vom Gehirn, wenn [die Spinnen] etwas entdecken, das sie erkennen", sagte Menda.

Um sicher zu gehen, dass die Spinnen nicht auf bestimmte Teile der Fliege wie Flügel oder Kopf reagierten, zeigten die Forscher den Spinnen ein durcheinandergeworfenes Bild einer Fliege. Das gestreute Bild löste keine Antwort aus. "Sie haben überhaupt nicht auf die [durcheinandergeworfenen] Bilder reagiert", sagte Menda. "Es war nicht der kleine Teil des Bildes, es war das Bild der [ganzen] Fliege."

Die springenden Spinnen zeigten auch eine neuronale Antwort auf die "weiße Rausch" -Statik, aber nicht auf Bilder anderer Spinnen, entsprechend den Elektrodenaufnahmen; es ist möglich, dass andere Nervenzellen in ihrem Gehirn, die nicht an der Elektrode befestigt waren, eine Reaktion auf Spinnenbilder zeigten, sagten die Forscher.

Spezialisierte Augen

Im Gegensatz zu Menschen, deren Augen sowohl Schärfe als auch Bewegung erkennen, verarbeiten die großen, primären Augen der Spinne Sehschärfe und ihre kleinen sekundären Augen sehen Bewegung. Weil die Forscher bisher nicht in der Lage waren, die neuralen Aktivitäten der Spinnen zu untersuchen, waren sie unsicher, wie die Augen der Spinnen zusammenarbeiteten.

"Du kannst dir vorstellen, dass du vier Augen hast, die alle auf dasselbe schauen, du erhältst Input eins und Input zwei, und du würdest sie addieren", spekulierte der Forscher Paul Shamble, ein Doktorand der Neurobiologie und Verhalten in Hoys Labor. "Es stellt sich heraus, dass dies für einige Neuronen nicht der Fall war. Es war viel komplizierter."

In dem Experiment bedeckten die Forscher die vorderen Augen der Spinnen und dann ihre Seitenaugen. Die Spinnen zeigten eine geringe neurale visuelle Reaktion auf die Bilder, wenn beide Augengruppen bedeckt waren.

Die Spinnen brauchen sowohl ihre großen als auch kleinen Augen, um visuelle Informationen zu verarbeiten, fanden die Forscher. "Sie brauchen alle ihre Augen, um die Beute zu finden", sagte Menda.

Die Studie könnte ein neues Feld der grundlegenden Neurowissenschaften eröffnen, sagte Hoy. Es könnte auch Ingenieure inspirieren, die kleine Biosensoren bauen, da springende Spinnen winzige Augen und Gehirne haben.

"Diese winzigen [Gehirne] mit nur einhunderttausend Neuronen können die gleichen Dinge sehen, die Menschen mit enormen Gehirnen sehen können", sagte Menda.

Die Forscher hoffen auch, dass die Studie das Bewusstsein für die präzisen Sicht- und Jagdfähigkeiten der springenden Spinnen erhöht.

"Wenn Sie nur Ihre Hand winken, ist dies eines der wenigen Tiere, die sich umdrehen und auf Sie zurückblicken", sagte Hoy. "Für mich ist das liebenswert, und es lässt mich denken, dass ich vielleicht dieses Tier nicht zerquetschen möchte."

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