Zaglądanie do mózgu pająka – bez powodowania… jego eksplozji

Juming spider Pająki skaczące słyną z doskonałego widzenia i umiejętności rzucania się na swoje ofiary. Od dawna sposób działania ich mózgu był wielką zagadką dla neurobiologów. Problemem, którego do tej pory nie udawało się rozwiązać był fakt, że ciało pająka jest wypełnione płynem pod ciśnieniem, dzięki któremu pająk może się poruszać. Płyn ten równocześnie znacznie utrudniał ciekawskim naukowcom zajrzenie do wnętrza tego stworzenia. Mianowicie pająk nacięty nawet niewielkim narzędziem chirurgicznym… eksplodował.

Dzięki zastosowaniu druku 3D udało się nie tylko obejść problem „eksplozji” ale i zmierzyć aktywność elektryczną fal mózgowych tych fascynujących pajęczaków.

 

Maleńki mózg

Pająk skaczący (Phidippus Audax) ma mózg wielkości ziarnka maku, ale jego wzrok jest niemalże tak dobry jak ludzki i dlatego jego system wzrokowy
od dawna intryguje badaczy i inżynierów konstruujących roboty i czerpiących inspiracje z rozwiązań występujących w naturze.

Doktor Gil Menda, neurobiolog i behawiorysta z laboratorium profesora Rona Hoya na Cornell University zauważył, że gdyby zrobić bardzo mały otwór
w głowie pająka, to rana ta zaleczyłaby się wokół elektrody wolframowej cieńszej od ludzkiego włosa. Elektroda ta pozwoliłaby na zmierzenie fal mózgowych pająka.

W ramach próby Menda „zainstalował” mikroelektrody wolframowe w mózgach 33 pająków i obserwował jak reagują komórki mózgowe na widok zdjęć przedstawiających biały szum, muchy – naturalną zdobycz tych pająków, czy na zdjęcia innych pająków skaczących.

Dzięki posiadaniu 4 par oczu pająki skaczące mają kąt widzenia zbliżony do 360 stopni. Większość pająków posiada słaby wzrok i dlatego budują sieci
w celu schwytania ofiary. Dzięki dużej ostrości widzenia pająki skaczące rzucają się na swoje ofiary w sposób podobny do dużych kotów czy wilków.
W ich zachowaniu jest jednak jedna istotna różnica. Pająki nie tropią i nie ścigają swych ofiar, ale w ułamku sekundy wykonują skok i łapią swą ofiarę. Przypomina to trochę koci sus.

Po opracowaniu metody wszczepienia elektrody pozostał jeszcze jeden problem, który stanął przed eksperymentatorami:
Jak utrzymać nieruchomo pająka w trakcie badania?

jumping spider harnessTutaj pojawiło się pole do popisu dla drukarki 3D. Korzystając z tego urządzenia zespół badaczy zaprojektował, a następnie wykonał miniaturową uprząż dla zwierzęcia, która to uprząż obejmowała czworo oczu i odwłok pająka oraz pozwalała na podtrzymanie elektrody, której zadaniem było zlokalizowanie komórek wzrokowych stworzenia.

 

 

Kiedy naukowcy pokazywali „zapiętemu w uprząż” pająkowi obrazy much w locie – ich naturalnego pożywienia, komórki mózgowe związane ze wzrokiem wykazywały gwałtowny wzrost aktywności.
jumping spider set
W języku chińskim pająk tego gatunku nazywa się „latającym tygrysem”. Jego jad nie jest jednak groźny dla ludzi. Pająki rezerwują go tylko i wyłącznie dla swych ofiar. Nie da się jednak uniknąć innego porównania z majestatycznym kotem. Skaczący pająk bardzo silnie reaguje gdy zauważy znany sobie obraz ofiary.

jumping spider mriW celu sprawdzenia, czy pająk nie reaguje na niektóre części ciała much jak skrzydła w locie czy samą głowę, a na cały obraz naukowcy pokazali stworzeniu zniekształcone lub zdekompletowane obrazy much. Pająki nie zareagowały. Dr Menda konkluduje, że pająki reagują na kompletny obraz a nie na jego części co pozwala sądzić, że kształt i ruch decydują o sukcesie tego małego łowcy.

W przypadku obrazu białego szumu pajęcze mózgi reagowały statycznie. Nie udało się zarejestrować reakcji na obrazy innych pająków. Badacze podejrzewają, że za reakcje te odpowiadają inne neurony, do których nie udało się podpiąć elektrody.

 

Specjalistyczne oczy

W przeciwieństwie do ludzi, których oczy wykrywają zarówno ostrość jak i ruch, oczy pająków są wyspecjalizowane. Duże oczy odpowiadają
za podstawowy proces widzenia ostrości, a małe i średnie oczy odpowiadają za wychwytywanie ruchu. Jednakże do tej pory naukowcy nie byli w stanie zrozumieć na jakiej zasadzie pary oczu współpracują ze sobą, gdyż nie mogli podejrzeć aktywności neuronów.

Podczas opisywanego eksperymentu naukowcy przy wykorzystaniu wydrukowanych modeli na drukarce 3D zakrywali przednie i boczne oczy pająków.
Nerwowa reakcja pająków na obraz widziany tylko przez część oczu pozwala domniemywać, że do ostrego widzenia i rozpoznawania obrazów pająki potrzebują wszystkich par oczu. W innym wypadku pająk nie wykryje ofiary.

Naukowcy, którzy dzięki drukowi 3D dokonali kolejnego odkrycia w świecie zwierząt wierzą, że z wniosków doświadczalnych będą mogli skorzystać inżynierowie konstruujący mikroczujniki.

jumping spider 4Niezwykle ciekawą konkluzją jaka płynie z przeprowadzonego eksperymentu z wykorzystaniem technologii druku 3D jest fakt iż, maleńkie, pajęcze mózgi, składające się z około 100 tysięcy neuronów pozwalają pająkom widzieć obraz równie dobry jak obraz widziany przez, olbrzymie w porównaniu
z pajęczymi, ludzkie mózgi.

Naukowcy mają nadzieję, że badania podniosą świadomość ludzi na temat zdolności postrzegania i polowania pająków.

Jak dodał na koniec profesor Hoy „Pająki to dla mnie bardzo miłe stworzenia. Jeśli pomachasz do nich ręką to jako jedne z nielicznych obrócą się w Twoją stronę. To sprawia, że wolę z nimi przebywać niż iść na squasha.”

źródło: Livescience.com







Znajdź nas

Zapisz się do newslettera

Zapoznałem się i akceptuje regulamin Tu możesz przeczytać, zapisać lub wydrukować Regulamin
Zgoda na przetwarzanie danych (pokaż) „Wyrażam zgodę na przetwarzanie przez Pana Jacka Stachowskiego, prowadzącego działalność gospodarczą pod firmą Jacek Stachowski Concept-Craft, NIP: 676-235-12-96, podanych w rejestracji danych osobowych w celach marketingowych i promocji, w szczególności w zakresie niezbędnym do świadczenia usługi newslettera, zgodnie z ustawą o ochronie danych osobowych z dnia 29 sierpnia 1997 r. (Dz. U. 1997 Nr 133, poz. 883 ze zm.).”
Zgoda na przesyłanie inf. handlowej (pokaż) „Wyrażam zgodę na przesyłanie przez Pana Jacka Stachowskiego, prowadzącego działalność gospodarczą pod firmą Jacek Stachowski Concept-Craft, NIP: 676-235-12-96, informacji handlowej drogą elektroniczną, zgodnie z ustawą o świadczeniu usług drogą elektroniczną z dnia 18 lipca 2002 r. (Dz. U. Nr 144, poz. 1204 ze zm.).”