Cấu trúc mạng nhện được dệt như thế nào?

Mặc dù có sự đa dạng lớn về loài nhện, hầu hết các loài nhện dệt mạng hình cầu dường như tuân theo cùng một quy trình khi xây dựng mạng của chúng.

Đối với các loài côn trùng bị mắc vào mạng nhện, những chiếc bẫy lụa này thường đồng nghĩa với cái chết chậm. Nhưng đối với các nhà nghiên cứu về nhận thức động vật, mạng nhện cung cấp một cửa sổ độc đáo vào hành vi phức tạp: những mạng lưới này lưu giữ các hành vi mà một con nhện thực hiện để xây dựng cấu trúc đó.

Các nhà khoa học từ lâu đã quan tâm đến việc nhện – một loài có bộ não nhỏ và thị giác kém – làm cách nào để xây dựng các mạng phức tạp. Mặc dù không phải tất cả 50.000 loài nhện trên thế giới đều làm mạng, nhưng những loài làm mạng thường có khả năng xây dựng nhiều loại mạng khác nhau – từ hình cầu đến hình tam giác, hay dạng phễu – và mỗi mạng có thể sử dụng các loại tơ khác nhau.

Một nghiên cứu được công bố gần đây trên tạp chí Current Biology là một trong những nghiên cứu đầu tiên mô tả chính xác cách nhện thực hiện kỳ công kiến trúc này. Để tìm hiểu, các nhà nghiên cứu đã sử dụng camera nhìn ban đêm và mạng nơ-ron để ghi lại các chuyển động của nhện khi chúng dệt mạng.

Kết quả ủng hộ các phát hiện trước đó cho thấy nhện thường xây dựng mạng theo từng giai đoạn riêng biệt, đồng thời cho thấy có thể dự đoán đáng tin cậy giai đoạn xây mạng mà nhện đang thực hiện bằng cách quan sát hành vi của nó.

Quy trình xây dựng mạng nhện

Nghiên cứu gần đây tập trung vào một loài nhện có tên là Uloborus diversus, một loài nhện phổ biến ở Hoa Kỳ, thích dệt mạng hình cầu vào ban đêm. Để nghiên cứu quá trình này, các nhà nghiên cứu đã xây dựng một đấu trường hành vi, được trang bị camera hồng ngoại, nơi từng con nhện có thể xây dựng mạng trong vòng vài giờ. Quá trình thường bắt đầu với việc nhện xây dựng một mạng lưới không có tổ chức, gọi là mạng sơ khai, không có hình dạng hay sự đều đặn rõ ràng.

Người ta cho rằng giai đoạn xây dựng mạng này là giai đoạn thăm dò, trong đó nhện đánh giá độ bền của môi trường xung quanh và xác định các điểm neo cho mạng cuối cùng, nghiên cứu ghi chú.

Con nhện cuối cùng sẽ loại bỏ phần lớn mạng sơ khai hoặc tái cấu trúc một số sợi thành các bán kính. Với các bán kính đã được đặt vào vị trí, nhện thường cố định tơ ở vùng ngoài của mạng để xây dựng khung. Cuối cùng, nhện xây dựng hai vòng xoắn: một vòng xoắn phụ được cho là để gia cố cấu trúc và một vòng xoắn bắt mồi được làm từ tơ dính đặc biệt. Kết quả cuối cùng là một mạng hình cầu hoàn chỉnh.

Bản thiết kế hành vi

Sau khi theo dõi chuyển động của nhện trong quá trình xây dựng mạng, các nhà nghiên cứu phát hiện rằng các con nhện đều thực hiện một tập hợp các động tác giống nhau để xây dựng mạng của chúng. Mặc dù các mạng cuối cùng không phải lúc nào cũng có cùng hình dạng, và không phải con nhện nào cũng theo đúng trình tự khi dệt mạng, nhưng nhìn chung, các con nhện dường như tuân theo cùng một bộ quy tắc để xây dựng mạng, chủ yếu dựa vào cảm giác chạm.

Hơn nữa, các nhà nghiên cứu phát hiện rằng một số chuỗi hành vi nhất định, chẳng hạn như các động tác chân cụ thể, có thể dự đoán giai đoạn xây dựng mạng mà nhện đang thực hiện.

Kết quả cho thấy rằng bản thiết kế xây dựng mạng nhện có thể đã được mã hóa trong bộ não của chúng. Liệu các chỉ dẫn kiến trúc này có được mã hóa ở cấp độ của các tế bào thần kinh hay không vẫn là một câu hỏi bỏ ngỏ. Trong các nghiên cứu tương lai, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ khám phá câu hỏi này bằng cách cho nhện dùng các loại thuốc thay đổi thần kinh và theo dõi các thay đổi hành vi.

Các hóa chất thần kinh như caffeine và methamphetamine được biết là làm thay đổi một số phần của hình dạng mạng trong khi vẫn giữ nguyên các phần khác, nghiên cứu ghi chú. Những loại thuốc này làm thay đổi các đường dẫn neuromodulatory trong não, cho thấy rằng các đường dẫn này có thể tham gia vào hành vi xây dựng mạng ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào giai đoạn mạng.

Việc bộ não của nhện sở hữu các bản thiết kế hành vi phức tạp gợi ý rằng còn rất nhiều điều để học hỏi về cách các hành vi được mã hóa ở các loài động vật khác.

Chúng tôi hy vọng rằng những bài học mà chúng tôi có thể học được từ bộ não của nhện có thể trở thành nền tảng để hiểu về các bộ não hành vi tương tự, chẳng hạn như của chính chúng ta, tác giả nghiên cứu Abel Corver chia sẻ trong một video.