Хотя известно, что прыгающие пауки обладают прекрасным зрением, новое исследование Корнельского университета впервые доказывает, что пауки могут слышать на расстоянии. Открытие идет вразрез со стандартной мудростью учебников, согласно которой пауки могут улавливать только близлежащие звуки.
Исследование, опубликованное в Интернете 13 октября в журнале Current Biology, описывает, как исследователи использовали металлические микроэлектроды в мозге прыгающего паука размером с маковое зернышко, чтобы показать, что слуховые нейроны могут воспринимать звуки в дальней зоне на расстоянии до 3 метров, или около 600 длин тела паука.
В дальнейших тестах исследователи стимулировали чувствительные длинные волоски на ногах и теле паука, которые, как ранее было известно, улавливают воздушные потоки и вибрации в ближнем поле, вызывали реакцию в тех же нейронах, которые срабатывали, услышав отдаленные звуки, предоставляя доказательства. волоски, вероятно, обнаруживают наноразмерные частицы воздуха, которые возбуждаются звуковой волной.
«Мы первая и единственная лаборатория, которая успешно и полностью смогла подключиться к тому, что слушает мозг паука», - сказал Рон Хой, профессор нейробиологии и поведения Корнелла и старший автор исследования.
В состав междисциплинарной группы исследователей из областей психологии, биологической статистики и вычислительной биологии, медицины и физики входили соавторы исследования Пол Шэмбл, бывший аспирант лаборатории Хоя, специализирующийся на пауках и являющийся выдающийся научный сотрудник Гарвардского университета и Гил Менда, исследователь с докторской степенью в лаборатории Хоя.
Менда разработал технику записи нейронной активности прыгающего паука. Стандартные методы изучения неврологии пауков требуют вскрытия, которое убивает животное, потому что тела пауков находятся под давлением, поэтому порез вызывает быстрое кровотечение и смерть паукообразных. Вместо этого метод Менды создает очень маленькое отверстие, которое герметизируется, как самоуплотняющаяся шина, вокруг вольфрамового микроэлектрода размером с волос. Электроды регистрируют электрические всплески, когда активируются нейроны.
Менда на самом деле изучал зрительное восприятие у прыгающих пауков, когда его стул заскрипел, и нейроны внезапно активизировались. Это открытие привело его к проверке реакции на различные звуковые частоты. Он определил область мозга, которая объединяет визуальные и звуковые стимулы. Он также узнал, что пауки чувствительны к высоким частотам и очень специфическим низким частотам на частоте 90 Гц.
«Вся команда сидела там вместе, и мы думали: «Почему они так чувствительны к этим частотам?», - сказал Менда. Оказалось, что частота 90 Гц близка к частоте взмахов крыльев ос-паразитов, злейших врагов прыгающих пауков, которые снабжают свои гнезда прыгающими пауками, которыми питаются их детеныши.
С помощью Рона Майлза, профессора механической энергии в Бингемтонском университете, в лаборатории которого есть специальная тихая комната без вибраций, Менда, Майлз и соавтор бакалавриата Кэтрин Уолден '14 провели эксперименты со специальной клеткой, которая позволили им устранить вибрации. Они использовали высокоскоростное видео и записали поведение паука при воздействии звуковых импульсов.
«Когда мы играли на частоте 90 Гц, 80 процентов пауков замирали» на секунду, прежде чем они повернулись и прыгнули, - сказал Менда. Замирая, классическое поведение, называемое реакцией испуга для животных, которые слышат, пауки оценивают ситуацию, чтобы избежать обнаружения осами, которые ищут движение, прежде чем убежать..
Техника открывает исследования, которые связывают неврологию с поведением у всех пауков, сказал Хой. С тех пор Менда обнаружил признаки слуха у пяти различных видов пауков: пауков-скакунов, пауков-рыболовов, пауков-волков, пауков-ловушек и домашних пауков. Будущая работа лаборатории Хоя будет посвящена изучению восприятия звука лирообразными органами и лучшему изучению звуковых нейронов в мозге. Полученные результаты могут найти применение для использования структур, похожих на волоски, для чрезвычайно чувствительных микрофонов, например, в слуховых аппаратах.