Пауки на паутине движутся как электроны вокруг ядра

Маленький самец паука-кругопряда-нефилы сталкивается с серьёзной проблемой при поиске партнёрши. Он намного меньше массивной самки, но должен осторожно войти в её паутину и приблизиться, оставаясь незамеченным, поскольку каннибалистичная самка убьёт и съест его при одном неверном движении на её ловчей сети. Добавьте к этому конкуренцию со стороны других самцов на этой же хрупкой арене, и вы получите сложную оптимизационную задачу. Как же с ней справляются эти пауки с примитивной нервной системой? Этот вопрос более десяти лет изучала команда Алекса Джордана из Института поведения животных Общества Макса Планка. Вместе с исследователями из Института Вейцмана они приблизились к ответу.

Решение, по-видимому, лежит в эффективных физических силах, которые самцы и самки испытывают на упругой поверхности паутины. «Наша первоначальная идея состояла в том, чтобы изучить гипотезу, что эти пауки, движущиеся по паутине, ведут себя как электроны, вращающиеся вокруг ядра, или планеты, вращающиеся вокруг звезды», — говорит Джордан. На основе этой идеи была создана исследовательская программа, и команды разработали физическую модель и провели эксперименты в дождевых лесах Панамы.

Притягательные самки

Хотя детали физики в итоге разошлись с атомным и космическим уровнями, концепция оказалась полезной. «Представьте себе массивную звезду, которая создаёт собственное гравитационное поле, — гигантскую каннибалистичную самку можно рассматривать так же. А более мелкие планеты или кометы, приближающиеся к этой силе притяжения, — это наши крошечные смелые самцы», — объясняет Джордан. Слишком быстрый или неправильный подход к «звезде» (самке) грозит попаданием в её смертельное притяжение и превращением в добычу.

«Работая в лесах Панамы, я много раз видела, как чрезмерно рьяные самцы становятся жертвами самок, особенно когда они выбирают неверный путь или приближаются слишком быстро», — говорит соавтор исследования Сильвия Гарса, которая месяцами записывала поведение пауков, а затем с помощью машинного обучения отслеживала их движения.

Отталкивающиеся самцы

Подобно тому как мелкие планеты обладают собственным притяжением, самцы также привлекают друг друга — изначально приближаясь к воспринимаемому сопернику. Однако при сближении они начинают отталкиваться, ведя себя в этом больше как электроны вокруг ядра.

«Движение этих самцов напоминает взаимодействия между частицами, которые притягиваются или отталкиваются в зависимости от расстояния между ними», — говорит физик Амир Халуц, ведущий автор исследования из Института Вейцмана. Соавтор Нир Гов добавляет: «Мы используем модели для картирования эффективных физических сил, испытываемых самцами, что позволяет объяснить их движение по паутине, а также динамику конфликтов между самцами разного размера». Сближаясь на орбитах, самцы в итоге вступают в открытый бой. Всё это разыгрывается на поверхности паутины, которая служит проводником для вибраций, используемых самцами для коммуникации, но также может выдать их присутствие самке.

Исследование показывает, что кажущиеся сложными решения самцов, балансирующих между риском и наградой, жизнью и смертью, не требуют развитого интеллекта или понимания «правил игры». Вместо этого те же решения могут быть достигнуты за счёт восприятия вибраций на паутине и реакции на физические силы притяжения и отталкивания, подобно физическим частицам. «Я шутил с Ниром, что это почти как если бы самцы были электронами, вращающимися вокруг женского "ядра". Это привело к появлению термина "Атомные пауки", и, возможно, он не так далёк от истины», — заключает Джордан.