Pavoučí námluvy se podařilo dekódovat díky strojovému učení

Jak naslouchat slíďákům? 

Severoameričtí pavouci rodu Schizocosa (slíďák) jsou z velké části denní tvorové žijící na zemi. Jejich komunikaci lze v laboratorních podmínkách relativně snadno sledovat pomocí laserových vibrometrů, které využívají k měření vibrací Dopplerova jevu. Vysoká citlivost těchto zařízení však komplikuje jejich využití v terénu. Zpracování získaných dat a očištění od okolního ruchu přirozeného prostředí (zvuky hmyzu, zpívání ptactva, šustění stromů či invazivní zvuky lidského osídlení včetně motorů letadel) představují zdlouhavé manuální úsilí, které omezuje rozsah výzkumu.

Akustická nika

Předpokládá se, že jednotlivé organismy v přírodě generují originální zvukové podpisy, které jsou buď v určité kooperaci, nebo si navzájem konkurují, ale jsou jedinečné pro každý biom. Akustická nika pak představuje zvukové stanoviště, ve kterém má každý živočich svůj vlastní prostor v určitém frekvenčním spektru a časovém intervalu. Ve vyspělém ekosystému se jednotlivé druhy zvířat vyhýbají konkurenci tím, že „mluví“ v unikátních šířkách frekvenčního spektra nebo tónech v jedinečných časech. Jak tedy odlišit hovory slíďáků od křiku ostatních obyvatel?

Strojové učení pro dekódování „řeči“ pavouků

Nové řešení přichází ve formě kombinace řady malých, levných kontaktních mikrofonů a programu strojového učení pro zpracování zvuku. Umístění 25 mikrofonů na ploše odpovídající přibližně 93 m² znamená nový přístup ke shromažďování extrémně obtížně detekovatelných pohybů pavouků po lesních substrátech.

Vědci z americké univerzity v Lincolnu v Nebrasce navrhli program strojového učení, který dokáže odfiltrovat nežádoucí zvuky a šumy a zároveň izolovat vibrace tří druhů slíďáků: Schizocosa stridulans, S. uetzi a S. duplex. Tým vědců pak do výzkumu zahrnul vibrace přenášené substrátem i zvukem a poté zvuky získané pomocí kontaktních mikrofonů rozmístěných v listnatém lese analyzoval s následným automatizovaným zpracováním velkých zvukových datových sad.

Přišli s řadou zajímavých poznatků. Blízce příbuzné druhy S. stridulans a S. uetzi obvykle vysílali signály pouze na povrchu tlejícího listí, nikoli na borovém jehličí. Své namlouvací rituály také přizpůsobovali přítomnosti konkurence v okolí. S. stridulans prodlužovali své vibračně-intenzivní tanečky, pokud detekovali přítomnost samců stejného druhu v blízkém okolí. Pokud však vycítili přítomnost samce S. uetzi, trochu pozměnili své pohyby tak, aby se příliš nepodobaly tanci tohoto příbuzného druhu a nedocházelo k matení samičky. 

Sledování pavouků bude přesnější

Analýza vibrací za použití strojového učení tak odhalila překrývání akustických nik a plastickou změnu vibračních signálů námluv u pavouků rodu Schizocosa žijících na zemi. Nová metodologie by mohla umožnit méně invazivní a přesnější sledování populací pavouků a celkového zdraví ekosystému. 

(lexi)

Zdroje: 
1. Choi N., Miller P., Hebets E. A. Vibroscape analysis reveals acoustic niche overlap and plastic alteration of vibratory courtship signals in ground-dwelling wolf spiders. Commun Biol 2024; 7 (1): 23, doi: 10.1038/s42003-023-05700-6.
2. Krause B. The Niche Hypothesis: A virtual symphony of animal sounds, the origins of musical expression and the health of habitats. The Soundscape Newsletter 1993, 6: 6–10. 
3. Vaccaro R., Uetz G. W., Roberts J A. Courtship and mating behavior of the wolf spider Schizocosa bilineata (Araneae: Lycosidae). J Arachnol 2010; 38 (3): 452–459.
4. Paul A. Spider conversations decoded with the help of machine learning and contact microphones. Popular Science, 2024 Apr 2. Dostupné na: www.popsci.com/technology/wolf-spider-vibration-research