機械学習と接触型マイクの助けを借りてクモの会話を解読

クモ類は生まれながらのダンサーです。何百万年もの進化を経て、多くの種は求愛の儀式から縄張り争い、狩猟戦略まで、あらゆることを巧みな足さばきで伝えています。研究者は通常、レーザー振動計と呼ばれるものを使用して、研究室でこれらの動きを観察します。ツールの光線をターゲットに向けると、振動計はドップラー効果から発せられる微小な振動周波数と振幅を測定します。残念ながら、このようなシステムはコストと感度が理由で、現場での展開が制限されることがよくあります。

この長年の課題を解決するために、ネブラスカ大学リンカーン校の博士課程の学生が最近、小型で安価なコンタクトマイクの配列と音声処理機械学習プログラムを組み合わせました。そして、荷物をまとめると、彼は新しいシステムをテストするためにミシシッピ州北部の森林に向かいました。

最近Communications Biology 誌に発表された Noori Choi 氏の研究結果は、森林の基盤を横切るクモの極めて検知困難な動きを収集する、これまでにないアプローチを浮き彫りにしている。Choi 氏は、うだるような夏の 2 か月間、森林の床の 1,000 平方フィートの区画に 25 個のマイクと落とし穴トラップを設置し、地元の野生動物が振動する動きをするのを待った。最終的に、Choi 氏は 17,000 以上の振動の連続を含む 39,000 時間分のデータを持ち、マグノリア州を去った。

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もちろん、そのざわめきのすべてがチェイ氏が求めていたコモリグモだったわけではない。森は、活発な昆虫、おしゃべりな鳥、木の枝のざわめき、さらには頭上の飛行機のエンジン音など、人間の生活に伴う侵入音で満ちた騒々しい場所だ。これらの音波も振動として地面に吸収されるため、科学者がターゲットとするクモからふるいにかける必要がある。

「バイブロスケープは、空気中の振動と基質中の振動の両方を含むため、予想以上に信号伝達が活発な空間です」とチェイ氏は最近の大学プロフィールで述べている。

これまで、この分析プロセスは、研究とデータセットの範囲を著しく制限する可能性のある、イライラするほど退屈な手作業でした。しかし、約 1,625 日分の録音を精査する代わりに、Choi 氏は、不要な音をフィルタリングしながら、3 種類のコモリグモ ( Schizocosa stridulans 、 S. uetzi 、およびS. duplex)からの振動を分離できる機械学習プログラムを設計しました。

さらに分析を進めると、クモ類の行動に関する興味深い新たな知見が得られました。特に、 S. stridulansとS. uetzi の兄弟種間の音響周波数、時間、シグナル伝達空間の重複が明らかになりました。Choi 氏は、両方のコモリグモの亜種が通常、松の残骸ではなく落ち葉の上にいるときにシグナル伝達を制限していることを確認しました。Choi 氏によると、これは、不動産がクモにとって貴重であることを意味しています。

「（ネズミには）選択できる選択肢が限られているのかもしれない。なぜなら、ネズミが異なる場所、異なる基質で信号を送ることを選択した場合、コミュニケーション全体が混乱し、交尾相手を引き付けるなどの目的を達成できない可能性があるからだ」と、現在ドイツのマックス・プランク動物行動研究所の博士研究員であるチェ氏は月曜日に述べた。

さらに、 S. stridulansとS. uetzi は、その時々の混雑状況や混雑している個体に応じてコミュニケーション方法を調整しているようだ。例えば、 S. stridulansは、近くに同種のオスがいると感知すると、振動を多用した求愛ダンスを長引かせる傾向があった。しかし、近くにS. uetziがいると感知すると、他の種と区別するために動きをわずかに変化させ、求愛時の混乱の可能性を減らしていた。

チェイ氏の接触型マイクロフォンと機械学習分析の組み合わせは、クモ類の行動を観察するまったく新しい方法を開拓しただけでなく、将来的にはクモの個体数を監視することで生態系全体の健全性を監視することにも役立つ可能性がある。

「節足動物が生態系の機能にとって非常に重要であることは誰もが認めるところですが、節足動物が衰退すれば生態系全体が崩壊する可能性があります」とチェイ氏は言う。「節足動物の変化をどう監視すればよいのか、誰も知りません。」

しかし現在、チェイ氏の新しい手法により、クモの日常的な動きを把握するための非侵襲的で正確かつ非常に効果的な支援が可能になる可能性がある。