Eindelijk een spin met hersenspinsels

Een springspin kan wat een baby niet kan: onthouden waar iets is wat hij niet ziet. Voor het eerst is er ín het brein van een spin gemeten.

Spinnen lopen leeg als je erin prikt. „Het spinnenlijf staat van binnen onder hoge druk”, zegt neurobioloog Robert Hoy. „Ze bloeden dood zodra je hun pantser doorboort.”

Aan een lege spin heb je niets. Zeker niet als je, zoals Hoy, de hersenactiviteit van het diertje wil meten.

Het team van Robert Hoy, hoogleraar neurobiologie en gedrag aan Cornell University in Ithaca (VS), is dat nu gelukt. Ze legden het korrelgrote brein van een spin bloot zonder dat het diertje stierf. De onderzoekers maakten achter op de spinnenkop een gaatje van 0,2 millimeter in doorsnede. Het lichaamssap van de spin stroomde er deze keer niet uit, maar stolde. Door de opening schoven de onderzoekers een haardunne elektrode van wolfraam, totdat de metalen punt het spinnenbrein raakte (Current Biology, 3 november).

De Amerikaanse onderzoekers zijn de eersten die hersenopnames van een spin hebben gemaakt. „De hersenen van de spin waren tot nu toe een black box”, zegt Hoy. „Maar nu kunnen we spinnen eindelijk op dezelfde manier onderzoeken als kikkers, krekels en katten.” In hun eerste verkenning van het spinnenbrein vonden de onderzoekers het visuele centrum.

De spin die het team onderzocht, is de Noord-Amerikaanse springspin Phidippus audax, een centimetergroot spinnetje met metaalblauwe kaken. Zulke springspinnen komen overal voor: wereldwijd bestaan er 5.000 soorten. Springspinnen zijn om twee redenen interessant voor biologen. De eerste is hun unieke gedrag. Springspinnen bouwen geen web, maar zwerven hun hele leven rond over takken, wortels en bladeren. Ze besluipen hun prooien zoals katten doen: stilletjes en met een sprong. Ze overmeesteren hun prooi met een giftige beet.

Springspinnen jagen bovendien met vernuft. Ze kunnen een vliegje of krekel met een omweg benaderen, door een tak of blad op te kruipen, waarbij ze hun prooi even uit het oog verliezen. In de tussentijd onthoudt de spin dus waar zijn prooi is terwijl hij zijn gekozen route vervolgt. Mensenbaby’s begrijpen pas na acht maanden dat een knuffel die in de speelgoedkist verdwijnt, niet is opgehouden met bestaan. „Qua gedrag lijkt de springspin soms meer op een zoogdier dan op een spin”, zegt Hoy.

Koplampen

De tweede reden om het brein van springspinnen te bestuderen, is hun uitzonderlijk zicht. Webspinnen zien wazig. Ze zijn vooral gevoelig voor trillingen, van prooien of soortgenoten in hun web. Maar springspinnen zíen de wereld om hen heen in groot detail. Met hun acht ogen kunnen ze bijna 360 graden om zich heen kijken. Zes van die ogen reageren vooral op beweging. De twee ogen die als grote koplampen vooruit kijken, zien kleuren en diepte. Met deze ogen timet de springspin zijn sprong.

Het gedrag van de springspin is nauwkeurig uitgeplozen. Ook de fysica van zijn bijzondere ogen wordt goed begrepen. Maar wat er in de hersenen van de springspin gebeurde, was tot nu toe een raadsel.

Voor hun onderzoek lijmden de onderzoekers hun springspinnen vast in een spinnenharnas. Nadat er een elektrode in hun kop was geschoven, keken de spinnen naar prooien of andere spinnen die over het scherm heen en weer dansten.

De biologen vonden neuronen die vaker vuren als de spin een vliegje ziet. Er bestaat geen hersenkaart van het spinnenbrein, maar Hoy vermoedt dat deze zenuwcellen in het visuele centrum liggen.

Het team liet ook zien dat de vier voorste ogen, waarvan er twee beweging detecteren en twee diepte zien, met elkaar samenwerken. In dit experiment werden de ogen van de spinnen afgedekt met 3D-geprinte plastic brilletjes terwijl de dieren naar flikkerende QR-codes keken. De onderzoekers vonden een zenuwcel die alleen vuurt als álle vier de voorste ogen tegelijkertijd geprikkeld worden.

Daniel Zurek, een springspinexpert aan de University of Pittsburgh, noemt de aanpak van Hoy „een krachtige methode”. Zurek was niet direct bij dit onderzoek betrokken, maar gaf wel advies.

Zurek ziet graag dat het onderzoek nog een stapje verder gaat. „Het is moeilijk om signalen in zo’n complex deel van het brein te interpreteren. Om echt te begrijpen wat en hoe een springspin ziet, moeten we naar de bron van de zenuwsignalen – de zenuwcellen ín het netvlies.” Het enige probleem daarbij: de zenuwcellen in het netvlies van spinnen zijn kleiner en kwetsbaarder. De cellen knappen zodra de elektrode door het celmembraan glijdt.