Hyppää pääsisältöön

Hyppyhämähäkkien superaivoista lisää laskentatehoa tietokoneisiin?

sirppihyppyhämähäkki
Sirppihyppyhämähäkki silmästä silmään sirppihyppyhämähäkki Kuva: Samuli Siltanen prisma studio

Portia-suvun hyppyhämähäkkien pään halkaisija on 4 millimetriä ja sen keskushermostossa on vain 600 000 hermosolua. Silti ne ovat hämmästyttävän fiksuja. Kuinka tehokkaaksi voisimmekaan muuttaa tietokoneemme hyödyntämällä hyppyhämähäkin neuraalilaskentaa, pohtii teollisuusmatemaatikko Samuli SIltanen blogissaan.

Hyppyhämähäkit ovat hauskoja veijareita. Kun nappaat vaikka runkohypykin kämmenellesi, se pomppii edestakaisin kuin marakatti ja pysähtyy välillä katsomaan sinua suurilla silmillään. Ellet pidä varaasi, se loikkaa karkuun ja liukuu alas maahan suojaköytensä varassa kuin benjihyppääjä tai Tom Cruise elokuvassa Vaarallinen tehtävä.

Hyppyhämähäkit ovat evoluution mittapuulla supermenestyjiä.

Tiede tuntee yli 40000 hämähäkkilajia, jotka jakautuvat runsaaseen sataan heimoon. Hyppyhämähäkkien heimossa on eniten lajeja: melkein 6000. Lajimäärää voi ajatella kehitysopillisena menestyksen mittarina. Siitä näkökulmasta hyppyhämähäkit ovat siis ykkösiä!

Mikä on hyppyhämähäkkien menestyksen salaisuus? Ainakin niiden erinomainen näkö auttaa. Hypykit saalistavat kuin leijonat: ne vaanivat saaliiksi valittua hyönteistä matkan päästä, hiipivät vaivihkaa lähemmäksi ja ponnistavat lopulta salamannopeasti uhrin niskaan. Myrkkyhampaat pureutuvat kitiinikuoren läpi ja ruiskauttavat lamauttavan annoksen. Lounas menettää nopeasti henkensä. Myrkky sulattaa sen sisäelimet makoisaksi keitoksi, jonka metsästäjä imee tyytyväisenä vatsaansa.

runkohyppyhämähäkki
Runkohyppyhämähäkki runkohyppyhämähäkki Kuva: Samuli Siltanen prisma studio

Hyppyhämähäkillä on kahdeksan silmää: kaksi isoa edessä sekä kuusi pientä ympäri päätä. Ne eivät ole verkkosilmiä vaan “kamerasilmiä” kuten meillä ihmisilläkin. Pienillä, epätarkemmilla silmillä se havainnoi ympäristöä. Kun jotakin kiinnostavaa liikettä näkyy, se kääntää tarkat etusilmät suoraan kohti ja aloittaa tiukan syynäämisen. Hypykin näön erottelukyky on melkein yhtä hyvä kuin ihmisellä, joskin siihen liittyy omanlaistaan sähläystä. Helsingin yliopiston entisen silmätautiopin professorin, Sigurd Wernerin, kuolemattomin sanoin: “Silmä on kuin pallo…joka ikäänkuin, niin sanoakseni…pyörii rasvassa.” Mutta hyppyhämähäkin piskuiseen päähän ei mahdu palloa pyörimään! Lisäksi hypykin silmien linssit ovat kiinteästi kitiinikuoreen asennetut. Niinpä se liikuttaa pitkulaisten putkiloiden perällä olevaa kahta pientä verkkokalvoa ja pyyhkii näkymän esiin vähitellen pienissä erissä. Kas näin.

Portia-suvun hämähäkit soittavat verkkoa kuin kitaraa ja muistavat, mitkä kuviot toimivat saalistuksessa parhaiten.

Hyppyhämähäkeillä on toinenkin valtti: äly. Erityisesti Kaakkois-Aasiassa, Afrikassa ja Australiassa esiintyvä hypykkisuku nimeltä Portia on hämmästyttävän fiksu.

Portiat syövät mieluiten toisia hämähäkkejä. Koska saaliillakin on myrkkyhampaat, taistelussa elämästä ja kuolemasta on käytettävä oveluutta. Portioilla on tähän säkillinen keinoja.

Verkossa asuvilla hämähäkeillä on huono näkö mutta erinomainen kyky aistia värähtelyjä. Portia saalistaa niitä näppäilemällä verkkoa tietyillä rytmeillä, kokeillen erilaisia kuvioita niin kauan, että kohde saapuu paikalle luullen tapaavansa elämänsä puolison tai joutuvansa siivoamaan roskan verkosta. Vaan saakin kylmää myrkkyä sisuksiinsa! Seuraavalla kerralla samanlaista uhria houkutellessaan Portia näppäilee suoraan oikean värähtelykuvion. Se osaa siis oppia ja muistaa oppimansa. Tämä onnistuu myös laboratoriossa, jossa Portialle on tarjottu hämähäkkisaaliita, jollaisiin se tai sen esi-isät eivät ole maapallolla voineet koskaan törmätä. Katso.

Portia-suvun hyppyhämähäkki
Portia-suvun hyppyhämähäkki Portia-suvun hyppyhämähäkki Kuva: iStock/Getty Images Portia

Muiden hyppyhämähäkkien saalistuksessa on Portian oltava erityisen varovainen, koska niilläkin on tarkka näkö. Portiat ovat naamioitumisen mestareita. Ne näyttävät kaarnanpalalta, johon on tarttunut roskia. Lisäksi niillä on robottimainen kävelytyyli, joka on erityisen vaikea havaittava hyppyhämähäkin liiketunnistuksella. Näin Portia pääsee nykivällä kulullaan hyökkäysetäisyydelle.

Tilanteessa, jossa Portia näkee paikallaan pysyvän saaliin kauempana, se pyyhkii näkymää silmillään aikansa ja aloittaa miettimisen. Hyökkäysreitin suunnitteluun saattaa kulua parikymmentä minuuttia. Saatuaan kartan valmiiksi Portia kulkee suunnittelemaansa polkua pitkin saaliin kimppuun. Se on ainoa niveljalkainen, joka pystyy toteuttamaan suunnittelemansa reitin, vaikkei näkisi kohdetta koko ajan.

Miten ihmeessä kaikki tämä oppiminen ja kolmiulotteinen reittisuunnittelu on mahdollista? Portian pään halkaisija on 4 millimetriä ja sen keskushermostossa on vain 600 000 hermosolua. Ihmisen aivoissa niitä on 86 000 000 000. Jos kuvaisimme Portian nuppia pienellä magneettikuvauslaitteella sen laatiessa karttojaan, mitä näkisimme? Kuinka tehokkaaksi voisimmekaan muuttaa tietokoneemme hyödyntämällä hyppyhämähäkin neuraalilaskentaa?

teollisuusmatemaatikko Samuli Siltanen
Teollisuusmatemaatikko Samuli Siltanen teollisuusmatemaatikko Samuli Siltanen Kuva: Yle Kuvapalvelu / Jukka Lintinen prisma studio

Kirjoittaja: Samuli Siltanen

Teollisuusmatemaatikko Samuli Siltanen näkee matematiikkaa lääkärin röntgenlaitteessa, huulipunamallien siloposkikuvissa ja hämähäkkien ruuanhankinnassa. Hän tutkii Helsingin yliopistolla käänteisiä ongelmia, joissa edetään seurauksista syihin. Samuli viihtyy painavien asioiden, kuten kahvakuulien ja kamerajalustojen, parissa.

Yle Tieteen asiantuntijat bloggaavat itselleen tärkeistä tiedeaiheista.

Kommentit

Tiede

Uusimmat sisällöt - Tiede