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新研究发现三角织蛛透过蜘蛛网把自己弹出去抓猎物 加速度超过火箭20倍

一只三角蛛属(Hyptiotes)的蜘蛛在刚结好的网上等待猎物。 PHOTOGRAPH BY STEPHEN DALTON, NATURE PICTURE LI

一只三角蛛属(Hyptiotes)的蜘蛛在刚结好的网上等待猎物。 PHOTOGRAPH BY STEPHEN DALTON, NATURE PICTURE LIBRARY

在实验室进行的实验中,Hyptiotes cavatus把网拉得紧紧地,照片中左边的是锚丝、右边的是陷阱丝。 PHOTOGRAPH COURTESY S.I.

在实验室进行的实验中,Hyptiotes cavatus把网拉得紧紧地,照片中左边的是锚丝、右边的是陷阱丝。 PHOTOGRAPH COURTESY S.I. HAN

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:KENRICK VEZINA 编译:钟慧元):新研究发现,三角织蛛(Triangle weaver spiders)透过蛛网蓄积惊人的能量,这在动物界可是独门技术。

对大部分人来说,蜘蛛网就是一张黏黏的丝网,再怎么精心打造,也是被动的。

然而,有一种蛛形纲动物却把自己的网推进到另一个层次,它们运用中古世纪工程师的沉着冷静,打造出能蓄积张力的工具。 这就是在美国及全世界许多地方都找得到的三角织蛛(Hyptiotes cavatus)。

织好一张三角形的网以后,它们会从腹部吐出的蛛丝、把自己固定在小树枝上,再用力拉住蛛网的中央锚线、把整个结构拉得很紧很紧。

这样的做法就像十字弓的弓弦那样,可以在蛛网中蓄积位能(potential energy),不过蜘蛛版本的释放机制就是蜘蛛自己的身体,它们能让整个结构维持紧绷,直到发射。

若有昆虫撞上蜘蛛网,蜘蛛就会放开锚线,释放原本抓在腹部的松弛蛛丝,把蜘蛛网(和蜘蛛自己)向前弹射,抓住蜘蛛网里的虫。

这种效果「有点像网枪,」丹尼尔. 马苏塔(Daniel Maksuta)说,他是俄亥俄州艾克朗大学的博士生,也是这篇蜘蛛新研究的共同作者。 他说,有时候蜘蛛甚至会重新「上膛」、「发射」蜘蛛网数次,以确保猎物动弹不得。

现在,有一项新进行研究运用高速摄影机,证实了这种蜘蛛网其实能储存并释放出惊人的能量。

事实上,Hyptiotes cavatus的网投射出去的加速度超过770公尺/秒平方(m / s2),这相当于美国航天总署航天飞机最大加速度的26倍。

作者指出,这是动物界已知唯一能「外部功率放大」的例子,也就是利用外界物体储存能量、使之倍增,然后一次全部释放出去。

超速蜘蛛

为了做这项新研究,研究领导者俄亥俄州艾可朗大学的博士生莎拉. 韩(Sarah Han)与同事捉了野生的Hyptiotes cavatus后饲养在室内。

蜘蛛一样会织网,就像在野外那样,然后团队再录下蜘蛛和猎物的互动。

影片显示,每次蜘蛛拉扯自己的网时,就像是在转动曲柄、上紧弹射器。 蜘蛛每次用附肢拉扯所产生的力量有限,但蜘蛛网的弹性让蛛网能储存多次拉扯所产生的力量,然后一次全部释放出来,这就是功率放大(power amplification)。

团队也用软件做出了蜘蛛网的模型,跑过几次仿真,比较以下三种状况所释放的能量:使用体外工具(蛛网)功率放大;使用体内功率放大(像是跳蚤的跳跃),完全不使用功率放大,单纯靠肌肉力量跳跃。

根据他们的模型,由拉紧的蜘蛛网提供的增强能量,就是蜘蛛抓住猎物的秘密。

这种策略对蜘蛛来说也是成功的,根据5月13日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)的研究,在实验室的观察中,若不释放蜘蛛网,则蜘蛛每一次都抓不到猎物。 但如果蜘蛛能妥善运用蜘蛛网,成功率大概可达到70%。

揭开蜘蛛丝之谜

其他还有一些无脊椎动物也会吐丝,例如蛾的幼虫,「但跟蜘蛛的广泛分布以及功能多样根本无从相比。 」堪萨斯大学的蛛形动物考古学家保罗. 谢尔登(Paul Selden)说。

蜘蛛丝的用途,差不多就跟蜘蛛的种类(超过4万5000种)一样多。 但就算与甩动丝球的流星锤蜘蛛(bolas spiders)、在暗穴等待猎物的螲蟷(trapdoor spiders)、还有靠静电力为动力的蜘蛛宝宝相比,Hyptiotes依旧锋芒毕露。

「我想不出这种捕捉系统还能再怎么演化,也想不出没有亲缘关系的物种有没有能匹敌的捕捉网。 」谢尔登说。

还是有一些令人深感兴趣的问题尚未解开。 比方说,在紧紧拉住蜘蛛网的时候,H. cavatus似乎是一直弯着附肢,这对大部分的动物来说都会非常累。

「它们是怎么办到的? 」韩提出这个问题。 她打算要找出解答。




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