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加速比火箭還快的蜘蛛

2019-5-18 18:16

來源:國家地理中文網|336人參與|0評論

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這次研究借助高速攝像機對“網槍發射”過程進行了紀錄,直觀地揭露了蛛網存儲的勢能。經計算發現,三角網蛛的蛛網發射時的加速度超過了770米/秒2,相當于NASA航天飛機最大加速度的26倍。

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加速比火箭還快的蜘蛛

一只三角網蛛布下嶄新的陷阱,等待獵物送上門來。

  攝影:STEPHEN DALTON, NATURE PICTURE LIBRARY

  撰文:KENRICK VEZINA

  大多數情況下,蛛網就是附有粘性的被動式陷阱。

  但有一種蜘蛛就像是沉著自信的建筑師,將它們的蛛網提升到新的境界,施加了強大的勢能。這就是三角網蛛,它們極為分布廣泛。

  它們先是織出三角形的蛛網,再用蛛絲把自己錨固在樹枝上,讓自己處于三角蛛網和樹枝之間的位置,同時拉拽三角蛛網的某個頂角,使蛛網繃得越來越緊。

  整個蛛網就像繃緊的弓弦,只不過蜘蛛本身成了釋放弓弦的機關。

加速比火箭還快的蜘蛛

這是實驗中的場景,三角網蛛繃緊自己的蛛網,它的左邊是錨固在樹枝上的蛛絲,右邊是牽引蛛網的蛛絲。

  供圖:S.I. HAN

  當小蟲撞上蛛網時,三角網蛛突然釋放錨固端的蛛絲,把自己和蛛網彈射出去,瞬間包裹住獵物。

  俄亥俄州阿克倫大學的博士生Daniel Maksuta是該報道的作者之一,他把三角網蛛捕食的技巧比喻為“網槍”。據他介紹,有時為了保證獵物徹底放棄反抗,三角網蛛會反復重啟“網槍發射”的過程。

  這次研究借助高速攝像機對“網槍發射”過程進行了紀錄,直觀地揭露了蛛網存儲的勢能。經計算發現,三角網蛛的蛛網發射時的加速度超過了770米/秒2,相當于NASA航天飛機最大加速度的26倍。

  報道還認為,這是蜘蛛王國里已知唯一利用外部世界擴大能量的案例,也就是借助自身之外的物體來積累能量,并于某一時刻全部釋放。

  急速蜘蛛

  同樣來自俄亥俄州阿克倫大學的博士生Sarah Han是這項研究的負責人,他和同事們從野外捕捉到三角網蛛,并飼養于室內。

  這些蜘蛛只在野外環境下織網,研究團隊必須悉心紀錄每一個細節,尤其是蜘蛛捕獵的過程。

  視頻中,每當蜘蛛拉緊蛛網,都不免讓人想到繃緊弓弦的弓弩。顯然,彈性極好的蛛網遠比一根蛛絲或者一只腿能積攢更多的能量。

  研究團隊還建立了蛛網的數學模型,以模擬三角網蛛給蛛網積攢勢能的過程,并與單純利用內部能量跳躍的動物進行比較,例如跳蚤。

  數學模型印證,緊繃蛛網所提供的能量正是三角網蛛捕捉獵物的關鍵。

  5月13日,這篇研究報道發表在《美國國家科學院學報》上,試驗還發現,三角網蛛這套捕食技巧的成功率高達70%。

  蛛絲之謎

  據堪薩斯大學的古蜘蛛學家Paul Selden介紹,包括蛾子幼蟲在內的無脊椎動物所制造的絲在功能性和普遍性上都遠不及蜘蛛所為。

  共計4.5萬多種蜘蛛中,大多數都會結網,有些種類身懷絕技,例如鏈球蛛將蛛絲制成流星錘狀,活板門蜘蛛(學名螲蟷)挖洞后守株待兔,甚至還有利用磁場飛行的小蜘蛛。相比之下,本文所述的三角網蛛在技巧方面絲毫不落下風。

  Selden解釋道:“我實在想不出三角網蛛的這套捕獵系統會如何進化,因為除此之外的物種里沒有一個能讓我借鑒?!?/p>

  當然,還有幾個有趣的問題尚待破解。例如,三角網蛛在繃緊蛛網時,膝蓋一直呈彎曲狀態,它們不會疲勞嗎?換作其他大多數動物,早就吃不消了。Han計劃,下一步的研究重點就是諸如此類的謎團。

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