蜘蛛网对于如此精致的物体来说是非常复杂的结构。即使网络没有像“夏洛特的网络”一书中那样从字面上拼出“了不起”和“辐射”这两个词,但每一个都是一个复杂的工程奇迹。
构建这些强大而短暂的陷阱是一个遵循蜘蛛物种共享模式的过程。但是,是否存在个体变异的空间,使一个物种的网——或一只蜘蛛的——与另一个的网明显不同?所有的网都是一样的,还是每个蜘蛛网都是独一无二的?什么因素导致蜘蛛改变它们的丝网?
全世界已知的蜘蛛种类大约有 48,000 种,虽然所有蜘蛛都有产丝器官,称为喷丝头,并且可以产生多种丝,但并非所有蜘蛛都会织网并等待猎物。根据位于西雅图的伯克自然历史和文化博物馆,一些蜘蛛积极寻找食物,但它们仍然使用丝绸制作风帆气球、卵囊或小“房子”以躲藏起来。其他蜘蛛用丝制作巧妙的陷阱和工具,如投掷网、用于水下呼吸的吸氧网、网弹弓、用于捕捉青蛙的丝封叶袋,以及能够举起蜥蜴或小型哺乳动物的丝滑轮。
想象一个蜘蛛网,你可能会想象一个轮状结构,带有从中心向外辐射的螺旋和辐条。瑞士巴塞尔大学保护生物学系的蜘蛛学家 Samuel Zschokke 研究和可视化蜘蛛网的结构,他说,这些被称为球状网,它们由不到 10% 的已知蜘蛛物种制成。根据悉尼澳大利亚博物馆的说法,球网是捕捉飞虫的理想选择,因为它们为猎物提供了广阔的区域,而且几乎看不见。
尽管它们看起来都非常相似,但没有两个完全相同。
构建球网的蜘蛛通常遵循类似的构建计划并创建类似的形状。它们从以一个点为中心的几条线开始,呈“Y”形;然后蜘蛛在“Y”周围建立一个框架,在中间连接更多的线。“然后他们从中间到车架制造了更多的线——这些就是所谓的半径,或者,如果你把它比作轮子的话,就是辐条,”Zschokke 告诉 Live Science。
此时,蜘蛛移动到中间并从内向外构建所谓的辅助螺旋。这是一个由非粘性丝绸制成的占位结构。一旦这个临时螺旋完成,蜘蛛就会通过从外框向中心移动来制作一个新的粘性螺旋。Zschokke 解释说,当该螺旋完成时,蜘蛛会移除辅助螺旋。
在某种程度上,所有的球网都彼此相似,但物种之间的细节有所不同。Zschokke 说,例如,Cyclosa属的蜘蛛在它们由猎物残渣和树叶组成的网中间安装了一个“装饰”,蜘蛛可能会用它作为伪装。其他圆球编织者将锯齿形结构合并到网中心,称为稳定器。根据澳大利亚生活地图集,虽然大多数球体编织者生产垂直于地面的网,但一些,如Leucauge dromedaria,会旋转水平方向的网。
相比之下,由非球体编织者的蜘蛛织成的网可能看起来凌乱或随意。根据 2013 年发表在PeerJ杂志上的一项研究,这些网类型包括漏斗网、片状网、网状网和缠结网。
美国蜘蛛学会的蜘蛛学家塞巴斯蒂安·埃切维里 (Sebastian Echeverri) 在 Twitter 上的一条消息中告诉 Live Science,一个球网的物理位置也会影响它的外观。
“即使网络的中心图案在个人之间基本相同,将其固定在环境中的丝线也必须不同,”Echeverri 说。与在树上织网的同种蜘蛛相比,在柔软的草丛中结网的球网蜘蛛面临着不同的施工挑战。Echeverri 说,虽然这些蜘蛛仍会遵循相同的基本构建计划,但它们的网看起来会有些不同。
最近,研究人员在Uloborus diversus物种中观察到个体织网蜘蛛,它们在构建网时——每天一个,持续数天。科学家们 5 月 25 日在预印本网站bioRxiv 上报告说,这些网络相似但不完全相同,即使条件日复一日地保持不变。
在这项未经同行评审的研究中,科学家们表示,他们通过跟踪蜘蛛位置的变化来捕捉网中的微小差异,但这并没有揭示为什么蜘蛛会改变其技术。研究人员在研究中报告说,要确定引起蜘蛛网旋转细微变化的感官线索需要“更详细地了解蜘蛛的行为”。
受其影响
天体编织者的一些非常独特和不寻常的网变异源于大多数蜘蛛通常在自然界中不会遇到的情况:暴露于兴奋剂、镇静剂和迷幻剂。自 1940 年代后期以来,科学家们通过为蜘蛛提供大量改变思维的药物,操纵蜘蛛设计出与通常模式截然不同的网。
1971 年发表在《行为科学》杂志上的一项研究记录了从 1948 年开始的二十多年这样的实验,当时德国图宾根大学动物学教授 HM Peters 决定希望他的实验室蜘蛛在对人类来说,时间比蜘蛛喜欢的黎明前时间表更方便。
因此,彼得斯给蜘蛛注射了安非他命,研究作者彼得威特报告说,他在 1971 年是北卡罗来纳州罗利心理健康部的药理学家。Witt 在蜘蛛实验中与 Peters 合作,这两位科学家在 1949 年共同撰写了一项具有里程碑意义的研究,记录了图宾根蜘蛛对安非他明的反应。
虽然兴奋剂不会影响蜘蛛选择织网的时间,但“这些网的构建方式似乎超出了当时观察到的几何图案的变化范围,”威特写道,并补充说“只用了几天就证明这种现象是可重现的。”
根据 2013 年发表在Archives杂志上的传记,1948 年的发现激发了 Witt 对蜘蛛网旋转以及它可以告诉科学家药物改变行为方式的信息的好奇心,他继续研究药物如何影响蜘蛛和人类的行为环境卫生)。在二十多年的研究中,Witt 和其他科学家发现不同的药物会促使不同的网络构建技术。
例如,根据 1971 年的研究,右旋苯丙胺是一种用于治疗发作性睡病和多动症的兴奋剂,导致“半径和螺旋间距不规则”。东莨菪碱是一种治疗晕动病的药物,“导致螺旋间距的广泛偏差与安非他明明显不同。” 相比之下,给予致幻药物麦角酸二乙胺(LSD)的蜘蛛会产生“异常规则的网”,Witt 报道。
根据 1995 年发表在美国宇航局技术简报杂志上的一份报告,几十年后,美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心的研究人员通过给欧洲花园蜘蛛(Araneus diadematus)注射咖啡因、苯甲碱、大麻和镇静水合氯醛,重新审视了这些实验。. 根据这项研究,由此产生的网的照片显示,咖啡因是最大的结构干扰物,网的标志性辐条和螺旋被看似随机的大杂烩取代。
虽然蜘蛛通常不会在没有化学帮助的情况下构建如此显着独特(和不稳定)的网,但它们确实每晚左右制作一个新网。这意味着蜘蛛在其一生中可以产生大约 100 到 200 个网,具体取决于物种,因此,每个网之间至少肯定会有一些变化——即使它不像织网那样极端Zschokke 说,被一只含有高咖啡因的蜘蛛所感染。
“如果你看得足够近,每个网都会有所不同,”他说。