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蛛丝编织的秘密

2023-02-03船舷

科学大众(中学) 2023年2期
关键词:克莱格蛛丝蛛网

船舷

“来到我的实验室,你一定要保持镇静,做好可能被吓到的心理准备。”

作为世界顶尖的蜘蛛网研究专家,美国耶鲁大学进化生态学教授凯瑟琳·克莱格已经习惯了用这句话作为接待客人的开场白。这次接待《动物行为》杂志的记者格利·伯纳德,当然也不例外,让他做好心理准备总比把他吓得瞠目结舌好。

来了你就知道,克莱格的实验室的确不一般。这里的每一个角落、每一面墙壁,都垂着巨型呈螺旋状的蜘蛛网,有的垂得很低,就在你的头顶上方。在每张网的中间,都端坐着一只大腹便便而又外形冷酷的大蜘蛛。这里有数百种蜘蛛,有些是黄色的,有些是棕黑色的,还有一些是浅灰色的。这些蜘蛛都坐在网上,异常警觉地注视着你。

这时,克莱格就会告诉客人,蜘蛛实际上是非常害怕人类这种庞然大物的,其害怕程度要远胜过人类对它们的畏惧。当一只蜘蛛看到远比它体积大的生物时,它的最初反应就是吓得一动不动,并且恨不得对方赶快走开。为了证实自己的话,克莱格用一根小木棍轻轻触碰了一下面前蛛网上的一只稍小的蜘蛛,只见它迅速逃开,躲到蛛網边缘后,便吓得不敢动弹了。

蛛网已不是杂乱无章的代名词

此前,格利·伯纳德刚采访了美国著名分子生物学家詹迪·吉姆斯。吉姆斯研究蛛丝20年,首次人工合成出具有蛛丝特征的纤维物质,成功制造出经久耐用、轻便柔韧的“太空绳”——航天员太空行走的安全保障。

吉姆斯对蜘蛛研究的里程碑发现,是他首先确定了蜘蛛腹部有6个分开长的丝腺,能分泌各不相同的蛋白质溶液或黏液。它们在蜘蛛腹下喷丝头的压力作用下产生6种丝:柔细的一种是包裹蜘蛛卵粒的,稍粗且结实的一种专门用来包裹猎物,其他4种用来织网。其中最有韧性的是牵引丝,蜘蛛用它来织网或行走。牵引丝是动物能制造的丝中最有韧劲的。吉姆斯说,假如能用牵引丝制造一根铅笔粗的绳索,它就能够钩住在航空母舰上降落的F-14战斗机。

兼具韧性和弹性的蛛丝的承受力是惊人的,实验证实,巴西亚马孙密林中的游走蛛的蛛丝是同类中最强韧的,它的承载强度是防弹背心纤维的5倍。

懂得与时俱进才成就柔软利器

听了格利·伯纳德的介绍,凯瑟琳·克莱格表示,蛛网的确是蜘蛛赖以生存的独门利器,而且难能可贵的是,它们懂得需要不断地打磨、完善自己的利器。它们这种与时俱进的精神非常了不起。

克莱格在研究中发现,蜘蛛网上的那些特殊的图案和鲜艳的颜色(它的反射光会被昆虫看到),对许多昆虫来说都有不可抗拒的魔力,因为这些信号是昆虫用来寻找食物的线索。所以,如果昆虫想进化出探测并躲避蛛网的功能时,它们有可能会失去寻找食物的能力。这种绝妙的连带关系的利用不是偶然的,是蜘蛛智能进化使然。克莱格的研究主要集中在蜘蛛网的构造细节上,其目的是通过这些研究发现蛛丝视觉和机械特性是怎样进化出来的,以及它们对蜘蛛物种多样性和蜘蛛生活方式的贡献。

所有的蜘蛛原本都生活在地下的巢穴中,后来一部分不安分的家伙放弃了阴暗的地下巢穴,它们爬到地面,在骄阳下昆虫集中通过的地方精心编织和巧妙设计陷阱,收获猎物。在漫长的进化过程中,蜘蛛发现猎物的大小种类不同、出行触网的规律各异,所以自己的网具也要顺势而变,不能千篇一律。

正是这种随机应变的能力使织网的蜘蛛获得了成功,它们不仅在族群分支上远超原始的洞穴蜘蛛,而且在总体数量上是后者的37倍。如今,逾万种形态各异的织网蜘蛛活跃在地球上。

克莱格认为,蛛网的完美结构不仅让我们认识到大自然中猎手与猎物的微妙关系,还为我们研究动物行为等生物学问题提供了一个更加完整的方法论。她说:“这是一种把对一个宏大进化过程进行的研究和对动物基因的研究有机结合在一起的有效方法。”在对蜘蛛的研究中,研究人员发现,正是基因在控制着对蜘蛛来说至关重要的蛛丝的产生。

蜘蛛张网不仅仅是守株待兔

克莱格直率地表示,蜘蛛网是人类研究中被忽视的领域。过去人们通常认为,蛛网只不过是蜘蛛消极等待昆虫的一张大网而已,对它们的猎物来说并没有吸引力,是典型的守株待兔。后来对蜘蛛的研究有所发展了,也只是采取一些十分笨拙且收效甚微的方法,比如给蜘蛛喂迷幻药,或是观察蜘蛛如何处理被人类破坏的蜘蛛网。不客气地说,这无异于盲人摸象。要知道,蛛网与昆虫的关系和狮子与羚羊的关系是截然不同的——看似被动静止的蛛网,包含了很多你意想不到的主动出击。

那么,蜘蛛又是怎样利用蛛网来吸引猎物的呢?

克莱格发现,很多蜘蛛都具有一个共同的特点,那就是它们在太阳光下会反射光谱中的紫外线,这一特点能够帮助它们吸引昆虫,因为昆虫需要广阔的活动空间,而紫外线通常来自空中。所以,在昆虫眼里,这些紫外线就像是宣告广阔空间的广告牌。

克莱格灵机一动,她联想到蛛网是否也一样反射紫外线,实验结果很快证明她的猜测。除了反射迷惑作用极强的紫外线,蜘蛛还会用装饰图案来引诱昆虫——它们利用蛛网模仿植物的花瓣和花粉来吸引昆虫。

有人会问,蛛网怎么能模仿花粉呢?别急,聪明的蜘蛛自有办法。因为花粉在紫外线的照射下会散发一种特殊的柔光,蜘蛛就让自己吐出的丝线在阳光的照射下反射出类似的柔光。可怜的昆虫很难逃脱蜘蛛无所不用其极的迷魂网。

蜘蛛还和人类画家一样懂得利用色彩,它们使用最多的是黄色。比如络新妇大蜘蛛,它们会根据一段时间内太阳光的强弱而增减蛛丝中的黄色颜料。阳光照射越强烈,蛛网中的黄色呈现就越强烈,其捕食的效果就越好。

“黄色对昆虫和其他以花粉为食的动物来说是十分普遍的视觉信号,它们通常把黄色和鲜花、花粉联想在一起。如果蛛网同花粉这种最常见的食物有着同样的颜色,那么昆虫将很难进化出抵制蛛网的防御系统。”克莱格说。

为了证实黄色对昆虫的诱惑,克莱格和她的团队在野外做过一个实验。他们在一群蜜蜂穿梭觅食的必经之路上放好一盆糖水,在糖水之前放置蓝色的、绿色的、黄色的和无色的蜘蛛网。蜜蜂们可以轻松地躲过多数的蛛网而飞向它们喜欢的糖水,但是在黄色蛛网前,很多蜜蜂踟蹰不前,它们要么在蛛网附近流连忘返,要么不幸被黄色蛛网缠住……

尤其神奇的是,蜘蛛还会改变蛛网的图案。研究证明,一些不慎陷入蛛网的昆虫有可能从容脱身。所以,蜘蛛要想让它们再次落网,就必须改变原先的图案,好让漏网的家伙再次身陷囹圄。

好厉害的蜘蛛!

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