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太空实验发现蜘蛛“备用定位系统”

2020-12-2513:30:35来源:中国科学报

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人类不止一次将蜘蛛带到太空,研究重力对它们织网的重要性。现在,研究人员有了另一个发现:光线在蛛形纲动物定向中所起的作用比之前认为的大。

在地球上,蜘蛛织成的网是不对称的,网的中心朝上边缘移动。休息时,蜘蛛头朝下坐着,因为它们可以在重力方向上更快地向刚捕获的猎物移动。

但是在零重力下蜘蛛会做什么呢?2008年,美国宇航局进行了蜘蛛实验。虽然问题很简单,但太空实验的计划和执行却极具挑战性。来自不同蜘蛛种类的两个标本飞向了国际空间站,其中一个作为储备。

然而,储备蜘蛛逃出了贮藏室,进入了实验室。由于安全原因,实验室不能打开,所以那只蜘蛛不能再被抓回来。两只蜘蛛织出了一些混乱的网,互相妨碍。不仅如此,作为食物的苍蝇的繁殖速度比预期更快。随着时间推移,它们的幼虫从繁殖容器爬到实验室内,两周后覆盖了实验室前窗的大部分。

2011年,国际空间站有机会再次进行类似的实验,这一次,实验采用了同一物种的4只蜘蛛:两只飞往国际空间站的栖息地;另外两只分别留在地球上的不同栖息地,并在和它们太空中的同伴相同的条件下被观察,唯一的区别是它们暴露在重力之下。

每只蜘蛛有3台摄像机每5分钟拍摄一次照片。瑞士巴塞尔大学的Samuel Zschokke、美国丹佛自然与科学博物馆的Paula Cushing和科罗拉多大学生物服务技术处的Stefanie Countryman使用约14500张图片分析了100张蜘蛛网的对称性和蜘蛛在网上的方向。

事实证明,在失重状态下,蜘蛛织成的网比在地球上织成的网更对称。然而,研究人员注意到,在灯光下,蜘蛛在国际空间站上织的网与地球上织的网一样不对称。

“我们没有想到,当蜘蛛在太空中定位时,光线会起作用。”Zschokke说,“非常幸运的是,灯被安装在房间的顶部,而不是四面八方。否则,我们就无法在零重力条件下发现光对蛛网对称性的影响。”近日相关研究发表在《自然科学》上。

对图片的分析还显示,当灯光关闭时,蜘蛛在网中会随意地朝向一边,但当灯光打开时,它们仅会朝向下方。在没有重力的情况下,蜘蛛似乎利用光线作为额外的方向感辅助。之前人们认为光线对蜘蛛的定位没有影响,因为他们能在黑暗中织网,在没有光线的情况下也能捕获猎物。

“蜘蛛有这样一个备用的定位系统,这很令人惊讶,因为它们在进化过程中从未接触过没有重力的环境。”Zschokke说。同时,蜘蛛在织网的过程中,其位置感可能会变得混乱——在构建蜘蛛网的过程中,其身体的两个部分在不断运动,因此基于光线方向的额外定位特别有用。

责任编辑:李墨涵(EN043)

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