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太空織網 光線導航

  人類不止一次將蜘蛛帶到太空,研究重力對它們織網的重要性。一開始這只是針對高中生的一個不太成功的攻關實驗,現在卻產生了一個驚人的發現:光線在蛛形綱動物的定向中所起的作用比之前認為的大。

  美國航天局(NASA)進行的蜘蛛實驗原本是一個令人沮喪的失敗,但意外的事件有時會導致意想不到的研究發現。這里的問題相對簡單:在地球上,蜘蛛織成的網是不對稱的,網的中心朝上邊緣移動。休息時,蜘蛛頭朝下坐著,因為它們可以在重力的方向上更快地向剛捕獲的獵物移動。

  但是在零重力下蜘蛛會做什么呢?2008年,NASA想用這個實驗來激勵美國的中學生。但即使問題很簡單,在太空中實驗的計劃和執行卻極具挑戰性。來自不同蜘蛛種類的兩個標本飛向國際空間站,一個作為領頭,另一個作為儲備,以防第一個未能存活下來。

  然而,那只儲備蜘蛛設法逃出了貯藏室,進入了主室。由于安全原因,該室不能打開,所以那只蜘蛛不能再被抓回來。兩只蜘蛛織出了一些混亂的網,互相妨礙。

  不僅如此,作為食物的蒼蠅繁殖速度比預期更快。隨著時間推移,它們的幼蟲從箱子地板上的繁殖容器爬到實驗室內,兩周后覆蓋了前窗的大部分。一個月后,蒼蠅幼蟲后面的蜘蛛都看不見了。

  參與蜘蛛實驗計劃的丹佛自然與科學博物館的Paula Cushing一直對這一失敗耿耿于懷。2011年,國際空間站再次有機會進行類似的實驗,研究人員讓巴塞爾大學的Samuel Zschokke博士參與準備和分析新的嘗試。這一次,試驗采用了同一物種的四只蜘蛛:兩個飛往國際空間站單獨的棲息地,另外兩只分別留在地球上的不同棲息地,并被保持和它們太空中的同伴相同的條件下進行觀察,唯一的區別是它們暴露在地面重力之下。

  最初的計劃是用四只雌性。但另一件不幸的事發生了:實驗必須挑選幼年蜘蛛,但確定幼年蜘蛛的性別極其困難。在實驗過程中,有兩只蜘蛛是雄性的,它們在身體結構和大小上與成熟后的雌性蜘蛛有顯著差異。幸運的是,其中一只雄性在空間站上,另一只在地球上。

  蜘蛛織出網,拆散它們,又織出新的。每個蜘蛛有3臺攝像機每5分鐘拍攝一次照片。Zschokke、Cushing和科羅拉多大學生物服務技術處監管該太空飛行設計和發射的Stefanie Countryman使用約14500張圖片分析了100張蜘蛛網的對稱性和蜘蛛在網上的方向。

  事實證明,在失重狀態下織成的網比在地球上織成的網更對稱。它們的中心更靠近中間,所以蜘蛛并不總是把頭朝下。然而,研究人員注意到蜘蛛在燈光下織網與在黑暗中織網存在。在燈光下,在國際空間站上建立的網絡與地球上的網絡相似地不對稱。

  Zschokke說:“我們沒有想到光線會在蜘蛛在太空中的定位中起作用?!彼治隽酥┲雽嶒?,它們的相關研究發表在《自然科學》上?!胺浅P疫\的是,燈被安裝在房間的頂部,而不是四面八方。否則,我們就無法在零重力條件下發現光對蛛網對稱性的影響?!?/p>

  對圖片的分析還顯示,當燈光關閉時,蜘蛛在網中會隨意地朝向一邊,但當燈光打開時,它們僅會朝向下。在沒有重力的情況下,蜘蛛似乎利用光線作為額外的方向感輔助。由于蜘蛛也在黑暗中織網,而且在沒有光線的情況下也能捕獲獵物,所以以前人們認為光線對它們的定位沒有影響。

  “蜘蛛有這樣一個備用的定位系統,這似乎很令人驚訝,因為它們在進化過程中從未接觸過沒有重力的環境?!盳schokke說。同時,蜘蛛在織網的過程中,其位置感可能會變得混亂。負責這種感覺的器官記錄了身體前部與后部的相對位置。在構建蜘蛛網的過程中,身體的兩個部分都在不斷運動,因此基于光線方向的額外定位幫助特別有用。

  相關文章鏈接:https://doi.org/10.1007/s00114-020-01708-8


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