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May. 22 2019

用蛛網把自己「彈」出去抓獵物的蜘蛛,而且加速度超過火箭20倍!

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  • 一隻三角蛛屬(Hyptiotes)的蜘蛛在剛結好的網上等待獵物。PHOTOGRAPH BY STEPHEN DALTON, NATURE PICTURE LIBRARY

  • 在實驗室進行的實驗中,Hyptiotes cavatus把網拉得緊緊地,照片中左邊的是錨絲、右邊的是陷阱絲。PHOTOGRAPH COURTESY S.I. HAN

新研究發現,三角織蛛(Triangle weaver spiders)透過蛛網蓄積驚人的能量,這在動物界可是獨門技術。

一隻三角蛛屬(Hyptiotes)的蜘蛛在剛結好的網上等待獵物。PHOTOGRAPH BY STEPHEN DALTON, NATURE PICTURE LIBRARY

一隻三角蛛屬(Hyptiotes)的蜘蛛在剛結好的網上等待獵物。PHOTOGRAPH BY STEPHEN DALTON, NATURE PICTURE LIBRARY

對大部分人來說,蜘蛛網就是一張黏黏的絲網,再怎麼精心打造,也是被動的。

然而,有一種蛛形綱動物卻把自己的網推進到另一個層次,牠們運用中古世紀工程師的沉著冷靜,打造出能蓄積張力的工具。這就是在美國及全世界許多地方都找得到的三角織蛛(Hyptiotes cavatus)。

織好一張三角形的網以後,牠們會從腹部吐出的蛛絲、把自己固定在小樹枝上,再用力拉住蛛網的中央錨線、把整個結構拉得很緊很緊。

這樣的做法就像十字弓的弓弦那樣,可以在蛛網中蓄積位能(potential energy),不過蜘蛛版本的釋放機制就是蜘蛛自己的身體,牠們能讓整個結構維持緊繃,直到發射。

若有昆蟲撞上蜘蛛網,蜘蛛就會放開錨線,釋放原本抓在腹部的鬆弛蛛絲,把蜘蛛網(和蜘蛛自己)向前彈射,抓住蜘蛛網裡的蟲。

這種效果「有點像網槍,」丹尼爾.馬蘇塔(Daniel Maksuta)說,他是俄亥俄州艾克朗大學的博士生,也是這篇蜘蛛新研究的共同作者。他說,有時候蜘蛛甚至會重新「上膛」、「發射」蜘蛛網數次,以確保獵物動彈不得。

現在,有一項新進行研究運用高速攝影機,證實了這種蜘蛛網其實能儲存並釋放出驚人的能量。

事實上,Hyptiotes cavatus的網投射出去的加速度超過770公尺/秒平方(m / s2),這相當於美國航太總署太空梭最大加速度的26倍。

作者指出,這是動物界已知唯一能「外部功率放大」的例子,也就是利用外界物體儲存能量、使之倍增,然後一次全部釋放出去。

在實驗室進行的實驗中,Hyptiotes cavatus把網拉得緊緊地,照片中左邊的是錨絲、右邊的是陷阱絲。PHOTOGRAPH COURTESY S.I. HAN

在實驗室進行的實驗中,Hyptiotes cavatus把網拉得緊緊地,照片中左邊的是錨絲、右邊的是陷阱絲。PHOTOGRAPH COURTESY S.I. HAN

超速蜘蛛

為了做這項新研究,研究領導者俄亥俄州艾可朗大學的博士生莎拉.韓(Sarah Han)與同事捉了野生的Hyptiotes cavatus後飼養在室內。

蜘蛛一樣會織網,就像在野外那樣,然後團隊再錄下蜘蛛和獵物的互動。

影片顯示,每次蜘蛛拉扯自己的網時,就像是在轉動曲柄、上緊彈射器。蜘蛛每次用附肢拉扯所產生的力量有限,但蜘蛛網的彈性讓蛛網能儲存多次拉扯所產生的力量,然後一次全部釋放出來,這就是功率放大(power amplification)。

團隊也用軟體做出了蜘蛛網的模型,跑過幾次模擬,比較以下三種狀況所釋放的能量:使用體外工具(蛛網)功率放大;使用體內功率放大(像是跳蚤的跳躍),完全不使用功率放大,單純靠肌肉力量跳躍。

根據他們的模型,由拉緊的蜘蛛網提供的增強能量,就是蜘蛛抓住獵物的祕密。

這種策略對蜘蛛來說也是成功的,根據5月13日發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)的研究,在實驗室的觀察中,若不釋放蜘蛛網,則蜘蛛每一次都抓不到獵物。但如果蜘蛛能妥善運用蜘蛛網,成功率大概可達到70%。

↑↑↑↑↑蜘蛛沒有翅膀,為什麼還能飛?原來是用絲打造飛行傘!

揭開蜘蛛絲之謎

其他還有一些無脊椎動物也會吐絲,例如蛾的幼蟲,「但跟蜘蛛的廣泛分布以及功能多樣根本無從相比。」堪薩斯大學的蛛形動物考古學家保羅.謝爾登(Paul Selden)說。

蜘蛛絲的用途,差不多就跟蜘蛛的種類(超過4萬5000種)一樣多。但就算與甩動絲球的流星錘蜘蛛(bolas spiders)、在暗穴等待獵物的螲蟷(trapdoor spiders)、還有靠靜電力為動力的蜘蛛寶寶相比,Hyptiotes依舊鋒芒畢露。

「我想不出這種捕捉系統還能再怎麼演化,也想不出沒有親緣關係的物種有沒有能匹敵的捕捉網。」謝爾登說。

還是有一些令人深感興趣的問題尚未解開。比方說,在緊緊拉住蜘蛛網的時候,H. cavatus似乎是一直彎著附肢,這對大部分的動物來說都會非常累。

「牠們是怎麼辦到的?」韓提出這個問題。她打算要找出解答。

 

延伸閱讀:寶寶證實:我們對於蛇與蜘蛛的恐懼可能是與生俱來的 / 不只是哺乳類:有些蜘蛛也會以母乳哺育幼蛛

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