-太空织网 光线导航
作者:冯维维
发布时间:2020-12-18
浏览次数:680
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 蜘蛛网 图片来源:stock image

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。一开始这只是针对高中生的一个不太成功的攻关实验,现在却产生了一个惊人的发现:光线在蛛形纲动物的定向中所起的作用比之前认为的大。

美国航天局(NASA)进行的蜘蛛实验原本是一个令人沮丧的失败,但意外的事件有时会导致意想不到的研究发现。这里的问题相对简单: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的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,NASA想用这个实验来激励美国的中学生。但即使问题很简单,在太空中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国际空间站,一个作为领头,另一个作为储备,以防第一个未能存活下来。

然而,那只储备蜘蛛设法逃出了贮藏室,进入了主室。由于安全原因,该室不能打开,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,作为食物的苍蝇繁殖速度比预期更快。随着时间推移,它们的幼虫从箱子地板上的繁殖容器爬到实验室内,两周后覆盖了前窗的大部分。一个月后,苍蝇幼虫后面的蜘蛛都看不见了。

参与蜘蛛实验计划的丹佛自然与科学博物馆的Paula Cushing一直对这一失败耿耿于怀。2011年,国际空间站再次有机会进行类似的实验,研究人员让巴塞尔大学的Samuel Zschokke博士参与准备和分析新的尝试。这一次,试验采用了同一物种的四只蜘蛛:两个飞往国际空间站单独的栖息地,另外两只分别留在地球上的不同栖息地,并被保持和它们太空中的同伴相同的条件下进行观察,唯一的区别是它们暴露在地面重力之下。

最初的计划是用四只雌性。但另一件不幸的事发生了:实验必须挑选幼年蜘蛛,但确定幼年蜘蛛的性别极其困难。在实验过程中,有两只蜘蛛是雄性的,它们在身体结构和大小上与成熟后的雌性蜘蛛有显著差异。幸运的是,其中一只雄性在空间站上,另一只在地球上。

蜘蛛织出网,拆散它们,又织出新的。每个蜘蛛有3台摄像机每5分钟拍摄一次照片。Zschokke、Cushing和科罗拉多大学生物服务技术处监管该太空飞行设计和发射的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,在失重状态下织成的网比在地球上织成的网更对称。它们的中心更靠近中间,所以蜘蛛并不总是把头朝下。然而,研究人员注意到蜘蛛在灯光下织网与在黑暗中织网存在。在灯光下,在国际空间站上建立的网络与地球上的网络相似地不对称。

Zschokke说:“我们没有想到光线会在蜘蛛在太空中的定位中起作用。”他分析了蜘蛛实验,它们的相关研究发表在《自然科学》上。“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。”

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。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。由于蜘蛛也在黑暗中织网,而且在没有光线的情况下也能捕获猎物,所以以前人们认为光线对它们的定位没有影响。

“蜘蛛有这样一个备用的定位系统,这似乎很令人惊讶,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。负责这种感觉的器官记录了身体前部与后部的相对位置。在构建蜘蛛网的过程中,身体的两个部分都在不断运动,因此基于光线方向的额外定位帮助特别有用。



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