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天文新知

蜘蛛結網的習性,終在失重環境下揭露

色彩斑斕的大木林蛛不僅結網能力強,其蛛絲甚至被用於生物材料中的神經重建,日前,一項針對大木林蛛的研究表明,在無重力的情況下,這些蜘蛛可以利用光線定位方向,告訴自己哪個方向是「上面」。

數十年來,科學家已經針對蜘蛛進行了無數次的重力實驗,例如:在蜘蛛身上綁著小重物、在離心機裡結網、水平方向結網或是在結網時不斷旋轉等等。以上這些內容都有一個重要因素:重力,於是就誕生了另一個問題,蜘蛛能否在無重力環境中結網?

事實上早在1973年,就有兩隻歐洲花園蜘蛛在當時成為太空站實驗的一部分,整個實驗的過程對蜘蛛極不友善,食物跟水的供給不足,其不規律的蛛網,也許是因為牠們的健康狀況不佳所致。2008年,國際太空站的一項實驗則使用了兩隻不同種的蜘蛛,一隻為實驗組,另一隻為正常生活的對照組,這次科學家確實提供牠們足夠的果蠅群體成為食物來源;但對照組的蜘蛛在一次意外過程中跑進了實驗組中,這意味著兩隻蜘蛛網相互干擾,不僅影響了實驗目的,果蠅群體的數量也不受控制的增加,一個月後,果蠅的數量已經將窗戶遮蔽了。

2011年的第二次實驗,沒有蜘蛛逃脫,沒有食物不足,沒有爆量果蠅,每5分鐘拍攝一張照片,頭頂上的燈每12小時開關一次,以模擬日光;儘管在性別上區分錯誤(送上太空的四隻雌蜘蛛中,有兩隻實際上是雄蜘蛛),但在國際太空站上為期兩個月的實驗結果相當成功。

兩隻不結網的雄蜘蛛在失重環境下正常存活,並且返回地球後仍然健康,另兩隻雌蜘蛛在此期間結了34張網,蛻了三次毛,打破太空紀錄,此外,正是因為那個指向下的燈光,造成了另一個驚人的發現。一般而言在正常重力環境下,不論燈光亮暗,蜘蛛總是會織出不對稱的網,而蜘蛛總會停在正中心的圓上且面朝下,而由於燈光的存在,在失重情況下,光線方向也會影響蜘蛛結網。
如圖說
▲橫軸為蜘蛛等待時距離蛛網中心方向的頻率分布。所示為零重力和正常重力下以及白天(開燈)和晚上(關燈)的分布。水平黑線表示中位數值。樣本數(照片數量)分別為6250、456、5395、1915。蜘蛛在正常重力下幾乎總是面朝下。在零重力環境下,當光照打開時,蜘蛛傾向於臉朝下,而當光照關閉時,蜘蛛的方向則是隨機的。
在太空中,蜘蛛結網的對稱性會更好,並且會利用光線做為參考點,將網織在靠近燈的那一面「天花板」上,蜘蛛在演化的過程中並沒有經歷過無重力環境,所以科學家對於蜘蛛能有一個備用的定位系統感到驚訝,而且幸運地是,他們裝設的燈光只在一個方向,否則他們可能沒有這項實驗結果,至於其細部的原因,可能需要更多的蜘蛛太空實驗才能得知,該研究發表於2020年12月《自然的科學》期刊。(編譯/許晉翊)
資料來源:Science Alert

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