作者:苏澄宇

出品:科普中国

监制:中国科普博览

在湖北大学生命科学院的实验室里,两只隆喜蟱蛛正挂在蛛丝上缠绵,好不甜蜜……但是甜蜜还没多久,就在一瞬间,公蜘蛛以每秒90cm的速度挣脱出老婆的怀抱,自由地飞向空中。小小的蜘蛛还会在空中打转,仿佛在大吼:没想到吧,这就是我的逃跑路线!

图源:文献1

没搞清楚的人,估计都以为公蜘蛛是个不负责的渣男……其实,它更多是在逃命(虽然也有点渣的成分),因为,如果它再晚一秒跳开,就有可能变成母蜘蛛的盘中餐。

一、蜘蛛为啥要逃跑?

交配后被吃掉,在昆虫和蛛形纲里尤为常见。这种行为在生物学里被称为:性食同类(Sexual Cannibalism)。《黑猫警长》里公螳螂“献身”母螳螂的行为就属于性食同类。

这里打引号,是因为它并非真心想把自己当做贡品献给母螳螂。(此处详见我另一篇文章《童年阴影:《黑猫警长》里雄螳螂真的自愿被吃吗?》)同样的,也几乎没有蜘蛛心甘情愿当食物,谁会想被生吞呢?对于大多数生物来说,遇到危险身体的本能反应就是逃生。

此时,能跑的蜘蛛基本都跑了,跑不掉的才被吃掉。本文中的隆喜蟱蛛自然也不愿被吃,只是它选择了一种不大一样的逃婚方式:高速弹射。

正在交配的隆喜蟱蛛 图源:文献1

不过,因为蜘蛛弹射太快,普通相机根本拍不到什么细节,拍下的残影压根没法研究。于是,科学家弄来了高速高清摄像机外加微距摄影头,这才捕捉到了公蜘蛛弹射瞬间的的高清画面。

逐帧分解下的蜘蛛弹射 图源:文献1

你可以看到,在上面的那只是公的,下面那只是母的。在交配过程中,公蜘蛛的胫骨-跖骨关节一直保持折叠状态,压在母蜘蛛的腹部,就跟压缩的弹簧一样。

交配完成的一瞬间,关节马上释放出积蓄已久的液压势能,转化为动能,以时速30cm/s 到90cm/s不等的速度弹射出去,平均下来弹射速度为65.9cm/s。弹射出去的蜘蛛会在空中优美地旋转,就像失控的飞轮一样,旋转速度可达每秒175次(不知道蜘蛛头晕不晕)。

交配时关节处于压缩状态 图源:文献1

甚至有时候,中途交配到一半,母蜘蛛就想吃掉对方了。这时候,凭借敏锐的蜘蛛感应,公蜘蛛会率先一步先弹开,然后爬回母蜘蛛身上继续交配。如果有危险再弹开,再交配,反反复复,直到交配完成,最多可达6个来回。

在研究记录下,总共155次交配中,152次都以公蜘蛛成功弹射逃跑结束,只有3只倒霉蛋来不及弹射沦为了盘中餐。看来存活率还挺高的,至少97.4的公蜘蛛都可以活下来。

不过科学家岂会轻易地放过这些蜘蛛,让它们逃出母蜘蛛的饥饿大嘴。为了科学,研究人员把30只交配的公蜘蛛按在母蜘蛛身上,这下它们根本无法脱身,果然一下就被吃掉。

这一步实验不是没有意义的,是为了证明弹射行为确实避免了“性食同类”,如果不弹,公蜘蛛就死了。

二、公蜘蛛为什么弹射出去的速度这么快?

如此敏捷的动作归功于蜘蛛腿的液压关节,里面的液不是机油,而是血淋巴。在需要动作的时候,蜘蛛前体背腹的肌肉收缩,压力升高,压缩血淋巴进行弹射。而整个液压系统动力来源正是蜘蛛的心脏,为血淋巴的循环提供动力。

蜘蛛的关节 图源:文献1

图源:文献3

蜘蛛腿的液压传动系统是高效的,隆喜蟱蛛才得以爱后余生。既然蜘蛛液压关机这么好用,人类肯定要将其应用在自己的技术上。国外有科学家设计了仿生蜘蛛液压关节的驱动结构“Smart Stick”,如下图。

图源:文献1

上面这个也许还不太像,下面这个就更近一步,因为内部中空,所以比前一个驱动系统更轻巧。

图源:文献2

除此之外,还有很多仿生蜘蛛腿的设计。但到目前为止,不管哪一种都还没有完美模仿蜘蛛腿的机器。要真有和隆喜蟱蛛一样利用液压系统一瞬间弹出50个身位的无人载具,而且还能毫发无伤地安全落地,那可真是令人叹为观止的超级机器。

三、除了会弹射,公蜘蛛还有其他的逃生策略

公隆喜蟱蛛为了避免被吃,选择了弹射逃跑这种看起来酷炫的逃跑姿势。其他种类的公蜘蛛可能就不会用这招了。

比如公园蛛在交配前会给母蜘蛛送彩礼,一顿好吃的大餐,母园蛛看到有食物送上门来,就会先大快朵颐。公园蛛此时乘着母蜘蛛分心的机会,赶紧把正事办了,大大降低了被吃的概率。

一种比较好看的园蛛 图源:inaturalist

而奇异盗蛛就更猛了,在交配之前,公蜘蛛就直接用蛛丝把对方绑起来,等交配完成后,公蜘蛛可以毫无顾忌地离开,母蜘蛛则得花上一阵子时间把束缚在身上的蛛丝挣脱开来。

奇异盗蛛的捆绑 图源:文献4

自然界中的动物总是超乎人类的想象,除了上面提到的各种蜘蛛,还有难以计数的逃跑方式。总之,为了避免被吃,公蜘蛛真的进化出了各种神奇操作。如果要选的话,我还是觉得隆喜蟱蛛的逃跑姿势更酷一些。

参考文献:

1.https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)00485-7

2.盛闯. 蜘蛛步足流—固耦合计算与液压传动机理研究[D]. 吉林大学, 2018.

3.https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-33989-9_34

4.https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rsbl.2015.0957