没翅膀的蜘蛛能"飞"数百公里,研究称靠地球电场

2018-07-10 08:28 网易科技报道

  7月10日消息,据大西洋月刊报道,1832年10月31日,年轻博物学家查尔斯·达尔文(Charles Darwin)走到英国皇家海军“贝格尔”号(HMS Beagle)的甲板上,并意识到这艘船已经被成千上万的“入侵者”充当寄宿之地。几乎到处都是微小的红色蜘蛛,它们的体长只有1毫米。这艘船离海岸96公里远,所以这些生物肯定是从阿根廷陆地漂过来的。达尔文在书中写道:“所有的绳索都被蛛丝包裹着。”

图:正准备飞航的蜘蛛

  虽然蜘蛛没有翅膀,但它们依然可以飞到空中。它们会爬到露天的地方,把腹部抬向天空,挤出丝线,然后随风飘走。这种行为叫做“飞航”(ballooning)。这种本领不仅能帮助蜘蛛躲避捕食者和竞争对手的攻击,还能带它们前往资源丰富的新领地。但不管出于什么原因,飞航显然是一种有效的旅行方式。在距地面4000米的高空和1600公里外的海面上,都发现过蜘蛛的踪迹。

  人们普遍认为,飞航的工作原理是蛛丝迎风飘扬,并将蜘蛛拖在风中。但这并不是完全合理的,特别是因为蜘蛛只在微风中飞航。蜘蛛不会从腹部吐出蛛丝,这种温和的微风似乎也不太可能有足够的力量把蛛丝拉出来,更不用说让最大的蜘蛛物种飞到高处,或者产生让蛛形纲动物起飞的高加速速度。达尔文自己也发现蜘蛛飞行的速度是“完全无法解释的”,其原因同样“无法解释”。

  但是埃里卡·莫利(Erica Morley)和丹尼尔·罗伯特(Daniel Robert)找到了合理解释。布里斯托尔大学的这对搭档已经证明,蜘蛛能够感知地球的电场,并利用它将自己发射到空中。每天,全球约发生4万次雷暴,把地球的大气层聚集成巨大的电路。大气的上层有正电荷,而地球表面有负电荷。即使在晴朗无云的天气里,空气的电压在地面上每升高1米就会增加100伏左右。在雾或风暴天气下,这种梯度可能增加到每米几万伏。

  飞航的蜘蛛在这个行星电场中活动。当它们的蛛丝离开身体时,通常会带上负电荷。这就能在蜘蛛所处的表面产生类似的负电荷,产生足够的力量将它们抛向空中。蜘蛛可以通过爬上树枝、树叶或草叶来增加这些力量。在地球上,植物和它们生长的地面有同样的负电荷,但它们却突出到带正电荷的空气中。这就在它们周围的空气和它们的叶子与枝干之间产生了大量的电场,同时蜘蛛也从这些顶端飞航起来。

  这个想法(即静电排斥飞行)最早是在19世纪初提出的,也就是在达尔文航行的时候。物理学家彼得·戈汉姆(Peter Gorham)2013年重新提出了这个想法,并证明它在数学上是合理的。现在,莫利和罗伯特用蜘蛛进行了测试。首先,他们证明了蜘蛛能探测到电场。他们蜘蛛放在塑料盒子中间的垂直硬纸板上,然后在地板和天花板之间产生电场,强度与蜘蛛在户外所经历的类似。这些区域促使蜘蛛脚上的细小感知毛trichobothria竖起。莫利说:“就像你摩擦一个气球,然后把它举到你的头发上。”

  作为回应,这些蜘蛛会做出被称为“踮起脚尖”的动作,它们用腿的末端站立,腹部悬在空中。莫利说:“这种行为只有在飞航之前才会出现。”许多蜘蛛实际上成功地起飞了,尽管它们被关在封闭的盒子里,里面没有气流。当莫利关掉盒子里的电场时,处于飞航状态的蜘蛛掉了下来。

  田纳西大学的安吉拉(Angela Chuang)说,尤其重要的是要知道,蜘蛛能够察觉身体周围环境的静电变化。她说:“这是许多有趣研究问题的基础。各种电场强度如何影响起飞、飞行和着陆的物理特性?蜘蛛是利用大气条件的信息来决定什么时候破网,还是创造新网?”气流在飞航过程中仍可能发挥一定的作用。毕竟,同样的毛发可以让蜘蛛感知电场,也可以帮助它们测量风速或方向。来自柏林科技大学的赵文胜(音译)最近表示,蜘蛛通过把前腿伸到风里来准备飞行,这大概是为了测试风的强度。

  然而,莫利和罗伯特的研究表明,静电力量本身就足以将蜘蛛推向空中。戈汉姆称:“这真的是最顶级的科学。作为一名物理学家,我很清楚电场发挥了核心作用,但我只能推测生物学如何支持这一点。莫利和罗伯特已经为这个问题提供了近乎可确定的答案,远远超出了我的预期。我认为达尔文读到他们的发现时,肯定也和我同样感到激动。” (小小)

责编:李文瑶
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