蜘蛛織網(wǎng)的大智慧

文/李忠東

蜘蛛織網(wǎng)行為技術(shù)含量高

巧妙聽到聲音

人類和大多數(shù)其他脊椎動物依靠耳膜將聲波壓力轉(zhuǎn)化為大腦可以理解的信號，一旦大腦處理了這些信號，就能知道是什么聲音、來自哪里、有多響。 我們的耳膜是外耳道深端的膜狀物，聲波經(jīng)過耳廓進(jìn)入外耳道，然后振動鼓膜，鼓膜振動就會導(dǎo)致附著在鼓膜上的聽骨鏈發(fā)生振動，然后傳導(dǎo)到內(nèi)耳。沒有耳膜，世界將是一片寂靜。昆蟲和蜘蛛這樣的動物就沒有這樣的聽覺工具，那么它們是如何聽到聲音的呢?

多年來的研究已經(jīng)證明，蜘蛛靠它們的腿毛來“聽”空氣振動，因?yàn)檫@些毛對附近的聲音振動很敏感。不過，來自美國紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校的一項(xiàng)新研究首次證實(shí)，蜘蛛通過編織很大的網(wǎng)，“打造”出一種對聲音敏感、表面積比蜘蛛本身大1 萬倍的聲學(xué)“天線”，將其作為擴(kuò)展的聽覺陣列來捕捉聲音。編織蛛網(wǎng)的絲非常細(xì)膩且敏感，能夠檢測到振動甚至構(gòu)成聲波的空氣粒子的運(yùn)動。蜘蛛通過位于腿尖用來抓住蛛網(wǎng)的跗爪上的感覺器官，來檢測微小的振動和運(yùn)動，提前接收到獵物或掠食者到來的信息。

研究團(tuán)隊以學(xué)校創(chuàng)新技術(shù)綜合大樓下的消聲室為基地，從校園內(nèi)的窗戶上收集了一些圓網(wǎng)蛛，讓它們在一個矩形框架內(nèi)織網(wǎng)，以便根據(jù)研究需要把蛛網(wǎng)放在這個完全隔音的房間里的任何地方。圓網(wǎng)蛛是最常見的一種蜘蛛，通常在傍晚時分在檐前、墻角等處張網(wǎng)，蛛網(wǎng)呈大型車輪狀。它們個體較大，呈暗褐色，其中雌蛛長約3 厘米。它們的腹部很大，末端有三對紡績器，與體內(nèi)的絲腺相通。絲腺分泌的液汁經(jīng)紡績器遇空氣凝結(jié)成蛛絲，用來織網(wǎng)、筑巢和獵食等。

圓網(wǎng)蛛用敏感的細(xì)絲編織成的網(wǎng)

蜘蛛通過置身于振動的蛛網(wǎng)感知或者說“聽到”聲音

研究人員首先利用3 米外不同聲級的純音來觀察圓網(wǎng)蛛是否有反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)它們竟然能對68 分貝(相當(dāng)于正常交流的聲音)的聲級有所反應(yīng)。對于更響亮的聲音，則表現(xiàn)出更多類型的行為。然后，研究人員嘗試從不同角度播放聲音，看圓網(wǎng)蛛是否能找出聲音的來源、行為是否有所不同。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它們不僅能對聲源進(jìn)行定位，而且還可以判斷聲音傳入的方向，準(zhǔn)確度達(dá)到100%。

為了證實(shí)在超寬頻率范圍內(nèi)的蛛網(wǎng)移動，研究團(tuán)隊使用激光測振儀對蛛網(wǎng)上的1000 多個位置進(jìn)行了檢測。他們將一個迷你揚(yáng)聲器置于距離圓網(wǎng)蛛所在的網(wǎng)中心5 厘米處，靠近但不接觸蛛網(wǎng)，這樣聲波能通過空氣和網(wǎng)傳播給圓網(wǎng)蛛。雖然迷你揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波在空氣中傳播時會明顯減弱，到達(dá)蛛網(wǎng)前幾乎完全消失，但能繼續(xù)作為振動波在蛛網(wǎng)上傳播。12 只圓網(wǎng)蛛中有4 只對極弱的信號作出了反應(yīng)，這意味著它們可以感受到蛛網(wǎng)本身的振動。分析表明，精致的蛛網(wǎng)能迅速捕捉到附近空氣顆粒由于聲波的作用產(chǎn)生的振動，而圓網(wǎng)蛛通過置身于振動的蛛網(wǎng)，可以感知或者說“聽到”聲音。

據(jù)觀察，圓網(wǎng)蛛在感知聲音時，要么蹲下，要么在網(wǎng)上伸展。雖然這種行為在過去也曾被注意到，但沒有得到詳細(xì)的解釋，而這次研究人員將蛛網(wǎng)與圓網(wǎng)蛛的“聽覺”感知聯(lián)系了起來。他們表示，這很可能是圓網(wǎng)蛛通過蹲下或伸展的動作主動改變蛛絲的張力，對絲網(wǎng)進(jìn)行“定制”，以便能聽到不同類型的聲音，類似我們旋轉(zhuǎn)汽車收音機(jī)旋鈕以找到最喜歡的電臺。接下來，研究團(tuán)隊還想測試其他類型的織網(wǎng)蜘蛛是否也使用它們的蛛網(wǎng)來“外包”聽覺。

嫻熟編織蛛網(wǎng)

蜘蛛的織網(wǎng)行為非常復(fù)雜，通常會先找到立足點(diǎn)，引出許多根長度足以到達(dá)對面的長絲，這些絲順風(fēng)飄時，蜘蛛會不停地用腳去踩觸絲的固著點(diǎn)。如果其中一根被風(fēng)吹到遠(yuǎn)處而粘住，拉不動了，就說明已經(jīng)固定在對面，“天索”架成了。蜘蛛會將其視為房子的棟梁，在這條蛛網(wǎng)支撐線上來回穿梭，再粘幾條絲，把它弄成一條“粗纜索”，接著又在它的下方平行地架設(shè)第二條“粗纜索”。它們靈巧地爬來爬去，盤旋著將絲從外圈織到內(nèi)圈，圈與圈之間的距離相等。通常不到半小時，一張網(wǎng)便織成了。在有風(fēng)的日子里，受風(fēng)的影響，可能就要多花一兩倍的時間。即使人類現(xiàn)在用計算機(jī)建模，也得寫下好多條程序才能粗糙地復(fù)現(xiàn)一個蜘蛛織網(wǎng)的過程。

蜘蛛的腹部一般有6 個紡績器，位于肛門附近。每個紡績器都有一個圓錐形的突起，上面有許多開口的導(dǎo)管與絲腺相連。絲腺能分泌出一種聚合骨蛋白。它在體內(nèi)為液體，排出體外遇到空氣中的氧便立即硬化為具有韌性的絲。一根完整的蛛絲是多個絲腺的共同產(chǎn)物，它由不同絲腺分泌出的許多根更細(xì)的絲混合紡成。

用高倍電子顯微鏡掃描，可以看到一條蛛絲是由兩根不同的細(xì)絲交織在一起的。其中呈直線狀的那根蛛絲沒有黏性，只能拉長20%；呈螺旋狀的另一根蛛絲黏性很強(qiáng)，能夠拉長4 倍。由兩根細(xì)絲共同組成的蛛絲周圍覆蓋著一層膠質(zhì)狀的微滴，每個微滴其實(shí)是一個絲團(tuán)。昆蟲不小心碰到微滴便會被粘住，越掙扎蛛絲拉得越長捆得越牢，無論怎樣騰挪也無濟(jì)于事。蜘蛛之所以不會被自己的網(wǎng)粘住，在于會分泌一種油脂作為身體的潤滑劑。另外，它們在網(wǎng)中心蟄伏的地方和經(jīng)常來來往往爬行的那幾根蛛絲是不具黏性的。

蜘蛛的腿猶如靈巧的手指，不斷地從紡績器里將絲拉出來，再梳理、揉搓成線，動作非常熟練。最細(xì)的蛛絲只有頭發(fā)直徑的千分之一，一根能環(huán)繞地球一周的蛛絲只有168 克重。不過千萬不要小看了它的強(qiáng)度，絕非如人們想象的那樣不堪一擊。一根細(xì)細(xì)的蛛絲可以承受同樣直徑鋼絲5 倍的拉力，而且伸長2 倍以上才會斷裂。如果用蛛絲制成厚度相當(dāng)于鉛筆粗細(xì)的甲板，可以承載噴氣式飛機(jī)的起飛。若說蛛絲是世界上最堅韌的東西之一，絕非夸大其詞。

蜘蛛網(wǎng)大小不一，最大的周長達(dá)到數(shù)米，較小的比郵票還小。不同種類、不同年齡的蜘蛛織出的網(wǎng)形狀也不盡相同，世界上無法找到兩張一模一樣的蛛網(wǎng)。圓網(wǎng)蛛的網(wǎng)如同掛在屋檐下的車輪，棚蛛的網(wǎng)酷似搭在樹間的帳篷，球腹蛛的網(wǎng)像一個精巧的小籠子，水蛛的網(wǎng)宛如沉在水下的鈴鐺，草蛛的網(wǎng)呈吊床形狀。有的蜘蛛還能織套索狀的網(wǎng)，有的會聯(lián)手織出一大片密網(wǎng)，鋪設(shè)在草稈上。特別值得一提的是球蜘蛛，其編織的網(wǎng)為螺旋形。許多蜘蛛都是在舊網(wǎng)被損壞之后才去編織新網(wǎng)，不過球蜘蛛?yún)s能每晚織一張新網(wǎng)，同時把舊網(wǎng)吃掉，讓蛋白質(zhì)循環(huán)。

云南西雙版納的一些蜘蛛織成的網(wǎng)呈管狀，會散發(fā)出類似某些種類雌蛾的性激素氣味。當(dāng)雄蛾循著氣味興致勃勃地前來求愛時，等待它的是蜘蛛拋出的一條頂端有一顆黏性液珠的蛛絲索。更為奇特的是，有一種漁翁蜘蛛干脆把末端纏著一團(tuán)黏液的蛛絲“流星錘”在空中甩來甩去，看上去猶如一只隨風(fēng)飄蕩的小昆蟲，被吸引的虻蟲往往會把它當(dāng)成自己的獵物。

具備學(xué)習(xí)能力

蜘蛛正等待獵物自投羅網(wǎng)

從本能上講，每一種蜘蛛都能織出一張形狀、尺寸與其體形和獵物大小相適應(yīng)的理想蛛網(wǎng)，但在不同環(huán)境下，它們會為了適應(yīng)有限的空間或繞過障礙物，因地制宜地進(jìn)行裁剪，這表明蜘蛛在建網(wǎng)之前會進(jìn)行某種規(guī)劃。研究人員發(fā)現(xiàn)，它們?yōu)榱颂綔y一個潛在的建網(wǎng)點(diǎn)，會將蛛絲當(dāng)作鉛垂線。它們首先在2 個物體的表面拉起一條水平線，然后在這條線沿途的各個點(diǎn)上下移動，以估計空間的大小、用絲量以及織造的時間，這一切涉及前瞻和規(guī)劃能力。以圓網(wǎng)蛛為例，它們能根據(jù)腺體中剩余的絲質(zhì)儲備來改變蛛網(wǎng)的大小和結(jié)構(gòu)，以確保不中途耗盡。此外，圓網(wǎng)蛛對天氣極為敏感，為避免在寒冷中暴露太久，在低溫下編織的網(wǎng)更簡單，圈與圈之間距離更大。有些漏斗蜘蛛還會在網(wǎng)上面纏繞許多不規(guī)則的細(xì)絲，這樣不僅可以攔截低空飛行的昆蟲，還可以使網(wǎng)的結(jié)構(gòu)更加牢固。

蜘蛛甚至能記住蛛網(wǎng)中的哪一部分捕捉到了更多的獵物，并會在日后編織新網(wǎng)時調(diào)整這部分蛛絲的張力。蛛絲繃得越緊，昆蟲掙扎時傳遞過來的振動波就越強(qiáng)烈，它們作出的反應(yīng)就越迅速。蜘蛛還能根據(jù)本地發(fā)現(xiàn)的獵物大小，改變蛛網(wǎng)的大小。如果獵物觸網(wǎng)后逃脫了，那么它們會從中吸取教訓(xùn)，布下更黏的蛛絲，以確保未來不再發(fā)生此類事情。

為了證實(shí)蜘蛛是否具備學(xué)習(xí)能力，如了解周圍環(huán)境中什么位置更適合結(jié)網(wǎng)以及調(diào)整在這種環(huán)境中蛛網(wǎng)的形態(tài)，研究人員特意破壞了蛛網(wǎng)的一部分，讓圓形網(wǎng)變成了垂掛網(wǎng)。參與實(shí)驗(yàn)的蜘蛛看到這些變形的蛛網(wǎng)仍然能捕獲到獵物后，便會在下次織網(wǎng)時嘗試編織垂掛網(wǎng)，并且很快地熟悉這張新網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

蜘蛛可以通過蛛網(wǎng)拓展自己的觸覺，依靠感受蛛網(wǎng)振動來區(qū)分和識別振動的來源是風(fēng)吹、樹葉掉落還是其他生物觸碰。因?yàn)槔o的蛛網(wǎng)會對振動更加敏感，有助于將更重要的振動信息過濾進(jìn)入腦中，它們會不定時地拉緊和放松不同網(wǎng)絲。只要抓住過一次獵物，蜘蛛就能記住其大小、種類、與振動模式的關(guān)系和網(wǎng)住它的位置等，并調(diào)整網(wǎng)的大小和疏密。

南美洲熱帶雨林中的紅蜘蛛的體形只有螞蟻大小，成千上萬只生活在一起，合作織網(wǎng)狩獵，共同分享食物。它們把蛛網(wǎng)編織在樹上，一部分從上往下織，另一部分從下往上織，幾天的工夫便能完成。當(dāng)?shù)鼐用裣矚g用這種色彩和圖案都很美麗的大網(wǎng)做窗簾。有趣的是，大網(wǎng)上總會存在許多漏洞，原來是紅蜘蛛用蛛網(wǎng)捕鳥留下的。有些力量很大的鳥兒撞網(wǎng)后會掙脫蛛網(wǎng)逃脫，再次經(jīng)過時會產(chǎn)生警覺，倍加小心。按理說，蛛網(wǎng)存在漏洞應(yīng)該迅速填補(bǔ)，可聰明的紅蜘蛛?yún)s沒有這樣做。它們在距離這個蛛網(wǎng)后大約1 米遠(yuǎn)的地方，在樹葉的掩蓋下再編織一張網(wǎng)。可憐的鳥兒鉆過了第一張蛛網(wǎng)的洞，卻沒有想到還有第二張隱藏著的蛛網(wǎng)在等待著它們。一旦鳥兒被另一張網(wǎng)粘住，紅蜘蛛便會蜂擁而上向它的體內(nèi)注入毒液。

氣象學(xué)家根據(jù)蜘蛛織網(wǎng)的地點(diǎn)、圖案和蛛絲的變化，可以推測未來當(dāng)?shù)氐那缬?、氣壓和風(fēng)向。很多蜘蛛每天都要將蛛網(wǎng)回收，然后選在最干燥、最寒冷的黎明前重新織網(wǎng)。如果空氣濕度太大，那么敏感的蜘蛛就會停止織網(wǎng)，以免浪費(fèi)精力。蜘蛛的這一習(xí)慣，居然幫助拿破侖打贏了一場戰(zhàn)爭。1794 年的深秋，拿破侖正大舉進(jìn)攻荷蘭的烏德勒支要塞。據(jù)險而守的荷蘭人打開了所有河流的水閘，法軍被滾滾洪水阻擋而無法進(jìn)攻。無可奈何的拿破侖正準(zhǔn)備撤退，卻意外接到了“蜘蛛在大量吐絲結(jié)網(wǎng)”的報告。他知道，這預(yù)示著干冷天氣即將到來。于是他下令部隊就地待命。不久后，寒潮果然來襲，河流冰封，法軍踏冰前進(jìn)，一舉攻陷了荷蘭。

在醫(yī)學(xué)家眼里，蛛網(wǎng)還是研究的好幫手。他們發(fā)現(xiàn)，蛛網(wǎng)的圖案會受到興奮劑等藥物的影響。例如，吃了一點(diǎn)咖啡因的蜘蛛，織網(wǎng)時會變得特別興奮，蛛絲排列得十分寬松，彎彎曲曲，參差不齊。再如，吃了一點(diǎn)氨基丙苯后，蜘蛛織出的網(wǎng)會殘缺不全。如果蜘蛛吃了一點(diǎn)大麻堿，那么它所織的蛛網(wǎng)外圍總會缺少一圈。因此，在對某一種微量物質(zhì)的成分進(jìn)行鑒定時，不妨請蜘蛛來幫忙。

交配后，雄性圓網(wǎng)蛛(紅棕色)會實(shí)施緊急彈射，以免成為雌性(深棕色)的午餐

紅蜘蛛