网站地图
蜘蛛网(蜘蛛编织的网状物) 发布于:

蜘蛛网(Spider Web、Cobweb):是由部分种类的蜘蛛吐丝所编成的网状物,用以捕获昆虫、小型脊椎动物等作食物,或用以结巢居住。蜘蛛可以感应到猎物冲撞或受困于蜘蛛网上时所产生的震动;在完成它们的网后,蜘蛛会在网上或附近等待猎物落入陷阱。蜘蛛网里有些丝有黏性,有些没有,例如辐射状蛛网,纵线无粘性横线有。由于蜘蛛本身的行动也会受自己的黏液所影响,因此当它们在网上移动时,会避免踩到带有黏液的丝线。

有一些蜘蛛丝的强度比同等重量的钢丝还要强,弹性也较高。是材料学的研究课题之一,具有产业上的潜在应用价值,可使用于制造防弹背心或人造肌腱等物品。而为了制造人造蜘蛛丝,有些研究者利用基因改造的哺乳动物来生产所需的蛋白质。

在庞大的蜘蛛家族中,结网蜘蛛数量和分布都极为广泛,无疑是最吸引注意的类群之一。其中,结圆网的蜘蛛分别有园蛛科(Araneidae),妩蛛科(Uloboridae),肖蛸科 (Tetragnathidae)和络新妇科(Nephilidae)。而神奇的图案,又称“装饰物”,就出现在这些日行性蜘蛛的圆网上。自1895年“装饰物”(web decoration)或称为“隐带”(stabilimenta)这个名词第一次被观察记录下来后,科学家们对此产生了极大的兴趣和热情,以它为中心开展的研究也越来越多。目前报道,已有来自5个科22个属的日行性蜘蛛的蛛网上出现了这些神秘的“装饰物”。

蜘蛛属于节肢动物门,它有八条腿,腹部后端有三对吐丝器。液状的丝汁从纺织器的纺织腺内产生,通过纺织突的小孔分泌出来。纺织突上的小孔很多,从这些小孔分泌出来的丝汁,遇到空气就变硬成为一根珠丝。蜘蛛的丝,坚韧有弹性,而且十分精细,大约只有人的头发十分之一粗。

蜘蛛的网是多种多样的,有皿状的,有帐篷状的,有漏斗状的,有车轮状的。蜘蛛织网的本领非常高超,乍一看似乎杂乱无章,其实它都有一定规律,是与各自的捕食行为紧密联系的。

科学家通过长期观察发现,在没有装饰物的蜘蛛网上,蜘蛛更容易受到其天敌的攻击,说明“装饰物”起到一定的隐藏作用。

横纹金蛛结出的装饰物是

一个由Z形组成的交叉状的丝带

(X型)状装饰物。

园蛛科艾蛛属的蜘蛛很奇

妙地隐藏了自己。

园蛛科艾蛛属的一种蜘蛛,通常

将掉落在圆网上的碎屑以及食物

残渣等收集起来,做成一条直线

状的装饰物。

园蛛科艾蛛属的蜘蛛在

中心区结出的装饰物,竟都

是同心环状,偶尔还在同心环

上再装饰几片枯叶

金蛛属蜘蛛所织出来的蜘蛛

网差不多是隐形的,但隐带却呈

可见的纯白色,有时呈交叉形或

三字形。

大多数圆蛛科会在固定空间中

建构典型的圆网以捕捉猎物。

典型圆网的特征为平面且同时

由辐射状及螺旋状的蜘蛛丝所

构成。

人们经过无数次的观察和研究,发现了蜘蛛织网的规律。

蜘蛛先在树枝、墙角四周固定一些丝。其中有一根特殊的丝,通过四周绕着的面积,用少许丝在中间织成一个白点,这是网的中心。于是它就从边上挂上一根丝沿着已结好的丝走,走到中心,然后拉紧,多余的长度聚到中央的白点上,再从中央走向边上,加上一些辐线,依次进行。当它在一方加上几条辐线后,又到相对的另一边去加上几条辐线,以维持平衡。蜘蛛的辐线,把一个圆圈分成了等分的数目,而且每两根相邻的半径间的角度约略相等。在拉好一个有许多半径等分的圆圈之后,它就从中心向外,绕着圈子盘旋起来,用一根极细的丝在半径上作出一螺旋线,从中心向外盘旋,而且相互平行,但向外围的螺旋线,一圈比一圈稀。

蜘蛛会先向空中放出一根长长的“搜索丝”,任其随微风或气流飘荡。之后,蜘蛛会放出一根悬垂丝,并在这根丝的中段加上第三根丝成Y字状,形成蜘蛛网最初的3根不规则半径。再加上50多条线形成一张网的雏形。 接下的工作是铺设螺旋线,纺织成网。蜘蛛以网心为起点,织出一根自内向外的螺旋线,当做下一道工序的“脚手架”。需要指出的是,直到“脚手架”搭好,蜘蛛所织出的网还没有黏性,也就是说还粘不住昆虫。这时,蜘蛛便从外向网心开始铺设有黏性的丝,即捕食螺线,同时把“脚手架”啃吃掉,完成最后一道工序。

蜘蛛首先要搭个框架作基础。蜘蛛搭这种框架,常常表现出非常惊人的技巧。它选择定了地点之后,先牵一条横,假定是由甲处到乙处,于是再由乙处牵一条垂直到丙处,又由丙处牵一条横到丁处,跟第一条横(就是甲乙)平行。最后由丁处牵一条垂直回到甲处,跟第二条直(就是乙丙)平行。这样就搭成了一个方形的框架了。当然蜘蛛搭框架,不一定会搭成十足的正方形,不过它总是照这种方式去做罢了。

蜘蛛这种高超的结网本领是因为它以自身为测量仪器,决定后面两对足和纺织突的机械动作和位置,所以能织成如此经纬分明的丝网。 蜘蛛结好网以后,有时蹲在网中心;有时躲在隐蔽处,并由一根“信号”线,从网中心直通到它的身边,随时接受网上传来的“信号”,准确地巧猎食物。

蜘蛛网的装饰材料和图案类型,可谓五花八门。研究人员根据这些“装饰物”的质地,将装饰材料笼统划分为:蛛蛛丝和非蛛丝两种类型。

顾名思义就是蜘蛛利用本身吐的丝,构建这些神秘图案。比如,成熟的金蛛(Argiope savignyi)会在圆网中心区织出一张银白色的圆盘状装饰物,而有些金蛛属内的其它种,如黄斑金蛛(Argiope aurantia)结出的装饰物是一个由Z形组成的垂直或交叉状的丝带状装饰物。妩蛛科涡蛛属的变异涡蛛(Octonoba varians)和园蛛科艾蛛属的四突尘蛛(Cyclosa sedeculata)在中心区结出的装饰物,竟都是同心环状。而同属于园蛛科棘腹蛛属的两种蜘蛛(Micrathena sexspinosaGasteracantha cancriformis)则会把蛛丝质的圆点状装饰物标注在网上,从远处看,就像一条虚线。

非蛛丝的装饰材料也很丰富,通常都是就地取材,包括猎物残渣、植物碎屑、卵袋和蜘蛛自己蜕下的皮,这些统称为“碎屑装饰物(detritus)”。其实,有些圆网蛛通常会将掉落在网上的植物碎屑或食物残渣清理干净以免其破坏圆网的结构,但是艾蛛(Cyclosa octotuberculata)通常将掉落在圆网上的碎屑以及食物残渣等收集起来,做成一条直线状的装饰物,而它自己趁机就隐藏在这些残渣或碎屑中间。

蜘蛛们耗费能量、别出心裁地织出这些十字形、X形或螺旋形的神秘图案,其用途何在,科学家们提出了关于装饰物功能的各种假说,并通过观察或实验来论证各自的假说。总得来说可归纳为非视觉信号和视觉信号两大类,并且大部分研究主要集中在以蜘蛛丝为材料的“装饰物”上。

构建如此醒目图案,最容易让人想到的是为了吸引其它生物的眼球,即视觉信号作用。这里主要有3种假说:一是吸引猎物,二是隐藏蜘蛛以躲避天敌的攻击,三是视觉广告作用。关于吸引猎物的假说,科学家们在很多蜘蛛种类中(如艾蛛属、涡蛛属、金蛛属)得到证实,但也有一些相关研究结果不支持装饰物的吸引猎物假说。此外,科学家通过长期观察发现,在没有装饰物的蜘蛛网上,蜘蛛更容易受到其天敌(一种泥蜂)的攻击,从另一个角度说明“装饰物”起到一定的隐藏作用。第三种假说认为,丝带可能对鸟类起到广告作用,以告示它们不要误闯破坏蜘蛛网。虽然很少有证据支持这个假说,但是Blackledge 和 Wenzel在野外研究发现,具有线状装饰物的金蛛蜘蛛网(Argiope aurantia)和没有装饰物圆网相比,前者受到鸟类等飞行动物的破坏率更低。

最早提出非视觉信号假说的人们,认为装饰物可能会起到促进或加固圆网的稳定性。但是这种想法很快就被否定了。人们仔细观察,很容易就会发现这些丝状装饰物只是松散而非紧密牢固地以交叉或十字状的方式出现在网上,因此不太可能用来调节整张网的拉力和张力。然而,后来也有一些实验证据表明,妩蛛的螺旋状装饰物的确能在一定程度上改变放射丝的张力,提高蜘蛛对猎物触网震动的感知力。

另外一种非视觉信号的假说是认为在圆网中心出现的密集圆盘状装饰物能够有效地帮蜘蛛遮挡阳光,达到调节蜘蛛本身体温的功能。但其它形状的装饰物(如十字交叉状、直线状、簇状)看起来却并不适用于这个假说。有人用有线状装饰物的金蛛作为实验材料,比较了有装饰物和无装饰物的蜘蛛体温,结果显示两者之间的体温没有显著差别。

一般来说,蜘蛛可以根据不同需要,通过腹部的腺体分泌产出不同特性的蜘蛛丝,除了捕获猎物的高粘度蜘蛛丝(spiral silk),还有专门用来包裹卵袋防水密封性高的蜘蛛丝(egg-sac silk),以及用来搭建圆网框架的“脚手架”蜘蛛丝(frame silk)。而葡萄状腺丝(aciniform silk)由葡萄状腺(aciniform gland)分泌,具有高强度的韧性和张力,蜘蛛正是用这种葡萄状腺丝来包裹猎物的。

近来,有科学家提出丝状装饰物能够起到调节葡萄状腺体(aciniform silk gland)活性的作用。有关研究发现,一些和葡萄状腺体活性有关的因素,例如缠绕包裹猎物的频率、蜘蛛蜕皮的发生,会影响到蜘蛛腺体的生理状况并产生可预测的装饰物模式。

在蜘蛛庞大的家族中,蜘蛛网丝状装饰物的出现频率、形状在同种不同个体之间时常不一致,这也是研究蜘蛛网装饰物功能所面临的主要问题。如果丝状装饰物确实具有很强的选择优势(例如能够吸引猎物或者躲避天敌),为什么不是所有蜘蛛个体都在它们的网上构造这些丝状装饰物?很显然,关于蜘蛛网丝状装饰物功能问题的讨论还远没有结束,仍有很多问题等着人们去研究。

中国科技网讯 据物理学家组织网近日报道,美国亚利桑那州立大学的研究团队通过一种非侵入性激光散射技术,找到一种从完整的蜘蛛丝上获取各种弹性成分的途径,未来可用于开发出生产从防弹背心到人工腱的弹性材料。相关研究成果发表在《自然材料》上。

这种非侵入性的布里渊光散射技术使用了小于3.5毫瓦的极低功率激光,激光束在经过完整的蜘蛛网后,不会破坏蛛网,研究人员从而能在空间中描绘出每张网的弹性刚度。他们对于包括金纺蜘蛛、北美园蛛、西方黑寡妇和草绿色猞猁蜘蛛在内的4类蛛网进行了研究。

“蜘蛛丝具有独一无二的机械强度和弹性,这使得其成为人们所知道的最牢固材料。”这项研究的首席研究员、亚利桑那州立大学化学生物系教授杰弗瑞亚格尔说,“这项研究代表了我们对于蛛丝潜在的机械性能最完整的理解。”

从负重上来讲,蜘蛛丝至少是钢琴线的5倍。蜘蛛丝是一种特殊的生物聚合物,与胶原(组成皮肤和骨头的材料)相关,但是蛛丝的结构要更加复杂。研究团队正在研究蛛丝的分子结构,以期获得生产从防弹背心到人工腱的材料。

亚格尔解释说,这个信息应该有助于提供一个丰富的仿生材料工程结构的蓝图,譬如合成纤维的精密材料工程,它可以创造更强大、更具延展性和更多的弹性材料。

他们还研究了蛛丝独一无二的“超收缩”性能,即蜘蛛能拖牵蛛丝编织成球体。当暴露于高湿度中,蜘蛛丝还能吸收水分,这种吸水行为能提高蜘蛛丝的收缩能力,因此,通过简单调整含水量,就可以对蛛丝的机械性能进行调节。


相关文章推荐:
蜘蛛 | 昆虫 | 脊椎动物 | 防弹背心 | 基因改造 | 园蛛科 | 肖蛸科 | 横纹金蛛 | 园蛛科 | 金蛛属 | 蜘蛛 | 螺旋线 | 金蛛 | 变异涡蛛 | 艾蛛 | 泥蜂 |