蜘蛛如何织出如此复杂且具有明显几何特征的网?在生活中我们会注意到一个有趣的现象:给蜘蛛一个合适的空间,它就可以在其中织一张网(当然,并不是所有的蜘蛛都会织网),这是蜘蛛的本能行为。但是蜘蛛的大脑很小,它们是如何织出如此复杂且具有明显几何特征的网的呢?一群科学家决定拆解一下蜘蛛织网行为的全程,看看能发现什么。
约翰霍普金斯大学神经科学系教授 Andrew Gordus 团队就观察了一种蜘蛛的织网行为,总结出织网的几条规律,并且把这些发现发表在了《当代生物学》(Current Biology)杂志上。他们的研究对象是一种叫做差异蟱蛛(Uloborus diversus)的蜘蛛。差异蟱蛛个体较小但很“勤劳”,全年织网,具有很好的耐受性。为了迎合蜘蛛的习性,研究人员精心设计了尺寸适宜的暗室。
并且,为避免实验过程受到外界干扰,研究人员还在蜘蛛房门贴上了“请勿扰蛛”的标识。
通过特定的摄像设备,研究人员可以详细记录蜘蛛的织网行为。
在对21张网的编织过程进行归纳总结后,研究者发现差异蟱蛛织网大致会经历几个阶段:建造原型网(proto-web)→ 建造半径框架(radii)→ 建造辅助螺旋(auxiliary spiral)→ 建造捕捉螺旋(capture spiral)→ 收尾(stabilimentum),作者将遵循该流程织出的网定义为典型网。
有时,蜘蛛织网并不一定会严格遵循这个流程,它们会对自己的网进行“返工”,这被定义为非典型网。
为了在细节上对织网行为有更加深入的了解,研究者用人工智能追踪并记录了蜘蛛在织网的不同阶段每一条腿的运动规律。通过统计与模型构建的方法,研究者发现,在织网的不同阶段,蜘蛛腿部的动作与行为有所差异。
在编织原型网与半径框架时,由于蜘蛛需要在陌生的环境中作业,因此与后面的阶段相比,前腿更多是进行行走与探索性的动作,而后腿主要负责从腹部拉出蜘蛛丝,这两个阶段包含较长的停顿动作。此后蜘蛛需要将辅助螺旋与捕捉螺旋锚定在半径框架上,因此,在这些阶段前腿的行走动作变少,取而代之的是抓住半径框架,以便让后腿更好地执行梳理蛛丝与锚定蛛丝的工作,这一阶段的停顿动作非常短。