伪装高手:蜘蛛的多样性与适应性研究

作者: 刘杰

来源: 格致论道讲坛

发布日期: 2024-03-31 17:01:05

本文介绍了湖北大学刘杰教授关于蜘蛛多样性与适应性研究的分享,包括蜘蛛的分类特征、洞穴蜘蛛的适应性演化、视觉传导系统研究以及蜘蛛在生态系统中的重要作用和保护意义。

大家好,我是来自湖北大学的刘杰,非常高兴能在这里跟大家分享我们在蜘蛛方面的研究。首先请大家做一个选择题,大家觉得图中的哪个节肢动物不是蜘蛛?它们都是蜘蛛。是不是很意外?这些稀奇古怪的家伙竟然全部都是蜘蛛。有同学可能会问,它们凭什么都是蜘蛛?主要凭两个特征:第一,所有蜘蛛都有如图所示的这个结构,这个结构主要位于其腹部末端,我们称之为纺器,它是蜘蛛纺丝的主要器官。

第二,所有雄蛛在成熟之后触肢器末端都会膨大,这是雄蛛交配和传输精子的唯一器官。我们实验室已经发表巨蟹蛛科新种200余种。截止目前,全球已报道蜘蛛5万余种,中国已记录蜘蛛5000余种。我们在长期从事洞穴巨蟹蛛分类的过程中发现,很多洞穴蜘蛛的眼睛已经完全丧失,身体白化,步足变长,这些典型的洞穴适应性特征引起了我们极大的兴趣。因此,我们实验室从2018年开始从事洞穴蜘蛛的适应性演化方面的研究。

洞穴因其恒黑、恒湿、恒温的极端环境特点,成为了研究动物与环境适应性演化的天然实验室。我们首先关注的是洞穴蜘蛛的视觉传导系统。简单一点讲,就是探究长期生活在黑暗生境下的这些无眼洞穴生物是不是真的瞎了,或者瞎到什么程度。我们选择了我国云贵高原洞穴蜘蛛生物多样性最高的小弱蛛属作为研究对象。实验结果清晰地证实了这10种小弱蛛仍然保留着感光能力,呈现典型的避光反应,即使是其中的5种无眼洞内小弱蛛也是如此。

这个结果很典型地暗示了这种洞内小弱蛛保留感光能力,很有可能就是为了避免洞内小弱蛛向洞口干燥致命的环境迁移。我们从行为和分子数据上均证实了这些洞内的无眼小弱蛛不仅没有瞎,而且还不能瞎。我们以这种结网型的小弱蛛为研究对象,首先选取了1种洞口小弱蛛和2种洞内小弱蛛在原生境开展实验。最终,我们还是坚持把这个实验完成了。这个结果很有意思,我们就很想知道,其他洞穴动物有没有类似的研究结果呢?

我们查阅了27种已报道的洞穴节肢动物,还有14种已报道的脊椎洞穴脊椎动物,都没有类似的行为学结论。我们在一种洞穴盲鱼的研究中发现,它从分子角度上证实了这种盲鱼似乎永远停留在白天。那洞穴蜘蛛在分子层面会不会也有类似的表达模式呢?因此可以说,我们发现了和洞穴盲鱼类似的表达模式,从行为和分子上发现并证实了真洞穴小弱蛛持续活跃。接下来再跟大家分享一下我们为什么要研究蜘蛛。第一,蜘蛛是自然界的超级猎手。

全球蜘蛛每年大约捕食4-8亿吨猎物,比人类取食的肉食还要多,而它取食的对象通常是农林及卫生害虫。第二,蜘蛛身上有两宝,第一宝是蛛丝。蛛丝是自然界中韧性最强的天然丝,它在生物钢和应用材料领域具有广阔的应用前景。第三,蜘蛛的多样性很高,具有很多稀奇古怪的行为,以及很多稀奇古怪的形态结构,是研究众多生物科学问题的良好模型,就像我们的洞穴蜘蛛。

在长期从事洞穴蜘蛛采集的过程中,我们发现很多洞穴都被改造成了酿酒厂、养猪场甚至是旅游景点,导致很多洞穴蜘蛛已经灭绝或者濒临灭绝。所以我们也希望大家共同努力,减少洞穴的过度开发,一起保护这类稀有而神秘的洞穴生物。谢谢大家。

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