黏性科学:蜘蛛网的进化

*这些八条腿的编织者捕猎昆虫已有近 4 亿年的历史,在丰富的结构中炫耀着它们悠久的历史

害怕小蜘蛛可能看起来很傻,但是当你考虑到捕食者在瞄准猎物时所采用的精确性、技巧和创造力时,它在恐怖电影中的出现就更有意义了。蜘蛛注入毒液的毒牙和尖尖的爪子使它们分节的腿显得足够凶猛,但是它们创新性地使用丝来诱捕受害者可能是我们应该庆幸它们体型小的最大原因。

“它们绝对是使用丝的大师,”堪萨斯大学的蜘蛛学家和古生物学家保罗·塞尔登说。其他爬行动物也会制造这种东西——蚕用它来化蛹,一些蚂蚁用它来筑巢——但是,塞尔登说,“它们没有蜘蛛那样多的用途。”

蜘蛛丝有几十种用途——保护卵,创造水下家园,最明显的是,作为令人惊叹的多样化狩猎工具。在下面描绘的树中,科学家们勾勒出了球体编织者和从它们衍生出来的蜘蛛的蜘蛛网设计样本——仅仅是使用丝绸狩猎的蜘蛛的一个子集。地面和树干被祖先亲属和一些早于悬挂在树枝上的丝绸结构占据。


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球体编织者,有时与其后代一起被归类为 Orbiculariae,约占已知 45,000 多种蜘蛛物种的四分之一。它们的网通常具有经典的同心圆和从中心辐射出来的辐条状细丝。但是一些 Orbiculariae 成员会纺织新奇的东西。在图中,一种流星锤蜘蛛 (Mastophora) 悬挂在树的最高点,准备将她的粘性球体甩向被信息素诱饵吸引来的飞蛾。在右边,一种撒网蜘蛛 (Deinopis) 在她的爪子之间握着一张丝网,准备在猎物走到下面时将其放下。

球体编织者,来自 Orbiculariae 类群,制造经典的轮状蜘蛛网,以及其他有趣的设计。这棵树展示了 Orbiculariae 的一个样本,说明了蜘蛛网的多样性。进化上更古老的蜘蛛及其祖先出现在地面和树干上;较新的物种悬挂在最高的树枝上。   鸣谢:F. Vollrath 和 P. Selden AR Ecology, Evolution, and Systematics 2007(根据 Vollrath 1988 修改)

塞尔登说,科学家们仍在努力对这种多样性进行分类,并了解它是如何形成的,他与人合著了一篇关于蜘蛛网进化论的评论,发表在《Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics》杂志上。这篇评论中的这张图片 暗示了随着人们沿着树向上移动的一般进化过程,并突出了一个关键事件:随着昆虫开始飞行,蜘蛛追逐着它们向上移动,将它们的陷阱放置在更高的空中。

随着昆虫进化出逃避这一类捕食者的方法,蜘蛛网继续多样化。Scoloderus 的梯子网,在典型的圆形球体上方有一个细长的交叉网状结构,专门用于捕获飞蛾,飞蛾通常会通过脱落保护鳞片来逃脱粘性网。梯子部分使飞蛾不断翻滚——并且会在鳞片全部脱落后将其困住。三角蜘蛛 (Hyptiotes) 通过在昆虫撞击主要的锥形部分时释放其网的长线部分来优化其攻击。结果,蜘蛛网坍塌并包裹住目标,就像一个突然失去支柱的露营帐篷。

一点粘性有助于将猎物固定到位足够长的时间,以便蜘蛛能够永久制服它们。但并非所有蜘蛛网都以相同的方式获得粘性。有些蜘蛛网用胶水液滴捕捉昆虫。另一些是“羊毛状的”——它们的丝由细丝组成,这些细丝附着在昆虫的毛发和腿上,很像毛衣的线粘在毛刺上。在图中,树右侧主干上的蜘蛛编织羊毛状或筛状网。左侧的编织者使用粘性的、非筛状的丝。

细丝类型的这种分歧一直是科学家研究蜘蛛进化论的一个症结所在,引发了一场关于球体网进化了多少次的长期辩论。加州大学戴维斯分校的蜘蛛学家杰森·邦德说,尽管蜘蛛网细丝可能非常不同,但构建行为却非常相似。因此,尚不清楚筛状和非筛状编织者是否独立产生了球体编织,或者蜘蛛网是否只出现了一次,而丝绸类型后来才出现分歧。

关于蜘蛛网构建行为进化的线索部分来自化石证据。蜘蛛网和其他丝绸结构通常不易化石化(尽管偶尔科学家们会发现保存在琥珀中的丝线和成团的蜘蛛网),因此研究人员通常依赖于他们可以在现代蜘蛛的形态和行为之间建立的联系,以了解过去蜘蛛和原始蜘蛛的一些信息。

例如,今天的片状网建造者(例如如图所示的 Agelena 组和 Ischnothele 属的漏斗网蜘蛛)在草地和其他植被上铺设网状毯子,并且往往表现出异常长的纺丝器。就在今年,科学家们在最近发现的古代蛛形纲动物的化石遗骸中也发现了类似的长纺丝器。因此,邦德说,“至少有一种假设是,它们建造了一种片状网。”“也许片状网是所有蜘蛛的祖先类型的网。”

除了研究蜘蛛网是如何产生的之外,研究人员还在研究一些蜘蛛是如何放弃蜘蛛网的。一些较新的物种,例如某些专门捕猎蚂蚁的专家和波西亚跳蛛(它会通过从上方降低自身来捕食其他蜘蛛),根本不使用蜘蛛网。

考虑到蜘蛛已经有数亿年的进化时间,蜘蛛策略的惊人多样性不应令人感到惊讶——研究人员发现了在恐龙出现之前 1.5 亿多年前就已四处奔走的蜘蛛化石。

邦德说:“你们正在谈论的是 50,000 个物种,它们几乎完全是捕食性的。”“蜘蛛已经设计出各种各样的杀死昆虫的方法。”

*编者注(2018 年 10 月 31 日):本故事的副标题已更新,以纠正蜘蛛进化年数的错误。

本文 最初于 2018 年 10 月 31 日由 Knowable Magazine 出版,Knowable Magazine 是 Annual Reviews 的一项独立新闻事业,经许可转载。注册 新闻通讯

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