物理科技生物学-PHYICA

太空中的蜘蛛:没有重力,光成TMD-014为定向的关键

生物 2022-04-13 00:03:17

巴塞尔大学 国际空间站上的蜘蛛标本

学分:科罗拉多大学博尔德分校生物服务器空间技术 人类已经不止一次把蜘蛛带到太空,研究重力对它们织网的重要性

起初对高中生来说有点不成功的公共关系实验已经产生了令人惊讶的见解,即光在蛛形纲取向中的作用比以前认为的要大

美国航天局的蜘蛛实验是一个令人沮丧的失败和愉快的事故的教训,有时会导致意想不到的研究发现

这个问题相对简单:在地球上,蜘蛛构建不对称的网,网的中心向上缘移动

休息时,蜘蛛头朝下坐着,因为它们可以在重力的作用下更快地向新捕获的猎物移动

但是蛛形纲动物在零重力下做什么呢?2008年,美国国家航空航天局想用这个实验来激励美国的中学

但即使问题很简单,太空实验的计划和执行也极具挑战性

这导致了许多灾难

来自不同蜘蛛种类的两个标本作为“蜘蛛标本”飞往国际空间站,其中一个(美特佩拉迷宫)作为主要标本,另一个(拉里诺伊德斯帕塔吉亚图)作为保护区,以防第一个不能存活

储备蜘蛛逃脱了 这只备用蜘蛛设法逃出了它的储藏室,进入了主储藏室

出于安全原因,密室无法打开,所以无法重新捕获多余的蜘蛛

这两只蜘蛛结起了有点混乱的网,彼此妨碍着对方

如果这还不够,作为食物的苍蝇繁殖速度比预期的要快

随着时间的推移,它们的幼虫从箱子地板上的繁殖容器爬出来,进入实验舱,两周后覆盖了前窗的大部分

一个月后,在所有的苍蝇幼虫后面再也看不到蜘蛛了

丹佛自然与科学博物馆的保拉·库欣对这一失败耿耿于怀,她参与了蜘蛛实验的策划

2011年,当在国际空间站上进行类似实验的机会再次出现时,这位研究员得到了Dr

巴塞尔大学的塞缪尔Zschokke参与了这项新尝试的准备和分析

这一次,实验从四只同一物种的蜘蛛开始:两只在不同的栖息地飞到国际空间站,两只留在地球上不同的栖息地,并在与它们的同伴在太空中旅行相同的条件下被保存和观察——除了它们暴露在地球重力下

雌性是雄性 这个计划最初是用四只母的

但是另一个不幸的事情发生了:蜘蛛不得不作为幼蛛被选来做实验,而且很难确定幼蛛的性别

在实验过程中,发现其中两只蜘蛛是雄性,它们在身体结构和大小上与完全长大后的雌性有明显的不同

但是最后有一个幸运的事情发生了——一只雄性在空间站上,另一只在地球上

蛛形纲动物纺织它们的网,分解它们,然后纺出新的

每种情况下,每五分钟有三个摄像头拍照

科罗拉多大学生物服务器空间技术中心的Zschokke、Cushing和斯蒂芬妮Countryman监督了包含蜘蛛和果蝇幼虫的空间飞行认证栖息地的设计和发射,国际空间站的摄像系统利用大约14500幅图像分析了100个蜘蛛翼的对称性和蜘蛛在网中的方位

事实证明,在零重力下建造的网确实比地球上旋转的网更对称

它们的中心更靠近中间,蜘蛛并不总是低下头

然而,研究人员注意到,蜘蛛是在灯光下结网还是在黑暗中结网是有区别的

在灯光下建立在国际空间站上的网和陆地上的网一样不对称

照明作为备用系统 “我们不会猜到光会在空间蜘蛛的定向中发挥作用,”Zschokke说,他分析了蜘蛛实验,并和他的同事在《自然科学》杂志上发表了结果

“我们非常幸运,这些灯安装在房间的顶部,而不是各个侧面

否则,我们将无法在零重力状态下发现光对网对称性的影响

" 对照片的分析还表明,当灯关闭时,蜘蛛在网里以任意的方向休息,但它们自己却远离我

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向下——当灯亮的时候

似乎在没有重力的情况下,蜘蛛会用光来辅助定向

因为蜘蛛也在黑暗中结网,并且可以在没有光线的情况下捕捉猎物,所以以前人们认为光线对它们的方位没有影响

“蜘蛛有这样一个定向的后备系统似乎令人惊讶,因为它们在进化过程中从未暴露在没有重力的环境中,”Zschokke说

另一方面,他说,蜘蛛在结网的时候,它的位置感可能会变得混乱

负责这种感觉的器官记录身体前部与后部的相对位置

在网的构造过程中,两个身体部分处于持续运动中,因此基于光的方向的额外定向辅助是特别有用的

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