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 物理蛋蛋 发表于: 2022-4-29 10:34:58|显示全部楼层|阅读模式

[生物] 为了不被女友吃掉,它在嘿嘿嘿后飞速弹射逃离

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源自:环球科学
⊙作者:栗子 审校:clefable

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  约会是一道送命题,但有些生物找到了保命的方法。
  对许多动物来说,每次交配都有可能是一场死亡挑战。
  这是因为,常有雌性在爱情活动结束之后吃掉自己的伴侣,丝毫不介意那是孩子的父亲。在生物学上,这种操作叫“性食同类”(sexual cannibalism)。比如,红斑寇蛛(Latrodectus mactans)雌性有时会在交配后杀死雄性,并从尸体里摄取丰富的蛋白质,因此有了“黑寡妇”这个令人胆寒的名号。
  不光是红斑寇蛛,同在寇蛛属(Latrodectus)的一些其他物种,也都被称作“寡妇蜘蛛”。有些雄性是因为来不及逃跑,才变成了女伴的一顿午餐,还有的雄性是甘愿付出自己的生命。比如,一只雄性红背蜘蛛(Latrodectus hasselti)在与雌性交配完成后,能用流畅的空翻技艺,把自己送进新娘的嘴里。
  而现在,湖北大学张士昶副教授领衔的研究团队发现,有一种蜘蛛当中的雄性,不仅不情愿把自己献祭给“恐怖新娘”,还拥有高效的弹射技能,帮助自己从约会之中全身而退。这样,它便可以安全地享受自己的第一次,以及接下来的许多次。
  科学家们把这项研究成果发表在《当代生物学》(Current Biology)上。

发射精子,再发射自己
  研究团队观察的蜘蛛名叫隆喜妩蛛(Philoponella prominens),来自妩蛛科(Uloboridae),在中国、日本、韩国等地都有分布。这种蜘蛛身材娇小,雄性体长通常在3毫米左右,大约是雌性的一半。
  它们不像那些单独结网的蜘蛛,生活在自己的世界,除了繁殖和打斗之外很少见到其他同类。隆喜妩蛛是“群居”动物,它们织的小网会连接成一张大网,而大网能容纳超过200只蜘蛛共同生活,雄性与雌性的数量比大致是1.5:1。科学家觉得,这样蜘蛛应该有更多的机会遇到异性。

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  于是,隆喜妩蛛成为了团队探索两性冲突(sexual conflict)的理想观察对象。科学家们一共调查了477张大网,然后发现雌蜘蛛很少离开它自己那张小网,而雄性一旦成熟便会开始四处寻找伴侣。
  到了2019年10月,研究者第一次注意到,有雄性隆喜妩蛛在交配之后迅速弹开,远离雌性的身边。另外,科学家也看到了一些雄性被女友吃掉的惨剧。他们想要确认,高速弹射是不是雄蜘蛛保命的必要操作。
  所以,科学家把一些雄性和雌性隆喜妩蛛请进实验室,把雄蜘蛛放到雌蜘蛛的网上,就这样让155对蜘蛛交配成功──雄蜘蛛把自己的触肢(pedipalp)插入雌性生殖器的开口处,把当中盛放的精子传送给女友。
  在那之后,有152只雄蜘蛛将自己发射了出去,而余下3只发射失败的雄蜘蛛,全部被女友杀死并消化了。

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  那些高速弹射动作仿佛是在瞬间完成,普通摄影机甚至无法捕捉到雄蜘蛛逃离的清晰过程。在实验当中,科学家还用高速摄影机拍下了它们精湛的生存技巧。
  经过计算,团队得出雄蜘蛛的弹射速度可达每秒88.2厘米。或许你还记得,它们的体长只有3毫米左右,假如换算成一位身高1.8米的人类,相当于在1秒之内弹出500多米远。而雄蜘蛛弹射时的加速度也十分可观,团队根据高速摄影机记录的100多段虫片,估算出每只雄性的最大加速度在74.2~528.7米/平方秒。
  科学家说,虽然知道一些动物拥有类似“弹射器”的装置,能够缓慢累积弹性势能,然后瞬间释放,从而实现超快的动作,不过那些机制要么是用来捕食,要么是用来躲避捕食者。而用来防御配偶攻击的弹射行为,他们还是第一次见到。
  面对这样一个珍贵的研究对象,科学家也想要知道,高速弹射的秘诀在哪里。

弹射器在何处?
  蜘蛛有8条腿。在阅览虫片的时候,研究团队发现,交配时雄性会把第一双腿弯曲地撑在雌性身上。而在弹开的瞬间,这双腿便迅速伸直了。他们怀疑,雄蜘蛛的弹射器就在这两条腿上。

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  为了弄清隆喜妩蛛的腿上有没有特殊结构帮助弹射,研究者在立体显微镜和扫描电子显微镜下观察了雄蜘蛛的腿,重点是看各个关节。结果发现,所有关节都有囊状结构,可以收缩和伸展。
  而在每条腿上,胫节与跖节之间的那个关节中,囊状结构的表面积又明显大于其他关节里的囊状结构。这也让科学家推测,第一双腿上、胫节与跖节间的关节,就是雄蜘蛛能够弹射出去的关键。

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  当科学家从雄蜘蛛的其余六条腿中切除一条或两条,它们依然可以成功与雌性交配并逃脱。这说明,那六条腿确实不是成功弹射的要素,嫌疑更加集中在了第一双腿上。
  而当第一双腿被切除一条,或两条都被切除后,雄蜘蛛只会向雌性求爱,却无法骑上雌性的身体。当第一双腿的胫节与跖节间的关节被刺穿,雄性同样无法骑上雌蜘蛛完成交配。
  经过一番实验,科学家确信,这些雄蜘蛛的弹射器就长在第一双腿上。并且,是胫跖关节的液压结构帮助它们储存能量,并在极短的时间内完成释放。
  而这个高效的弹射器,也为雄蜘蛛赢得了多次交配的机会。

跑了,还回来吗?
  研究团队还发现,在求偶和交配的过程中,雄性隆喜妩蛛会用自己的前纺器(anterior spinnerets)来吐丝,由此搭建起一条“安全线”(safety line),或者说是一条安全索道。

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  在第一次逃生后,它们还会沿着那条索道爬回雌性身边,再一次交配,再一次逃生。如此循环往复,最多重复了6次。而当科学家剪断那条安全索道,雄性依然可以在交配后弹射,但随后会跌落地面,恋情也就断了线。
  研究者相信,那条“安全索道”的存在,是为了保障雄蜘蛛有朝一日还能回到心爱的女生身旁。在它眼中,仿佛从来就没有什么“恐怖新娘”。
  而对雌性来说,无法弹射的雄蜘蛛会被自己吃掉;而只要约会过的雄蜘蛛没有被吃掉,就依然有机会再次和它相遇,生出新的后代。
  如此一来,具备弹射技能的雄性,就有更多机会把相应的优良基因传递下去。那么在后辈之中,越来越多的雄性隆喜妩蛛也将获得弹射技能。这便是性选择的力量。
  单身不好吗?

● 论文链接

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 帮5买 发表于: 2022-5-2 13:31:43|显示全部楼层
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搞对象好惊险!为了活命直接弹射起飞,看看高速相机抓拍的场面

源自:药明康德内容团队
  对一类妩蛛科(Uloboridae)的雄性蜘蛛来说,交配最后总是以一记华美动作结束:弹射起飞。
  这种弹射速度非常快,如果你正好在偷看它们交配,那可能一眨眼就会看到雄蜘蛛直接消失了,这也意味着交配已经结束。

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  这不是蜘蛛想要炫技,也不是交配带来的冲击,而是为了活命。这些雄蜘蛛需要通过这种弹射躲避雌蜘蛛捕食本能,因为在交配后雌蜘蛛会变得异常饥饿。
  如果雄蜘蛛不弹射起飞,就马上会被吃掉。
  这种弹射过程最近被一组中国科学家用高速相机的微距镜头记录了下来,当然也包括交配的全过程。高清画面已经被记录在了《当代生物学》上。

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  研究中观察的隆喜妩蛛(Philoponella prominens)尺寸很小,雄性的体长只有3毫米,而同类雌性蜘蛛大小是雄性的两倍。雌性在体型上已经是压制性的水平。
  它们喜欢群居在一个庞大的蛛网内,一个蛛网里可以包含超过200只隆喜妩蛛。湖北大学的张士昶教授在观察一个蛛网群落的时候发现交配过程总是非常迅速地结束。
  但是肉眼和普通相机根本记录不下来。

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  既然如此,张士昶教授和同事拿出了每秒可以拍摄1500帧的高速相机,时刻记录着蜘蛛的交配过程。
  当然,过程也并不容易,因为隆喜妩蛛从交配到弹射总共也只有30秒,如果没有及时聚焦,那么就会错过蜘蛛弹跳的画面。

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  研究团队最终总共收集了155次成功交配的镜头。雄蜘蛛在完成第一次交配后有97%的都弹射起飞了,剩下的3%不幸沦为了雌蜘蛛的食物。
  (有一些雄蜘蛛的腿部弹射系统被破坏了,这些蜘蛛也最终被吃掉)
  97%的蜘蛛弹射时,腿部储存的能量会迅速爆发,弹射速度在约4.3毫秒内可达每秒钟88厘米。类比来看,相当于人类在交配后一秒钟跳到了约530米外的地方。
  研究者指出,这种弹射机制和腿部的液压变化有关,雄蜘蛛交配的时候腿部折叠在雌性身上,当液压释放时,腿会迅速伸展开。
  这种液压驱动肢体的过程并不罕见,比如螳螂虾的弹射“拳击”行为,叶蝉和跳蚤的弹跳等。
  张士昶教授解释道,一般这些行为都是捕猎或者逃避捕猎者。隆喜妩蛛的发现让我们第一次看到性行为中也存在这一机制。
  借助这种弹射机制,雄性蜘蛛会返回蛛网上,再爬回雌蜘蛛身边发生下一次交配行为,有时雄蜘蛛最多会与一个雌性交配多达5次。
  这种弹射机制会增加它们存活的几率,这样也会让它们更可能成为父亲,完成活着和传递基因的使命。

§ 参考文献
  [1] These male spiders use built-in legcatapults to escape sexual cannibalism。Retrieved Apr 27th,2022 from https://www.livescience.com/spiders-catapult-to-escape-sexual-cannibalism
  [2]Male spiders avoid sexual cannibalismwith a catapult mechanism。Current biology(2022)。DOI:10.1016/j.cub.2022.03.051
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