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蜘蛛胶能使飞蛾的防御能力增强

蜘蛛胶能使飞蛾的防御能力增强

如果你曾经试过用胶带粘住布满灰尘的表面,你就会知道大多数蜘蛛在捕捉飞蛾时所面临的困境。蛾子的翅膀上覆盖着微小的鳞片,一碰就会脱落,让蛾子得以逃脱蜘蛛网之类的危险。但有些蜘蛛已经进化出一种特殊的胶水,它能立即浸透鳞片下面,一直到翅膀底部,把所有东西都牢牢地粘在一起。

纽约波基普西瓦萨学院(Vassar College)的进化生物学家坎迪多迪亚兹(Candido Diaz)说,“你对这种蛾子有这种正常的防御,但突然间它就被利用起来对付它了。”“如果没有鳞片来增加表面积,使胶水进一步扩散,胶水实际上会非常脆弱和无用。”

这项研究发表在今天的《皇家学会界面杂志》上,研究的重点是一种名为Cyrtarachne ak的圆网蜘蛛,这种蜘蛛生活在日本的稻田里。迪亚兹说,大多数圆网蜘蛛是垂直结网的,而C. ak则会结水平结网来捕捉从下面飘上来的蛾子。丝线从网上垂下来,每一根都浸在胶水里。这种胶水会形成球状物,就像串在绳子上的珠子,大到肉眼可以看到。

大多数蜘蛛胶能吸收空气中的水分,因此它们能保持数月或数年的湿润,即使在缠昆虫时也不会变干。当迪亚兹开始研究C. ak蜘蛛时,他希望它们身上的胶水能以同样的方式起作用。

“我有这么多的样本,我拿着,就像,当我不那么忙的时候,在学期的后期,我要学习这些。然后他们都干了,没用了。”迪亚兹说。“我当时想,没有任何文献能解释这一点。”

如果不使用,在夜间蜘蛛只会结网,它们的胶水在几小时内就会干透,所以迪亚兹不得不在夜间进行实验。即使是收集蛛丝也是很困难的,因为这种胶水只在潮湿的环境下起作用,如果蜘蛛感觉到它们笼子里的湿度下降,它们就会吃掉蜘蛛网。

最终,迪亚兹和他的同事们设法研究了足够多的悬空线索,以了解到底发生了什么。在一组实验中,他们拍摄了飞蛾翅膀接触胶水滴的高速视频,并将其与一种更典型的蜘蛛——角蜘蛛的胶水视频进行了比较。

这种来自美国玉蜀黍的“典型”胶水粘稠而粘稠,只在翅膀表面扩散了一点点。但是,去角质胶水有一种流状的质地,可以让它扩散得更远。蛾子的翅鳞上覆盖着一层复杂的脊线和沟槽,在这些沟槽上,刮去C. ak的胶水,显然是受到了毛细管力的作用,也就是把水吸到纸巾里的那种力。

迪亚兹说:“它开始沿着这些线扩散,所以它不会直接辐射出去。”“它左移右移,来回移动,几乎填满了整个通道和所有的空间。”

通常情况下,人们会认为在飞蛾的鳞片下流动的胶水会散开。事实上,当“典型的”L. cornutus胶水在高湿度的环境中变薄变稀时,它就会变得太弱而无法保持粘合力。但是当C. ak胶扩散时,它就会以某种方式凝固。

在之前的一项研究中,迪亚兹的团队能够看到C. ak胶滴的内部结构,他们看到在边缘形成一层水的时候,看上去像蛋白丝的东西在凝结。在这项新的研究中,一种叫做红外光谱的化学分析技术显示,水从涂胶中蒸发得很快。迪亚兹认为,毛细力有助于将水从胶水的固体成分中吸走,而增加的表面积可以使水迅速蒸发。水分流失会引发胶水中的特殊蛋白质崩溃并结合在一起。

相比于拔掉一根更典型的角牙越来丝,拔掉一只蛾子翅膀上的C. ak线要多消耗30倍的能量。这种差异的部分原因是,清水蜘蛛会涂更多的胶水,但也因为这种胶水独特的扩散和干燥行为。

蛾子的鳞片加强了这种结合,让C. ak胶水在完整的蛾子翅膀上的抓挠力度是去除了鳞片的蛾子翅膀的两倍多。当这些线终于松开时,它们就会扯开大块的鳞片,这些鳞片像一堵砖墙一样被粘合在一起。相比之下,L. cornutus的蛛丝则更能紧紧抓住裸露的翅膀。在完好无损的翅膀上,它们很容易就离开了,只有一个或几个鳞片粘在它们身上。

研究的优势之一是,它汇集了来自不同disciplines-some科学家在材料科学、专业和其他专业蜘蛛生物学,布伦特Opell所指出的,在布莱克斯堡弗吉尼亚理工大学的进化生物学家,在过去曾与研究人员,但并没有参与这个项目。

没有参与这项研究的马里兰大学巴尔的摩分校的生物材料科学家萨拉·斯特尔瓦根(Sarah Stellwagen)也表达了赞赏之词。

“我认为这是一个伟大的小研究,”她说。“他们做得非常好,实际上证明了传播效应。”

有几种相关的蜘蛛专门捕食飞蛾,迪亚兹认为它们可能都使用类似的胶水,尽管这还没有经过测试。例如,博拉斯蜘蛛不结网;相反,它们会把一大团胶水粘在一根线的末端,然后甩向猎物。

迪亚兹说,总有一天,人类也许也能利用这种胶水,从蜘蛛身上获得灵感,开发出新的合成粘合剂。Stellwagen警告说,当然,清水来的胶有一个特定的用途,合成的版本可能不会在广泛的用途上有效。但是蜘蛛的创新可以为如何把东西粘在脏东西上提供有价值的线索。

这篇文章由《科学内幕》再版。点击这里阅读原文。使用许可。《科学内幕》是美国物理研究所的独立新闻机构。

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