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蜘蛛的空气动力学性能已经吸引了数百年的科学家

蜘蛛的空气动力学性能已经吸引了数百年的科学家。查尔斯·达尔文(Charles Darwin)自己沉思着如何在一个平静的日子里在海上数百只生物设法降落在比格犬上,然后在无风的日子以极快的速度从船上起飞。

科学家将这些无翼节肢动物的飞行行为归因于“气球飞行”,通过释放丝状痕迹推动蜘蛛在风中飘扬,蜘蛛可以被带到数千英里之外。

但是,在没有风可言,天空阴云密布甚至在多雨的条件下都观察到气球膨胀这一事实引出了一个问题–蜘蛛如何在低空气动力阻力下起飞?

布里斯托大学的生物学家认为他们找到了答案。

“许多蜘蛛使用多股丝状气球膨胀成扇形形状,这表明必须有排斥的静电力,” 感官生物物理学专家首席研究员埃里卡·莫利博士解释说。

“目前的理论无法预测仅靠风作为驱动因素的蜘蛛气球飞行的模式。为什么有些日子有大量的空气冒出来,而另几天却没有蜘蛛会企图膨胀呢?我们想找出是否还有其他外力和气动阻力会触发气球膨胀,以及他们可能会使用哪种感觉系统来检测这种刺激。”

解决这个问题的办法可能在于大气电势梯度(APG),这是一种始终存在于大气中的全局电路。昆虫可以检测到APG和所有物质周围的电场(电场)。例如,大黄蜂可以检测到它们与花朵之间产生的电场,而蜜蜂可以利用它们的电荷与蜂巢进行通信。

蜘蛛丝一直被认为是一种有效的电绝缘体,但是直到现在,还不知道蜘蛛可以像蜜蜂一样探测和响应电场。

布里斯托尔的研究人员在今天的《当代生物学》杂志上发表了他们的发现,该发现使Linyphiid蜘蛛暴露于实验室控制的电场中,该电场在数量上与在大气中发现的等同。他们注意到,打开和关闭电场会导致蜘蛛向上(打开)或向下(关闭)移动,证明蜘蛛在受到电场作用下可以在没有风的情况下飞行。

Morley博士补充说:“以前,人们认为来自风或热的拖曳力是造成这种扩散方式的原因,但我们证明,在大气中发现的电场强度下,电场可以触发气球膨胀并在没有空气流动的情况下提供升力。这意味着电场和阻力可以提供蜘蛛气球在自然环境中散布所需的力。”

研究结果在节肢动物世界之外的应用。空中散布对于许多毛虫和蜘蛛也同样是至关重要的生物学过程。更好地理解传播背后的机制对于全球生态至关重要,因为它们可以更好地描述种群动态,物种分布和生态适应力。

但是,还有更多工作要做。莫利博士说:“下一步将涉及寻找其他动物是否还在气球膨胀中检测到并利用电场。我们也希望进一步研究膨胀气球的物理性质,并在野外进行膨胀研究。”