蜘蛛网的丝线和结构揭示了数百万年的进化智慧

本文最初发表于 The Conversation。

你有没有在徒步时正面撞上一张蜘蛛网？或者在车库里扫掉过蛛网？

你可能认出圆形网是经典的万圣节装饰品，或者蛛网是你家灰尘的近邻。这只是众多蜘蛛网结构中的两种，每种结构都有独特的构造，专门适应蜘蛛的环境和网的预期用途。

许多蜘蛛利用它们的网捕食，但它们也进化出了不寻常的使用丝线的方式，从包裹它们的卵到充当它们掉落时的安全绳。

作为一名研究蜘蛛和它们丝线的材料科学家，我很好奇蜘蛛网结构与蜘蛛所用丝线的强度之间的关系。网的设计和所用丝线的特性如何影响蜘蛛捕捉下一顿饭的能力？

网的古老起源

蜘蛛丝具有悠久的进化历史。研究人员认为，它最早可以追溯到大约 4 亿年前。这些原始蜘蛛用丝线来衬砌它们的洞穴，保护它们脆弱的卵，并在它们导航环境时创建感觉通路和导引线。

为了了解古代蜘蛛网可能的样子，科学家们将目光投向了灯罩蜘蛛。这种蜘蛛生活在美国阿巴拉契亚山脉和落基山脉的岩石露头中。它是曾经结网的最古老的蜘蛛的一些现存近亲，并且自结网首次进化以来，它几乎没有发生变化。

灯罩蜘蛛的网因其形状而得名，网的基部狭窄，向外张开。这些网填满了岩石间的缝隙，蜘蛛可以在粗糙的表面上伪装自己。潜在的猎物很难穿越这片崎岖的地形而不被缠住。

网的多样性

如今，所有蜘蛛物种都产丝。每个物种都创造出自己独特的网结构，特别适合它所吃的猎物类型和它所居住的环境。

以圆形网为例。这是空中二维网，具有独特的螺旋形。它们主要捕食飞行或跳跃的猎物，如苍蝇和蚱蜢。圆形网通常出现在开阔区域，例如树线、高草丛或你种植番茄植物之间。

与蛛网相比，蛛网的结构在您家中最常出现在踢脚板附近。虽然“蛛网”一词通常用来指任何布满灰尘、废弃的蜘蛛网，但它实际上是一种特定的网形，通常由长脚蛛科（Theridiidae）蜘蛛设计。这种蜘蛛网具有复杂的三维结构。丝线从三维缠结处向下延伸，并以高张力固定在地面上。这些丝线充当了粘性、弹簧加载的陷阱，用于捕捉像蚂蚁和甲虫这样的爬行猎物。当昆虫接触到丝线底部的胶水时，丝线就会从地面上脱落，有时力量之大足以将猎物抛入空中。

奇特的网

想象一下，你是一只毫无戒心的甲虫，在草叶间穿行，这时你遇到了一张紧密编织的丝质地板。当你开始走在地垫上时，你看到八只眼睛从一个漏斗状的丝巢里窥探出来——就在你被迅速捕获作为一顿饭之前。

漏斗网织蛛等蜘蛛在地面上构建厚厚的丝垫，用作其感觉系统的延伸。蜘蛛在漏斗状的巢穴中耐心等待。接触到网的猎物会产生振动，提醒蜘蛛有美味的食物正在走上“门垫”，是时候出击了。

跳蛛是另一种不寻常的网织者。它们因其多变的色彩、复杂的求偶舞蹈以及作为一些最迷人的节肢动物而闻名。它们的可爱因“卢卡斯蜘蛛”（Lucas the Spider）而广受欢迎，这是一只由 Joshua Slice 制作的动画卡通跳蛛。它们拥有一双巨大的前眼，赋予它们深度感知能力，这些蜘蛛是出色的猎手，能够向任何方向跳跃来导航环境和捕猎。

但是，当它们跳跃失误，或者更糟糕的是，需要逃避捕食者时，会发生什么？跳蛛利用它们的丝线作为安全绳，在跳跃之前将自己固定在表面上。如果跳跃失败，它们可以爬回绳子上，让他们有机会再次尝试。这条丝线不仅给了它们重试的机会，还有助于它们完成跳跃。绳索帮助它们在中途控制跳跃的方向和速度。通过改变释放丝线的速度，它们可以准确地落在它们想要的位置。

编织一张网

从圆形网到看似混乱的蛛网，所有网都是通过一系列基本、独特的步骤建造的。

织网蜘蛛通常从一个原始网开始。科学家认为，这个初始构建是一个探索阶段，蜘蛛会评估可用空间并找到丝线的固定点。一旦蜘蛛准备好建造主网，它就会利用原始网作为支架，创造出框架、辐条和螺旋，这将有助于吸收能量和捕获猎物。这些结构对于确保它们的下一顿饭不会直接撕裂网至关重要，特别是对于像蜻蜓这样的昆虫，它们的平均巡航速度为每小时 10 英里。完成后，织网蜘蛛会回到网的中心等待下一顿饭。

蜘蛛网的多样性无法仅凭一种材料来实现。事实上，蜘蛛可以制造多达七种丝线，而织网蜘蛛则能制造所有这些丝线。每种丝线都有不同的材料和力学性能，在蜘蛛的生活中具有特定的用途。所有蜘蛛丝都在丝腺中产生，每种不同类型的丝线都由其专门的腺体产生。

织网蜘蛛依靠其最强纤维的坚硬特性来构建网的框架和作为安全绳。相反，圆形网的捕食螺旋是用极其有弹性的丝线制成的。当猎物被困在螺旋中时，撞击力会拉扯丝线。这些纤维会拉伸以消散能量，确保猎物不会轻易撕裂网。

蜘蛛胶是一种具有粘附特性的改性丝线类型，也是蜘蛛网上唯一真正具有粘性的部分。这种粘性丝线位于捕食螺旋上，有助于确保猎物在网上停留足够长的时间，以便蜘蛛能够施加毒咬。