失去腿后,捕鸟蛛会调整跑步方式

对灵活的危地马拉虎纹捕鸟蛛来说,六条腿也能很好地行走。
A Guatemalan tiger rump tarantula (Davus pentaloris) in a terrarium with reflections.
一只危地马拉虎纹捕鸟蛛(Davus pentaloris)在有反射的玻璃缸中。图片来源:Brian Chang。

失去一两条腿对蜘蛛来说并非总是大问题。如果它们八条腿中的一条卡在缝隙里,或者蜕壳不顺利,这些蛛形纲动物就会在靠近身体关节的地方将肢体切断。当它们年幼时,肢体会很快重新长出来。

但如果蜘蛛失去两条或更多腿呢?它们是否会简单地重新学习如何用六条腿而不是八条腿生活和奔跑?对危地马拉虎纹捕鸟蛛Davus pentaloris)幼蛛的新研究表明,它们并不会这样做。相反,它们会混合使用不同的行走方式来弥补,甚至能以与失去肢体前相同的速度移动。研究结果详见于6月17日发表在《实验生物学杂志》上的一篇论文。

在这项研究中,来自费城坦普尔大学的生物学家Tonia Hsieh、Brooke Quinn和Sarah Xi将一些幼蛛的前右腿和后左腿粘在了一张卡片上。他们等待小捕鸟蛛自己脱落肢体。一旦幼蛛脱落了肢体,研究人员就从上方拍摄这些动物的视频,捕捉它们逃跑时每一步的细节。

一只失去前左腿和后右腿的六足捕鸟蛛正在奔跑(慢放至正常速度的6%)。图片来源:Hsieh Lab。

接下来,研究团队等待足够的时间让捕鸟蛛重新长出肢体。他们拍摄了蜘蛛们八肢齐全地奔跑的视频,然后鼓励它们再次脱落肢体并拍摄它们的运动。他们最终捕捉了超过43,000帧的画面和800多次跨步。为了帮助分析和编码所有这些视频,Hsieh、Quinn和Xi与来自宾夕法尼亚州哈弗福德学院的物理学家Suzanne Amador Kane和Kris Wu,以及来自新泽西学院的数学家Michael Ochs合作。

联合团队发现,在失去肢体后,捕鸟蛛似乎立即就恢复了与之前一样快的奔跑速度。在第二次截肢后,蜘蛛们也同样迅速地恢复了行走能力。观察到的主要区别在于它们会张开腿更宽,身体稍微向一侧扭转更多,并且步态更加摇摆。

一只六足捕鸟蛛像蚂蚁一样奔跑的特写,一次交替使用三条腿(慢放至正常速度的2%)。紫色和绿色线条显示了任何时候同时移动的腿。图片来源:Hsieh Lab。

然而,当团队仔细观察蜘蛛的脚步时,他们发现这些蛛形纲动物的适应性非常强。根据Hsieh的说法,拥有完整八条腿的蜘蛛交替使用四条腿——一边是第一和第三条,另一边是第二和第四条——同时接触地面。理论上,六足捕鸟蛛应该有两个选择。它们要么交替使用四条腿和两条腿接触地面,类似于跛行。或者,它们可以交替使用三条腿接触地面,更像蚂蚁

实际上,本研究中的蜘蛛很少遵循这些规则。即使只有八条腿,蜘蛛有时也会让一条腿留在地面上,而其他四条腿下降,或者过早抬起第四条腿,只留下三条腿接触地面。

一只六足捕鸟蛛交替使用四条腿和两条腿奔跑的特写,就像在跛行(慢放至正常速度的2%)。紫色和绿色线条显示了任何时候同时移动的腿。图片来源:Hsieh Lab。

失去两条腿的蜘蛛也随机地在用两条腿跛行前进和用三条腿像蚂蚁一样奔跑之间切换,以保持快速移动。捕鸟蛛似乎偏爱使用它们的后腿。这些肢体主要用于推动,当只剩下六条腿时,它们会使蜘蛛在地面上停留更长时间。

根据研究团队的说法,这表明捕鸟蛛在失去肢体后并非简单地重新学习奔跑。它们而是交替使用跛行和像蚂蚁一样的奔跑方式,来继续活动。

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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