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天网恢恢。

10月5日,原本是一个平平无奇的周四,美国加利福尼亚州却出现了诡异的一幕。阳光明媚的晴空中突然飘起神秘的白色絮状物体,它们纷纷下落,黏在电线杆、车辆和地面上,甚至还会落到行人身上。当人们仔细端详时才发现,那大团大团的东西竟然是蜘蛛网!不少加州居民在社交媒体上记录下了这场大规模“蜘蛛雨”,也算是为即将到来的万圣节预热。

加州居民拍摄到的从天而降的蜘蛛网(图片来源:@karensusy3 via TikTok)

其实,这种蜘蛛网大规模从天而降的现象并不罕见,澳大利亚的一些居民或许对此更加熟悉。2015年5月,澳大利亚南部高地也曾出现过如雪般的蜘蛛网从天而降的情景;2012年3月,被洪水袭击的澳大利亚南部小镇更是被蜘蛛网全面覆盖,呈现一片银装素裹的景象。除此之外,巴西和巴基斯坦也有过类似报道。一些人还会把这种从天上飘落的银丝亲切地称为“天使头发”(angel hair)。

其实,“天使头发”不过是蜘蛛用来迁徙的工具

一个澳大利亚公园中被蜘蛛网覆盖的地面(图片来源:Byrce and Leslie Anne Schmidt via BuzzFeed)

飞翔的蜘蛛

为了避免与同类争夺食物、配偶、栖息地等资源,蜘蛛常常需要迁徙。虽然没有翅膀,它们却能巧妙地利用蛛丝长途远行。1832年11月,小猎犬号已行驶至距离海岸约100千米,正在甲板上吹风的达尔文忽然发现了许多“气球驾驶员”。它们是一群暗红色的小蜘蛛,正乘坐着细细的蛛丝做成的“气球”飞行。

这些小家伙有着高超的“驾驶技巧”,它们顺着蛛丝在空中上上下下,甚至能借助蛛丝“气球”在水面上滑翔。其中一些会爬到高凸的区域,然后抬起腹部,发射蛛丝,“咻”地一下就飞走了。还有一些蜘蛛会站在柱子顶端,分泌出四五根呈扇形分布的蛛丝,然后随风而去。

达尔文认为,飞行技能是这些小蜘蛛与生俱来的本能,就像水蛛(Argyroneta aquatica)擅长潜水那样。后来,科学家将蜘蛛这种像气球一样的行为命名为“飞航”(ballooning)。小蜘蛛不仅飞行速度很快,6小时内能航行30千米,而且还能飞很远,能通过连续飞航到达3200千米(相当于昆明到沈阳)以外的地方。飞行高度也相当惊人,有人甚至在大气平流层发现过飞航的蜘蛛

在巴西拍摄到的大规模飞航的蜘蛛(图片来源:@Guardian News via YouTube)

许多蜘蛛都具有飞航能力。目前,研究人员已经记录到至少27个科的飞航蜘蛛,它们分布在世界各地,也包括中国。不同蜘蛛的飞航习性差异很大,一些全年飞航,另一些则选择在春末或秋季迁徙。

这样看来,飞航蜘蛛并不是什么罕见的事,为何我们很少见到集体在空中飞翔的蜘蛛呢?这是因为,通常而言,蜘蛛飞航是个体行为。但在某些特殊情况下,例如因洪水导致蜘蛛的栖息地被大范围破坏,需要集体撤离,或是原本准备飞航的蜘蛛一直没能遇上合适的天气,直到天气变得适宜才集中飞航。

“蜘蛛侠”的秘密

正如达尔文所观测到的,蜘蛛通常会使用两种方式飞航。

第一种方式名为“踮脚式”(tip-toe)。蜘蛛首先会走到一个高耸的表面,然后抬起一条或两条前腿,并保持这种姿势5~8秒,重复几次。这是它们在利用腿上的毛来感受周围环境是否适宜飞行。评估完成后,如果决定飞航,它们便会顺着风的方向旋转身体,然后抬起腹部(也称为“踮起脚尖”),开始吐丝,并以此制作飞行道具。

首先,蜘蛛会用后腿将吐丝器吐出的丝粘到所在的平面上,这是它为自己系上的“安全线”(safety line)。然后,起飞流程正式开始。它用腹部其他的腺体吐出多根2~4米长的蛛丝,这些蛛丝在空中展开,形成薄薄的三角形,在风中狂舞。同时,它还会用后腿将安全线控制在合理的位置,避免其阻挡丝线气球在空中展开。

一段时间后,小蜘蛛松开原本牢牢抓住的表面,同时将所有腿向外伸展,然后斜斜地向远处飞去。在飞航过程中,蜘蛛也不忘“抓紧”安全线。直到飞至3~5米远,安全线才会断掉。如果在起飞前,天气条件突然变得不适合飞航,它还会立即切断蛛丝,重新等待合适的时机。

使用“踮脚式”飞航的蜘蛛(图片来源:原论文)

另一种蜘蛛飞航的方式是“漂筏式”(dragline),顾名思义,就像是蜘蛛在空中放下一个由蛛丝构成的筏子。当蜘蛛选择从高高的柱子上飞航时,原本固定在柱子上的安全线就变成了“蹦极绳”。它们会顺着绳子下降0.4~1.1米,然后一边在空中摇摆,一边编织“筏子”

它们在空中不停挥舞前后腿,以此保持自己的腹部始终对准风上行的方向。蛛丝组成的筏子从它的腹部缓缓生成,在风的作用下向上弯曲,蜘蛛也随之向上飘动。当蛛丝筏有了足够的升力,小蜘蛛便切断安全丝,愉快地飞走了。

使用“漂筏式”飞航的蜘蛛。红色表示用于固定的“安全丝”,蓝色表示参与飞航的蛛丝筏(图片来源:原论文)

为什么仅仅靠几根柔软的蜘蛛丝,蜘蛛就能腾空而起呢?科学家对此有着不同观点。

一些科学家认为,这要从空气动力学角度解释。例如,在阳光明媚又有微风的春秋季,太阳加热地面后产生的向上气流为蜘蛛提供了飞行的动力,因此,这也是它们最常飞航的日子。但在酷暑炎炎的夏季,虽然上升气流较多,可由于缺少横向的微风,蜘蛛即便起飞也无法航行。更极端的,在凛冽的寒冬,狂风又会干扰气流上升,因此也不利于蜘蛛飞航。

然而,随着研究的深入,一些科学家对这种理论提出了质疑。为什么仅仅在低风速的条件下,蜘蛛就能获得如此高的初始加速度?而且,蜘蛛实际上并不能像电影中的蜘蛛侠那样“滋”地一下就喷出蛛丝,需要外力才能将蛛丝从腺体中拉出来(例如用后腿将蛛丝拉出并粘到一个表面上),上升气流怎么可能做到这一点呢?

因上升气流而飞航的蜘蛛(图片来源:原论文)

科学家观察到,蜘蛛在飞航时产生的蛛丝会分成扇形,而不会再缠成一团。因此,他们猜测电荷在飞航中起到了重要作用。的确,蜘蛛和它们产生的蛛丝都带有负电荷,而且蜘蛛还能通过爬上树枝、树叶和草等来增加身上的负电荷。蛛丝所带的负电荷间有静电排斥,这让它们在气流中仍保持分开状态。

另一方面,地球大气则带有正电荷,与带负电的大地之间形成了一个巨大的电场。即便是万里无云的晴天,这种大气电势梯度(APG)也能达到100伏特/米,如果是在有雾或暴风雨的情况下,甚至可能会增加到每米数万伏特。因此,带负电的蛛丝天然就会在这种环境下受到向上的电场力。而且,蜘蛛飞航时选择的凸起表面也具备更强的局部电场。

科学家将蜘蛛放在了一个无风的环境,他们发现,一旦开启环境中的电场,蜘蛛也会表现出“踮起脚尖”的行为。这说明,它们是在感受空气中的电荷。而且,其中许多蜘蛛也成功起飞,通过调整封闭环境中的电场强度,研究人员还能控制蜘蛛飞上飞下

在变化的电场中飞上飞下的蜘蛛(图片来源:原论文)

除了栖息地的环境和气流及电场条件外,温度、湿度、光强、压力等因素都可能影响蜘蛛是否决定飞航。如果你也在某一天遇到从天而降的蜘蛛网,不必惊慌,因为大多数飞航的蜘蛛都没有毒,它们只是正在搬家的小可爱罢了。


参考链接

作者 环球科学

《环球科学》杂志