不知道各位小伙伴有没有疑惑过,蜘蛛是怎么演化出结网的呢?或者说像结网这么精巧的手艺真的是可以演化出来的吗?
对此我只能说世间生灵都困在了名为生存的网中。越是深陷某种生存之道,在环境巨变面前就越是无处可逃。而参悟了这一重道理后,蜘蛛成为了网的主人。从某种意义上来说,蜘蛛网其实可以算是蜘蛛呼吸演化的副产物。
1.蛛丝的形成机制
上期我们说到蜘蛛,或者说整个蛛形纲都是登陆的螯肢动物,它们都起源于类似于海蝎子那样的水生,而熬制动物在水中呼吸所用的器官就是由付不付之所特化而成的又宽又薄的书腮。但这样的蔬菜其实有很多问题,尤其是蜘蛛祖先很可能还主要在水底爬行。
那你就想嘛,这种地方污泥浊水的到处都是,能磨坏蔬菜的沙粒和无孔不入的病原体。呼吸30秒,褶皱三分钟,那咋整呢?大多数熬制动物都对此采取一个老天津解决方案,制造结界。简单来说就是给书鳃及其附近位置配置很多粘液腺,不断对外分泌粘液,既可以冲走病原体和沙粒点,在输腮受到撞击和摩擦时提供缓冲和润滑,为此这些粘液就必须尽量粘稠,所以里面往往含有很多纤维状的分子,比如多糖和蛋白质什么的。
而这套配置在蜘蛛祖先登陆以后又有了新的妙用。随着活动区域不断向内陆进发,周遭环境也愈发干旱。蜘蛛祖先书鳃虽然在陆地上也勉强能用来呼吸,但这么大面积暴露的体表也着实容易散失水分,更何况当时植物还普遍稀疏低矮,长期待在内陆也很容易遭受阳光紫外线损伤。
说到保湿和防晒,那他们的粘液腺就专业对口的。不是粘液本来就有保水的功效,你鼻子里的清鼻涕其实也有这方面的作用。在此基础上,蜘蛛祖先在演化出一些皮褶,包埋住书鳃,只在外面留几个气鼻孔让空气进出。
于是输塞就演变成了输费,保水问题也基本搞定。除此以外,粘液中的某些有机分子经过简单修饰,还开发出了吸收紫外线的功能,可以把致命的紫外线转变成相对没那么大伤害的可见光。往背上一涂,就是自带的防晒霜。
今天各种猪形状动物茂密的刚毛下就还藏着很多类似的腺体。事实上,如果你用紫外灯去照射蝎子,就会发现这些分泌物带来的奇妙荧光反应。但要说蛛形纲动物对这些粘液性最高科技的魔改,那还当属蜘蛛最标志性的配置。
蛛丝,严格来说,我们到现在都还没完全弄清楚蜘蛛丝为什么平时能以液态存储在体内,而一射出来又瞬间凝固。好在随着最近十几年结构生物学的发展,我们还是得以粗略理解了这个过程。构成蜘蛛丝的主要成分是一类特殊的蛋白质,可以称为丝蛋白。
2.蛛网的演化过程:
这些蛋白质在蜘蛛丝线内储存时处于一种非活化状态。不,你的理解的话,你可以认为这时候这些丝状白都是团成球状的,丝蛋白之间也没有粘性,可以正常溶解在液体中。
然而当蜘蛛准备喷射蛛丝的时候,这些丝蛋白溶液会首先来到腺体的管道中,在这里,溶液中的水分会被吸收,丝蛋白也随着浓缩。而更关键的是,精油管壁上一系列分子泵的运作,溶液会从原来的偏碱性变成酸性,而且其中的磷酸根离子和钾离子的浓度也会增加。
这些离子变化会让丝蛋白快速活化,你可以理解为原本团成球状的丝蛋白会突然展开变成棍状,而且这些棍子两端各有一个卡扣,只要两个棍子的卡扣相接触,便会立刻自动锁死。就像老式火车车钩一样。理论上,在分子热运动下,彼此碰撞就会随着时间推移逐渐互相连接起来,被称为丝蛋白的自组织。
当然蜘蛛不会让这个过程直接发生在自己的腺体管道内,不然就堵塞了。因此在丝蛋白活化后的下一个瞬间,就将其加丫从一个很细小的孔中喷射出去,这过程相当于狠狠挤压了一下三白溶液,一瞬间就能把溶液中四仰八叉的棍状的丝蛋白排列整齐,形成所谓的液晶态。
同时也迫使所有的丝蛋白都按照同样朝连接成一束纤维。而且株形状动物往往同时拥有很多种性质不同的丝蛋白,还是不严谨,类比的话就是有的棍子硬一些,有的软一些,有的直一些,有的弯一些等等,只要调配溶液中不同丝蛋白的农浓度比例,就可以制造出各种不同性质的丝线了,但这么复杂的机制又是怎么演化出来的呢?
此外,株形纲动物全身动物粘液腺,理论上它们在身体任何部位其实都有潜力演化出丝线。比如今天你些就能从他们的螯肢上吐出丝来,那蜘蛛又为什么会在一开始选择在腹部吐丝呢?故事还要从距今约3.82亿年前开始说起。
当此之时,有一批蛛形纲动物已经把原本的蝎子尾巴退化成了一根须须,身体正在向株形演变。而这其中就包括了我们今天的主角的近亲乌拉尔猪。对,严格来说乌拉尔猪不是蜘蛛,就像我们上期说到那些脚步猪、姐夫猪、蔽日株以及盲猪、编猪等等都不是蜘蛛一样。
但乌拉尔蛛在演化关系上比刚才说的那些猪都更接近蜘蛛。有一些观点认为,乌拉尔蛛可能与蜘蛛的祖先类群非常相似,它们的样子就像是拖着跟委屈的蜘蛛。
而正是这根尾须可能就揭示出了蜘蛛一开始为什么要把丝线配置在腹部。有些观点认为,这根尾须就相当于是他们的预警雷达。当乌拉尔蛛和蜘蛛的祖先在地形复杂的枯枝败叶堆里穿梭的时候,一旦有绿蛇从后面靠近,就很有可能先触碰到这根明感的尾巴,然后他们一个哆嗦就从尾巴击破的粘液线里喷射粘液糊。
敌人一生为自己博取一线生机。实际上,即便在今天,与蜘蛛关系最近的几只猪心纲动物那里,会虚之力往往也是这么用的,比如鞭蝎,只不过边歇喷射的不是粘液。还记得刚才我讲蜘蛛吐丝时必须先往蛛丝蛋白溶液里加酸吗?
对边界索性就抛弃了粘液或蛛丝,而深耕了这个分泌酸的科技树。它用尾巴进入腺体中,喷射出来的是浓度超过80%的乙酸。有了这碟醋,饺子就可以溜了。
言归正传,虽然我们在乌拉尔蛛的腹部末端确实发现了很多类似于今天蜘蛛那样的丝线喷口,专业点说叫做仿机器,但我们并不清楚他们究竟只是喷射粘液,还是已经可以制造蛛丝了。
3.结网技术的进一步发展
柏芝两者其实也就一墙之隔,毕竟要硬控掠食者,那粘液自然是越粘越好,而粘稠从分子层面上,就是粘液中的蛋白质等生物分子能自组装成更长的纤维,因此这种粘液发展到极致的结果必然就是蛛丝,只可惜蛛丝升级迭代根本赶不上陆地掠食者的战力崩快,在脚步、猪肺楔乃至脊椎动物的一众重量级选手面前,这点粘液和灵魂之子有什么区别?
可能也就是因此,乌拉尔猪肋在石炭纪后半夜脊椎动物崛起后,便逐渐没落了下去。但正所谓世界上本没有桥,淹死的多了,于是就有了桥。在这种极限的选择压力下,居然真有一只屁股吐丝。蛛形纲动物蒙特卡罗出一种奇妙的玩法。
没错,我们真正的主角蜘蛛,它终于来了。但别想太复杂,这会儿蜘蛛补签,还在为不当良家子而挣扎。所以他们使用猪饲方式也很朴实无华,那就是挖洞,虽然作为在地表活动的动物,挖洞本身不算稀奇,但是当挖洞和腹部土司结合在一起的时候,一段传奇就此展开。
最开始的时候,蜘蛛祖先可能只是单纯的把蛛丝铺在洞穴墙壁上,这样既可以防止洞穴坍塌,从而可以挖得更深更复杂,自己爬进爬出也能稍微方便一些。那么这个投入了大量精力与营养构建起的盘丝洞就不能随便抛弃了。
这时候腹部吐司又有了新的好处,那就是可以让蜘蛛很方便的一边走一边拉丝,于是蜘蛛的祖先就再也不用担心找不到回家的路了。
那么很自然的以盘丝洞为中心,就会让周围辐射出大量的蛛丝,而附近如果有动物经过产生的震动,便会顺着这些蛛丝传入地穴中,让蜘蛛从网上洞察一切。
如此一来,有些蜘蛛就可以长期宅在洞里,一门心思做土木老哥了。外面如果有掠食者靠近我,就提前往洞穴深处一钻,而又是猎物经过,我就顺着网线去打他,进可攻退可守,无敌了呀。今天的绝版猪科还依然延续着这种生活方式,可以说是接受过时间考验的经典战术了。
在此基础上,有些蜘蛛还让你的地道更老北京了一些,给他盖了帽了,就像今天七纺蛛科那样。这种加盖的盘丝洞从外部更难发现,却基本不影响他们继续靠蛛丝来监听四周。就靠这招,在海蝎子奔30只鱼猎40而亡以后,蜘蛛就在这个充斥着脊椎动物与昆虫的新世界,重新扛起了嗷之正统的大道。但正所谓大难不死,说明那个难还不够大。
于是乎,在距今约2.5亿年前,只闻西伯利亚超级火山一声巨响,动物迎来了自诞生以来最惨烈的一次大灭绝,二叠纪末大灭绝。当尘埃落定,好消息是蜘蛛还活着,不得不说挖个洞躲进去真乃屡试不爽的苟活小妙招,但坏消息是蜘蛛曾经猎物们几都没活下来,既然地球管埋不管,刹那蜘蛛就得想想办法去捕获新的猎物了。
这时候肯定又开了上帝视角的小伙伴会支招,可以结网吃昆虫。但问题是我们现在的尝试在那个时代却很违背。常是比如我能吐丝不等于我能结网,最直接的原因是丝不够。
因为当时大多数蜘蛛身体模式比较类似于惊天蜘蛛中最基干的中纺亚木,他们最大的问题在于其仿击器并不是位于身体最末端,而是位于腹部中间,每司吐司都得把腹部举高高,这可能是沿袭最开始向身后掠食者喷射粘液的配置。毕竟抬起腹部能快速拉开半个身位吗?
但当吐司变成日常以后还这么搞,就太考验定力了。但正所谓命。有时终会有命里,无时就换个算命先生,不知怎么做到的。还真有一些蜘蛛成功把仿机器挪到了身体最后端,由此诞生出了一只全新的蜘蛛足意,那就是后方亚木,一举把猪丝产量给打了上去。
于是乎,这些蜘蛛终于有条件用蛛丝铺满自己洞穴附近的地表,这不但让自己的网络信号更上一个G而且如果昆虫刚好落在这些层层叠叠的蛛丝上面,它们的腿就很容易被缠住。
对,这就是蛛网最原始的版本,不过仅此而已。当然不够,毕竟昆虫圈子也不太流行打星际,哪来那么多眼神不好的昆虫傻不愣登主动落网。再说了,昆虫飞来飞去好端端的,谁没事专门穿过层层枝叶落地面上来找晦气啊?
但这根本难不倒蜘,比如今天的钱包网蜘蛛就把自己的地网卷起来,上面再粘上很多泥土和枯枝败叶,乍一看就跟植物的根差不多,有些吸食植物汁液,昆虫没准就会反而盯上去。
而俗称为漏斗网蜘蛛的猪类则更是打开了思路,既然昆虫不过来,那就我过去。他们把蛛网从地面向上延伸到植物枝叶层,形成一个漏斗状。这样一旦昆虫落到植物上,他们就能立刻感知到,然后顺着网线来等等。