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科学家头大!是谁把水中奇招教会水蜘蛛(多图)

旖林




水蜘蛛是其同类的唯一叛逆者,一生都生活于水下。



水蜘蛛在水下呼吸的奇招是被安排的。



水蜘蛛构筑水下住所的方式、造形都极具神奇色彩。

【人民报消息】蜘蛛到处都有,而且到处结网,这没有什么新鲜的。但科学家发现一种生活在水世界中的水蜘蛛,又叫银蜘蛛,是其同类的唯一叛逆者。

水蜘蛛属于水蛛科生物,主要生活于欧洲及亚洲北部地区的池塘以及水流较慢的溪水中,它们是唯一一种一生都生活于水下的蜘蛛,交配、产卵及利用蛛网捕食都在水下进行。它们的蛛网结于水下的植被之间。当它们潜入水中时,全身长满的防水绒毛就会附着许多气泡,犹如进入了一个空气层封闭的套子里。这奇特的气罩使水蜘蛛成了一个水银球,光彩照人。偶尔,它们还会用腹部的末端探出水面,托起一个大气泡招摇过市。

水蜘蛛是一种无脊椎动物,也像其它品种的蜘蛛那样吐丝,但它吐出的坚韧的蛛丝并不用来结网,而是用来在水下构筑成一个单间的钟形住所。水蜘蛛在生长浮萍和其它水生植物丛生的水域中,总能够找到心满意足的栖息地。这个蛛网做成的钟罩形住所如同一个小型沉箱,水蜘蛛便在沉箱里安营扎寨,雌蛛还在其中产卵孵化、繁殖后代。

水蜘蛛构筑水下住所的方式、造形都极具神奇色彩。水蜘蛛虽然在水中生活,但是它们是需要氧气才能生存的,所以它们会把自己建造的钟形住所搞的坚固而充实,决不会漏气。

水蜘蛛是怎样给这个钟形住所充气呢?方式非常特殊。水蜘蛛从水面上获取空气,将其储存在自身腹部细毛中间的气泡中,然后爬回水下,把腹部气泡中的空气设法注入到住所里去,而且会时不时的加以补充,以确保它能在水下住所中长久安全的生存下去。

据百度百科的介绍,由于在网下储存气泡,气泡群就展开成了钟罩形,它们水蜘蛛所拥有的气泡群不仅是储氧器,还是一种制氧器──能不断地从周围的水中吸取氧。这就是人们称之为「物理肺」的供氧装置。水蜘蛛在呼吸过程中使气泡中的氧浓度逐渐下降,一旦氧含量低于16%时,溶于水中的氧便会自行补充进气泡内来。通常蜘蛛处于休息状态时,物理肺足以保证供氧;当耗氧量过大,水中含氧的气泡补充就会供不应求,而气泡内的其他气体的比例就会随之上升,直至大大超过在空气中的比例为止。结果是氮开始向水中扩散,而气泡的容积也会相应变小(由于氧被耗尽),最终,蜘蛛不得不再次抛头露面于水上、重新为储氧器充氧。

这实在是太不可思议了!于是引起了动物学家们的极大兴趣。他们对欧洲蜘蛛类节肢动物进行了深入研究,他们测量了气泡蛛网内外的氧气含量。科学家们发现,这种气泡蛛网功能相当于鱼类的腮部,可以从水中提取氧气,并向外排出二氧化碳。

为了能够向水下蛛网中充气,水蜘蛛会使用腹部的绒毛将水面的气泡搬运到水下。

它们是如何有这种能力、如何得到这个本事,又是如何知道使用这个本事的?科学家从来没敢想找出这些问题的答案。科学家争论的仅仅是这些蜘蛛是否需要定期返回水面补充自己的空气供应等等表面现象。

为了解决这些表象,无脊椎动物专家罗杰-塞穆尔教授和斯蒂凡-赫兹博士从德国的艾德河中采集了标本。在实验室中,他们模拟了酷热的夏季中一个杂草丛生的死水池塘。他们希望能够观测到水蜘蛛是如何在这样一种环境中生存的。塞穆尔教授表示,「此前的文献表明,它们一天中每隔20到40分钟会冒出水面一次。这次实验当然需要一个对氧气极为敏感的仪器,即溶解氧传感器。」

通过测试气泡内外的氧气含量,科学家们发现了一种气体交换机制,这种机制与一些动物在水中用腮呼吸的机制类似。

塞穆尔教授解释说,「当蜘蛛从气泡中消耗氧气时,气泡中的氧气浓度降低。当气泡中氧气含量低于水中的溶解氧含量时,气泡就会从水中吸取氧气。蜘蛛产生的二氧化碳当然也会排出并溶解于水中,永远不会在气泡中积聚。」

与其它通过腮部进行氧气和二氧化碳交换的动物不同的是,水蜘蛛不得不解决空气中的其他气体问题。塞穆尔教授继续解释说,「当你在一个密闭气泡中从气体混合物中吸取一种气体时,其余气体的浓度肯定会升高。由于氧气被从气泡中吸取,而二氧化碳又没有积聚,这就必然导致气泡中的氮气浓度升高。」

随着氮气被排出气泡,气泡就会破灭,但这个过程是缓慢的。根据科学家的实验结果,这一过程持续时间大约为一天。

塞穆尔教授表示,「在非常酷热的天气里,虽然新陈代谢比通常要快,但如果水中氧气充足,蜘蛛可以一直呆在水中。」这就意味着蜘蛛不需要频繁返回水面,这也大大降低了被水面捕食者攻击的风险。

水蜘蛛不是一天中每隔20到40分钟冒出水面一次,而是一天只冒出水面一次,这是科学家最近发现的,这个发现证明过去的文献完全是错误的。

这给人类一个启示:谬误的东西,哪怕是已经流传上千年了,也还是谬误的。把谬误的纠正过来,并让人知道,才是正视现实和还原真相,才是真正负责任的态度。△

(人民报首发)


文章网址: http://www.renminbao.com/rmb/articles/2015/5/17/61409.html
 
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