突然冒出水面的小屁股,其實是在“補氣”,這是水蛛能在水下生活的秘訣_風聞
把科学带回家-把科学带回家官方账号-专注于孩子的科普教育52分钟前

撰文 | Cloud
審校 | Ziv
就在快浮到水面的時候,它突然來一個180度轉身,屁股對着水面,向上彈一下。
然後,帶着“一屁股”的新鮮空氣游回水裏。

圖片來源:Team Candiru
這個冒出水面又立刻下沉的屁股,來自潛水鐘蜘蛛(Argyroneta Aquatica),顧名思義,這種蜘蛛具有潛水的能力。不過,事實上,潛水鐘蜘蛛不只是會潛水,而且是大部分時間都在水中生活,因此也被稱作水蛛。
雖然許多蜘蛛都能在水生環境中生活,但潛水鐘蜘蛛是目前已知的唯一一種幾乎完全在水下生活的蜘蛛。它們捕食、進食、交配、產卵等活動全都在水下進行。
然而,與此同時,它們仍然需要呼吸空氣,於是蜘蛛版的潛水鐘就應運而生。
蛛絲潛水鐘
“屁股”之所以能攜帶空氣,是因為潛水鐘蜘蛛的腹部(這個帶氣的大屁股確切地説是腹部)有強疏水性的毛髮,空氣會被困在這些毛髮中,從而在蜘蛛腹部周圍形成一層幾微米厚的空氣層。

圖片來源:Nature Materials
這一圈空氣,就像人們潛水時隨身攜帶的氧氣瓶。而且,蜘蛛的腹部就有呼吸器官——潛水鐘蜘蛛擁有比較大的氣管系統和一個縮小的書肺,因此,它們在水中可以通過腹部呼吸,而不用像人那樣把頭放在氧氣面罩裏呼吸。

蜘蛛的氣管,圖片來源:knowable magazine

蜘蛛的書肺,圖片來源:John Henry Comstock
接着,就是潛水鐘的選址。蜘蛛的潛水鐘一般會造在錯綜複雜的水下植物之間。它們先用蛛絲搭建一個簡陋的絲網。研究發現,水生和半水生蜘蛛的蛛絲有非常疏水的成分。之後,蜘蛛會將腹部表面的一些空氣“脱”下來,固定在絲網上。通過蛛絲之間的表面張力,空氣在此保持成一個氣泡。

到家了,“脱”掉身上的氣泡,圖片來源:Team Candiru
當蜘蛛多次往返水面給自己“打氣”之後,氣泡中的空氣得到補充後就會逐漸增大。最後,一個充滿空氣的潛水鐘就造成了。較小的潛水鐘只能容納蜘蛛的腹部,而較大的潛水鐘則允許整隻蜘蛛進出。
這個氣泡不簡單
蜘蛛的潛水鐘不僅能儲存蜘蛛從水面帶回的空氣,還能自動從水裏吸收氧氣。
由於潛水鐘周圍水中的氧氣通常比鍾內的氧氣多,因此氧氣會自然地從水裏擴散到氣泡中。基於同樣的原理,鍾內的二氧化碳也會擴散出去,於是,鍾裏面的空氣就能保持宜居。
研究發現,即使在温暖的死水中,潛水鐘也能從水中提取蜘蛛所需的氧氣。要是在氧氣供應較好的池塘中,潛水鐘交換氣體的效果會更佳。蜘蛛可以在這個氣泡內待一整天,而無需不停地浮到水面“打氣”帶回家。由於潛水鐘蜘蛛很多時候都安靜待着,因此它們的氧氣需求也很容易得到滿足。

圖片來源:knowable magazine
儘管如此,潛水鐘仍會緩慢地縮小。因為隨着時間的推移,氣泡內的氮氣也會逐漸擴散到水中,於是氣泡就會收縮變小。因此,蜘蛛還是需要偶爾浮出水面,帶着一屁股的空氣,為水裏的氣泡之家補氣。

圖片來源:Smithsonian Channel
更小的雌蛛,更大的鐘
雌性潛水鐘蜘蛛擁有更大的潛水鐘,大約是雄性的兩倍。但有意思的是,與大多數陸地蜘蛛不同,雄性潛水鐘蜘蛛的體形比雌蛛大。
較大的雄性在水下的活動能力更強,可以潛入更深的地方捕食,在尋找配偶時也更具優勢。而雌性的體形更小,可能是因為它必須花費大量的時間來製造和維護大鐘,而不是積極地尋找獵物。
雌性蜘蛛需要一個更大的氣泡來產卵和照顧後代,更頻繁地“補氣”也意味着更多的能量消耗。雌性較小的體形也限制了它的潛水能力,它因此生活在更靠近水面的區域,這樣從水面轉移空氣到潛水鐘也就更容易。

從水面“運-氣”回家,圖片來源:Team Candiru
不管是雌性還是雄性,它們捕獵之後都得把食物打包回家再開吃。通常情況下,當有獵物碰到蜘蛛的水下絲網時,它們就能感受到振動,然後衝出去將其抓住,再拉入鍾內。進食的時候,蜘蛛會向獵物身上分泌消化****液,但在水中,消化液一分泌出來就會被稀釋——於是,食物只能打包帶回家享用。
回到潛水鐘家裏,蜘蛛就能和陸地的表親一樣,在空氣中進食。它們以水生無脊椎動物和小魚為食,不過一般都不挑食,只要能裝進潛水鐘就行。

寶可夢的滴蛛霸很像潛水鐘蜘蛛,圖片來源:pokemon
棲息地在減少
許多水生和半水生蜘蛛都會使用氣泡在水中呼吸、活動,只不過潛水鐘蜘蛛運用氣泡的能力實在是太突出了。潛水鐘蜘蛛主要生活在北歐、中歐以及亞洲部分地區水流緩慢的溪流、池塘和湖泊,韓國京畿道甚至還有一片專門的保護區——銀岱裏水蛛棲息地。

我國、日本和韓國都有水蛛,圖為韓國唯一的水蛛棲息地,圖片來源:Cultural Heritage Administration
在水生環境中,蜘蛛需要提防大魚和青蛙等天敵。並且,它們不能離開氣泡太久,水下游泳能力也不強,因此在水裏必須好好隱藏起來。不過,生活在水中當然也有一些好處。蜘蛛可以躲避鳥類或大型昆蟲等動物,而蜘蛛在水裏捕食時也可以更好地隱藏自己,然後突然出擊。
然而,隨着氣候變化和其他人類活動的干擾,濕地正在減少,而且,蜘蛛也無法穿過乾燥的土地遷移到新的濕地,一些水生蜘蛛的生存正面臨着威脅。
有些水生蜘蛛,我們還沒來得及好好認識它們,甚至還不知道某些物種的存在,可能就會消失。
參考資料:
[1] Leggett, M. A., Vink, C. J., & Nelson, X. J. (2024). Adaptation and Survival of Marine-Associated Spiders (Araneae). Annu. Rev. Entomol., (Volume 69, 2024), 481–501. doi: 10.1146/annurev-ento-062923-102457
[2] Dance, A. (2024). They swim and they spin: Meet the aquatic spiders. Knowable Magazine | Annual Reviews. doi: 10.1146/knowable-042424-1
[3] WInvertebrates! Student Paper. (2020, February 06). Retrieved from https://winvertebrates.uwsp.edu/kaminski_361_2015.html
[4] Kang, J.-H., Lee, Y.-J., Oh, B.-K., Lee, S.-K., Hyun, B.-R., Lee, B.-W., …Lim, J.-D. (2014). Microstructure of the water spider (Argyroneta aquatica) using the scanning electron microscope. J. Asia-Pac. Biodivers., 7(4), 484–488. doi: 10.1016/j.japb.2014.10.011
[5] Yong, E. (2011). The diving bell and the spider. Science. Retrieved from https://www.nationalgeographic.com/science/article/the-diving-bell-and-the-spider
[6] Seymour, R. S., & Hetz, S. K. (2011). The diving bell and the spider: the physical gill of Argyroneta aquatica. J. Exp. Biol., 214(13), 2175–2181. doi: 10.1242/jeb.056093
[7] Doyle, S. (2024). Diving bell spider. Creation Ministries International. Retrieved from https://creation.com/diving-bell-spider
[8] Planet, A. (2015, September 02). Diving Bell Spider Thumbs Spider Nose at Rules, Lives Underwater. Youtube. Retrieved from https://www.youtube.com/watch?v=1rlt9yAhqTw
[9] Shersby, M. (2024). Diving bell spider: The only aquatic arachnid that creates a web underwater to live in. Livescience. Retrieved from https://www.livescience.com/animals/spiders/diving-bell-spider-the-only-aquatic-arachnid-that-creates-a-web-underwater-to-live-in