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蜘蛛八卦网——匀称的几何图案

最近,《蜘蛛侠3》上映了,这可是瑶瑶的最爱。所以,她央求妈妈买了票,全家人准备周末一起去看。

周末晚上,《蜘蛛侠3》看完后,瑶瑶在回来的路上,对电影中的视觉效果赞不绝口。

过了会儿,瑶瑶问爸爸:“你说,蜘蛛侠身上用的那个蛛丝是怎么演的?”

爸爸:“肯定是用电脑特效吧。”

瑶瑶继续问:“那现实生活中的蜘蛛呢,又是怎么结网的啊?”

爸爸说:“现实中的蜘蛛可以说是数学专家呢,它们结的网都是匀称的八卦图形哟。”

的确,作为蜘蛛,都有个“绝活”,它能织出极其规则的蛛网,并且还是规则的八卦图形。

一位科学家对蜘蛛已经有了二十多年的研究,他说:“这是一个很有趣的事情,因为它看起来似乎没有任何道理,你看不出对称网的任何优势,然而这却是蜘蛛的一种进化。”他还表示这不可能是进化中的偶然性,恰好使这些蜘蛛具备了这种测量的能力,这种进化肯定有一个原因,只是目前我们还不知道而已。

有位专家经过仔细计算发现,蛛丝的强度竟相当于同样体积的钢丝的5倍。蜘蛛结好网后,便伏在网的中央“守株待兔”——等待飞虫自投罗网。一张小叶片、一枝细细的枯梗,落到蛛网上了,只见蜘蛛振颤一下,便不动了;可是,一只漫不经心的飞虫撞到了网上,蜘蛛便“兴冲冲”地爬了过去,喷出粘丝把猎物捆起来,用毒牙将它麻醉,待猎物组织化成液体后,再大口大口地吮吸。蜘蛛是怎么知道将有美味到嘴的呢?它的腿上有裂缝形状的振动感觉器。枯梗树叶碰到了网上,便不动了,所以蜘蛛只是在碰网的一刹那间,振颤一下。要是撞网的是飞虫,一定会挣扎一番,这样便给蜘蛛发出了振动信号。奇怪的是,同是撞网的飞虫,蜘蛛的反应却截然不同:是苍蝇,它就马上跑来捆缚;如是蜜蜂,蜘蛛便按兵不动。是蜘蛛怕蜂蜇吗?不是的。

科学家发现,蜘蛛对40~500赫频率的振动最敏感,苍蝇扑动翅膀的频率正好在这个范围之内,而蜜蜂扑动翅膀的频率每秒超过1000次,所以不会引起蜘蛛的注意。人们发现,蛛网对于蜘蛛的生活来说是非常重要的。蛛网不仅是这种动物捕捉猎物的陷阱和餐厅,还是它们的通信线、行道、婚床和育儿室。蜘蛛在蛛网上来回往返,为什么自己不会被粘丝粘住呢?因为通常蜘蛛是把干丝作跑道的,需要在粘丝上行走时,它的8条腿会分泌出一种油作润滑剂,这样就能在网上进退自如了。

在37000多个蜘蛛种类中,所有的蜘蛛都能吐丝,但只有一半种类可以用丝织网,其余的只会用丝缠绕食物或卵,或编一个很小的临时的掩蔽处,或者像蜘蛛侠那样在跳跃的时候织一根安全带。

蛛丝是从纺绩器出来的,通常位于腹部的后部。纽约康奈尔大学昆虫学院的助理教授琳达·瑞伊尔说:“丝在腹部中时以液体的形式存在,而出来后却变成了固体的丝,研究人员一直在研究这是如何发生的。蛛丝比同样宽度的钢铁要坚硬得多也具有更大的柔韧性,它可以伸展到其长度的200倍。”网是蜘蛛生活的主要工具。在人类不知道用网捞鱼捕鸟之前,蜘蛛早已发明用网捕虫了。说不定人类制造网还是从蜘蛛那儿学来的呢!

蜘蛛的种类很多,网的样式,各不相同。有的蜘蛛在屋角这种地方做网。网的形状很不整齐,有时好像一团乱丝,不过细细去看,里面都织了一个管子,雌雄蜘蛛双双地安居在管子里。网底有个平网,是用来捕虫的。

每种蜘蛛都有自己的一种织网类型,这既是天生的,对于专家来说也是很容易辨认的。在蜘蛛当中,顶会织网的是圆蛛。它的网呈八卦形,织得非常精美。一位科学家说:“给我地球上任何一种网我都可以说出织这种网的蜘蛛种类,就像一位艺术家一眼就能区分出米开朗基罗和梵高的作品。”

但是,正如各张绘画都是独特的,各个网也是由每只蜘蛛根据具体空间而织造的,纽约Vassar学院生物学教授说:“蜘蛛会根据风和周围植被情况修改网的设计。”

这位科学家说:“现在所知的最好的对称网是由那些圆球蜘蛛编织的,大约有5000种编圆球网的蜘蛛。”圆球网由辐形圆组成,中部突出成螺旋状以诱捕食物。他说:“蜘蛛创造对称网并不比非对称网能捕获更多的食物,那么它们为什么要费劲织这种规则网呢?”

目前还没找到能解释蛛网对称的原因。但是瑞伊尔猜测,辐形蛛网的对称性可能有生物动力学原因。一张蛛网要有实用性,它必须编织得没法让昆虫挣脱或者弹跳出去。瑞伊尔说:“当昆虫碰撞入网,蛛网必须承受住碰撞力,而对称网的优势可能在于它可以使这种力均匀地分布在全网以减少某一处的受力,这样可以尽可能地避免网被撕破。”

另外,科学家解释说,随着蜘蛛年龄的增长,它的神经系统会逐渐老化,织出来的网也没那么好了。这项对蜘蛛网的研究,也可以解释人类行为随年龄增长的一些变化。

数学知识小链接

蜘蛛结的“八卦”形网,是既复杂又美丽的八角形几何图案,人们即使用直尺的圆规也很难画出像蜘蛛网那样匀称的图案。