隆喜妩蛛的形态图
■本报记者 韩扬眉
一对雄雌蜘蛛正在交配，30秒后，雄蛛突然“弹飞”了。很快，它又顺丝爬回来“寻求”交配，然后再次“弹飞”，循环往复……
在一次出野外采集蜘蛛时，湖北大学生命科学学院副教授张士昶被蜘蛛的这一“奇特”行为吸引。随后，他故意阻挡了正在交配的雄蛛，使其不能弹开。随后他发现，雄蛛被雌蛛杀死了。
对于研究了13年蜘蛛、观察过各类蜘蛛行为的张士昶而言，这种现象还是第一次见。“在蜘蛛的世界里，雌蜘蛛可能会利用弹射行为判断雄性质量。”他说。
经过近3年的研究，4月25日，相关成果在线发表于《当代生物学》。审稿人评价，研究成果是“极有吸引力的”“重要的”“充分的”。
弹飞的“父亲”
这种在交配时总是以“弹飞”方式分开的蜘蛛，是一种群体性结网蜘蛛，名为隆喜妩蛛。“与别的蜘蛛单独结网不同，隆喜妩蛛结网连成一片，一张大网上可容纳300只。”张士昶告诉《中国科学报》，既然是“群居”生活，那么它们相互之间的交配选择应该会更多。
那么，雄蛛为什么会“弹飞”呢？此前，张士昶团队在预实验中发现，“被迫”不能“弹飞”的雄蛛，都被雌蛛杀死了。由此，他假设，“弹飞”行为是为了反抗雌蛛的性相残。
他在实验室里设计了让155对蜘蛛交配的实验，发现其中152对中的雄蛛在交配完成后都做了弹射动作，而且都活了下来；3个没有做弹射动作的雄蛛，最后都被雌蛛抓住并杀死了。
同时，他还进行了反证实验，操纵雌雄交配不让雄蛛“弹飞”，发现30只雄蛛全部被雌蛛所杀。这些实验证实了他之前的假设，即雄蛛做弹射动作是为了躲避雌蛛的性相残。
雄蛛是被动还是主动“弹飞”的？如果是雄蛛弹射的，那么是用哪个地方弹射的呢？
在普通摄影机下，这种弹射动作很难被看清。“蜘蛛很小，雄蛛体长只有3毫米左右，因此，不仅需要高速摄影，还需要微距摄影。”张士昶解释道。通过多番寻找，他们找到了北京的一家公司，最终成功拍下了一些雄蛛弹射的高速高清影像。
张士昶团队逐帧分析了雄蛛在弹射过程中的位移，用Python软件计算其弹射轨迹及各种物理参数。“以高达88.2厘米/秒的速度将自己从雌蛛身边弹开，相当于一个人在1秒内弹射500米远。你能想象这样一个场景吗？是不是很惊人！”张士昶说。
更神奇的是，“弹飞”的雄蛛还会回到雌蛛身边，循环往复最多6次后便不再回来，因为它已无力再爬回雌蛛的网上。
张士昶团队还发现，雄蛛是靠第一对腿上的胫节和趾节之间的关节来弹射的，这个关节处是一个囊状结构。
“被迫”演化行为
张士昶告诉《中国科学报》，不只隆喜妩蛛，事实上很多动物都可以做超高机械力的动作，比如螳螂虾的“拳击”、飞虱和跳蚤的弹跳等。这些动作要么是为了躲避天敌的抓捕，要么是为了捕食，为了逃离配偶的捕杀尚未报道过。
雄蛛的弹射行为是如何形成的？张士昶介绍，性选择在长期的演化过程中扮演了重要角色，尤其是在动物交配过程中，雌性对某些性状特征的偏好，会导致雄性一些性特征的演化。比如，鹿和某些犀金龟、锹甲等长着很长的角，雄孔雀长着漂亮的尾羽。
在结网蜘蛛中，很多雌蛛是非常凶猛的，最为人所熟知的就是“黑寡妇”蜘蛛，雌蛛在交配过程中会杀死雄蛛。
“这种在交配中杀死交配对象的现象叫作‘同类性相残’或者‘性食同类’，且一般是雌性杀死雄性。通过杀死雄性，雌性可以跟更多雄性交配，从而获得更多交配机会，同时在精子来源上也有更多选择。”张士昶说。
除了杀死雄性，雌性还可以“隐性选择”优势精子，比如改变生殖道的pH值，对精子进行选择。
“不像哺乳动物的精子与卵子实时结合，雌蛛有一个纳精囊，交配时，雄性的精液先被存储起来，用的时候再被挤出来与卵子结合。”张士昶说。
他补充道，在交配过程中，雌性可能会利用弹射行为来判断雄性的质量，“如果雄性不能弹射，那就杀死它；如果雄性可以多次弹射，那就接受它的精子”。
在雌蛛强大的选择压力下，雄蛛演化出了多种多样的行为特征。
更多谜题待解
“蜘蛛的各种行为都非常有趣。”张士昶说，13年的蜘蛛研究让他积累了丰富经验，“有了大量的积累后，动物行为学研究才会有‘眼前一亮’的收获”。
张士昶说，动物的行为演化大多是自然选择的结果。蜘蛛既是捕食者又是猎物，面临双重“压力”。在这些压力下，其演化出了一些惊人的行为特征。其他动物亦是如此。
不过，雄蛛会不会“反抗”呢？张士昶表示，当雌雄差异不显著时，雄蛛可能会报复雌蛛，在一些种类中，雌蛛甚至是被“性侵害”的弱势群体。不过，在结网蜘蛛中，一定还存在其他反抗雌蛛捕杀的机制，有待研究人员进一步发现。
在研究过程中，张士昶还意外地发现隆喜妩蛛的体色在不同生境中有变化。未来，他希望研究不同生境中隆喜妩蛛体色不同的原因，以及雄蛛的弹射能力是否与其繁殖力相关。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.03.051
