交配完擔心被吃掉，它彈飛“500米”

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一對雄雌蛛正在交配，30秒后，雄蛛強烈地“彈飛”了，很快，它又順絲爬回來“尋求”交配，然后再次“彈飛”，循環往復......

在一次出野外采集蜘蛛的時候，湖北大學生命科學院副教授張士昶被蜘蛛的這一“奇特”行為吸引住了。隨后，他“故意”阻擋了正在交配的雄蛛，使其不能彈開，然后發現，雄蛛都被雌蛛殺死了。

研究了13年蜘蛛，觀察過各類蜘蛛的行為，這種現象張士昶還從未見過。他表示，“在蜘蛛的世界里，雌蜘蛛可能會利用彈射行為判斷雄性質量，所謂‘優秀的父親產生優秀的兒子’。”

經過近3年研究，張士昶將研究成果投稿至《當代生物學》第3天便進入審稿程序，第15天返回全部兩個審稿意見，被審稿人高度評價為“極有吸引力的”“重要的”“充分的”。4月25日，《當代生物學》在線刊發該研究。

彈飛的“父親”

這種在交配時總是以“彈飛”方式分開的蜘蛛，是一種群體性結網蜘蛛，名為隆喜嫵蛛。

“與別的蜘蛛單獨結網不同，隆喜嫵蛛結網連成一片，一張大網上可容納300頭。”張士昶告訴《中國科學報》，既然是“群居”生活，那么它們相互之間的交配選擇應該會更多。

張士昶以各種蜘蛛為研究對象，研究動物行為生態學的各種理論，尤其是性選擇理論中的兩性沖突。于是他決定試一試，便發現了文章開頭的現象。

雄蛛為什么會“彈飛”呢？

此前，張士昶團隊在預實驗中發現，“被迫”不能“彈飛”的，都被雌蛛殺死了。于是，他假設，“彈飛”行為是為了反抗雌蛛的性相殘。

接著，他在實驗室里設計讓155對蜘蛛交配的實驗，發現，有152對的雄蛛在交配完成后都做了彈射動作，且都活下來了，而另外3個沒有做這個彈射動作的雄蛛，最后都被雌蛛抓住并且被殺死了。

“這說明了雄蛛做‘彈射’動作的功能就是避免被雌蛛殺掉。”張士昶說。

他同時還做了反證實驗，操縱雌雄交配不讓雄蛛“彈飛”，發現30只雄蛛全部被雌蛛所殺，這些實驗也就證實了，雄蛛彈射的功能就是為了躲避雌蛛的性相殘。

雄蛛是被動還是主動“彈飛”呢？如果是雄蛛彈射的，是用哪個地方彈射開的呢？

張士昶團隊想深入觀察，然而，在普通攝影機下，這種彈射動作很難看清。“因為蜘蛛很小，雄蛛體長只有3毫米左右，因此不僅需要高速攝影還需要微距攝影。”張士昶說，通過多番尋找，他們找到了北京的一家廣告公司，終于成功拍下了一些雄蛛彈射的高速高清影片。

張士昶團隊逐幀分析了雄蛛在彈射過程中的位移，用Python軟件計算出了它的彈射軌跡以及各種物理參數。

“以高達每秒88.2厘米的速度將自己從雌蛛身邊甩開，相對于一個人在1秒內彈射出了500米。你能想象這樣的一個場景嗎？是不是很驚人！”張士昶笑著說。

更神奇的是，彈飛的雄蛛還會回到雌蛛身邊，循環往復最多6次，便飛走不再回來，因為它已無力再次爬回到雌蛛的網上。

張士昶團隊通過分析和電子掃描電鏡發現，雄蛛是靠第一對腿上的脛節和趾節之間的關節來彈射的，這個關節處是一個囊狀結構。

“被迫”演化行為

張士昶告訴《中國科學報》，事實上，不只是隆喜嫵蛛，很多動物都可以做超高機械力的動作，比如螳螂蝦的“拳擊”、飛虱和跳蚤的彈跳等，但是這些動作要么是為了躲避天敵的抓捕，要么是為了捕食，而從來沒有被報道過可以用來逃離配偶的捕殺。

“我們的研究說明了，雄性動物可以通過做類似戰斗機飛行員彈射逃離戰機的彈射動作，逃離雌性的抓捕。”張士昶說。

雄蛛的“彈射”行為是如何形成的？

張士昶介紹，在長期的演化過程中，性選擇在其中扮演了重要角色。尤其在動物交配過程中，雌性對某些性狀特征的偏好，導致雄性一些性特征的演化。比如：鹿和某些犀金龜、鍬甲等長著很長的角，雄孔雀長著漂亮的尾羽。

在結網蜘蛛中，很多雌蛛都是非常兇猛的，最為人所熟知的就是“黑寡婦蜘蛛”，因為雌蛛在交配過程中會殺死雄蛛。

“這種在交配中殺死交配對象的現象叫做‘同類性相殘’或者叫‘性食同類’，且一般是雌性殺死雄性。通過殺死雄性，雌性可以跟更多雄性交配，從而獲得更多交配機會，同時在精子來源上有更多的選擇。”張士昶說。

除了殺死，雌性還可以“隱性選擇”優勢精子，比如改變生殖道中的PH值，對精子進行選擇，這樣盡管與很多雄性交配了，但只會有選擇讓某些它認為基因比較優良的雄性的精子與其卵子結合。

“不像哺乳動物精子與卵子實時結合，雌蛛有一個納精囊，交配時，雄性的精液先被存儲起來，用的時候再擠出來與卵子結合。”張士昶說。

他補充道，在交配過程中，雌性可能會利用這種行為來判斷雄性的質量，如果雄性不能彈射，那就殺死它，如果雄性可以多次彈射，那就接受它的精子。”

為此，在雌蛛強大的選擇壓力下，雄蛛演化出了多種多樣的行為特征。

更多謎題待解

“蜘蛛的各種行為都非常有趣。”談起研究初衷，張士昶脫口而出，他回到湖北大學，把自己的郵箱前綴設成為“spider”（蜘蛛）。

13年的蜘蛛研究，讓他積累了豐富的經驗，“動物行為學研究，有了大量的積累后，才會有‘眼前一亮’的收獲。”

張士昶說，動物的行為演化多是自然選擇的過程，蜘蛛既是捕食者，又是獵物，面臨雙重“壓力”，在這些壓力下，演化出了一些驚人的行為特征，其它動物亦是如此。

不過，雄蛛會不會“反抗”呢？張士昶表示，當雌雄差異不顯著時，雄蛛可能會報復雌蛛，在一些種類里，雌蛛甚至是被“性侵害”的弱勢群體。不過，在結網蜘蛛里面，反抗雌蛛的捕殺的機制一定還存在其他的類型，有待我們進一步發現。

在研究過程中，張士昶還意外發現，隆喜嫵蛛的體色會發生變化，在不同的生境中體色不一樣，未來，他希望研究清楚不同生境中的隆喜嫵蛛體色不同背后的原因，以及雄蛛的彈射能力是否與其繁殖力相關。

相關論文信息：DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.03.051

一對正在交配的隆喜嫵蛛，左邊的瘦的是雄蛛，右邊的胖的是雌蛛。（受訪者供圖）