Летают ли пауки. Пауки, летающие против законов физики
А вы знали, что пауки умеют летать? Ученые обнаруживали паукообразных на высоте 4 км от земли. Первоначально исследователи думали, что пауки используют потоки воздуха, но с этой идеей есть проблема. Большие пауки летают, даже когда воздушных потоков недостаточно для поддержания их веса - и это загадка.
Однако ученые из Бристольского университета, возможно, нашли решение - они доказали, что пауки могут использовать электрические поля. Ведущий автор исследования Эрика Морлей рассказала, что ученые подвергли взрослых пауков семейства Линифиидов воздействию электрических полей, подобных тем, которые естественным образом возникают в атмосфере Земли. Пауки показали значительное увеличение возможности воздухоплавания при наличии электрических полей. Видео их эксперимента демонстрирует, как один паук летает при включении электрических полей, а затем падает, когда поля снова выключены.
Электрические поля, которые пауки используют для движения, являются частью глобальной атмосферной электрической цепи Земли, о которой исследователи знают с 1920-х годов. В двух словах, грозы помогают создать разность зарядов между Землей и ионосферой в 50 км над поверхностью. Перепады напряжения составляют ошеломляющие 250 000 вольт. Это создает электрические поля, связывающие Землю с границей космоса. Космические лучи ионизируют земную атмосферу, превращая ее в слабый проводник, позволяющий этим течениям проходить через эту цепь.
Пауки эволюционировали внутри глобальной электрической цепи, поэтому неудивительно, что они научились «подключаться» к ней. Но как? Питер Горхэм из Гавайского университета отмечает, что сложная белковая структура паучьего шелка включает в себя аминокислоты - глутаминовую кислоту и аргинин, которые могут получить заряд в процессе прядения. Свою паутину членистоногие используют по-разному: плетут из неё кокон и ловят жертв, мастерят защитную плёнку для яиц. А кроме того, пауки изготавливают так называемые «паруса», с помощью которых путешествуют по воздуху. Когда пауки готовятся взлететь, они сперва крепятся к земле несколькими шелковыми нитями. Потом они проверяют ветер, поднимая одну конечность в воздух. Когда паук готов взлететь, он выпускает около 50 крошечных ниточек. Нитки остаются прикрепленными к пауку и выступают как парус. Когда ветер начинает дуть особенно сильно, паук открепляется от них и улетает прочь.
Исследователи давно задаются вопросом о роли электричества в полете паука. Чарльз Дарвин, возможно, был первым. Об этом он написал во время своего путешествия на корабле «Бигль» (1831-1836 годы). Однажды корабль был в 60 милях от побережья Аргентины, когда палуба была буквально заполнена летающими пауками. Дарвин задавался вопросом, может ли в этом процессе играть роль электрическая сила. Работа Эрики Морли и ее соавтора Дэниела Роберта замыкает этот 200-летней мыслительный цикл.
Существует высокая вероятность того, что на пауков может повлиять космическая погода, поскольку электрические поля возмущаются космическими лучами и солнечной активностью. Может ли космическая погода повлиять на характер миграции летающих пауков? По словам Морли, это вполне вероятно, хотя утверждать с точностью пока нельзя. Эксперименты, которые ученые проводили, в основном лабораторные. Следующий шаг в проекте - полевые испытания, в которых фактор солнечной активности может сыграть важную роль.
Как и парящие амазонские муравьи, летающие пауки из Южной Америки могут «экспрессом» спуститься на несколько метров вниз, просто облетев по спирали дерево, на котором сидели.
Пауки Selenops banksi облюбовали для жизни верхние ярусы южноамериканских тропических лесов. Это довольно крупные создания (длина тела вместе с ногами может достигать нескольких сантиметров), которые к тому же считаются одними из самых быстрых хищников. Но перебежки с одной ветки огромного тропического дерева на другую занимают всё-таки слишком времени, даже если ты бегаешь очень быстро, так что пауки селенопсы научились экономить время и силы, просто планируя с места на место по воздуху.
Парящие пауки Selenops banksi почти незаметны на коре деревьев. (Фото Stephen P. Yanoviak et al. / Journal of the Royal Society Interface 2015 12:110.)
Паук из семейства тетрагнатид, путешествующий по воде с паутинным «якорем». (Фото Hayashi et al. / BMC Evolutionary Biology 2015 15:118.)
«Летающий» древесный муравей Cephalotes atratus (фото RN Riomanso – Colombia / Flickr.com.)
Стивен Яновяк (Stephen P. Yanoviak ) из Луисвиллского университета вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли ставили с S. banski следующий опыт: они брали паука, забирались с ним на дерево и вытряхивали его из коробки с высоты в несколько десятков метров. Как пишут исследователи в статье в Journal of the Royal Society Interface , в 93% случаев членистоногие подопытные вовсе не падали камнем вниз, а начинали маневрировать в полёте: сразу же переворачивались спиной вверх, после чего, раскинув конечности, мягко планировали 5-8 метров вниз, чтобы приземлиться на ствол того же дерева, с которого их только что скинули. Если селенопс вдруг отклонялся от курса, то быстро выруливал в нужном направлении с помощью передней пары ног. Само приземление, по-видимому, никак животным не вредит: весят они довольно мало, и скорость, с которой они летят, не превышает 3 м/с. Видео с планирующими пауками можно посмотреть .
Авторы работы полагают, что таким образом селенопсы уходят от врагов, которых у них предостаточно: это и другие пауки, и ящерицы, и змеи, и древесные лягушки, и муравьи, и птицы - от всех них так просто не убежишь. Просто сложить лапы и упасть на землю было бы не лучшим вариантом, так как на земле могут поджидать всё те же ящерицы со змеями. А вот управляемое парение на несколько метров вниз с тем, чтобы приземлиться на то же дерево – совсем другое дело.
Чтобы выбрать место для посадки и вообще управлять полётом, у пауков должны быть неплохие глаза, и в дальнейшем исследователи собираются подробнее выяснить, как селенопсы ориентируются в воздухе и как выбирают точку приземления (точнее, «придревеснения»). Надо сказать, что, хотя эволюция оставила пауков без крыльев, они не оставляют попыток освоить воздушное пространство. Например, многие из них используют для путешествий своеобразный «воздушный шар» – паутинку, выпущенную в воздух, которую вместе с пауком увлекает за собой ветер.
Обычно таким способом происходит расселение только что появившихся на свет паучат, и «воздушный шар» протаскивает их всего на несколько метров. Однако бывает так, что сильное воздушное течение уносит членистоногих воздухоплавателей довольно далеко. Более того, если паук приземляется на воду, он продолжает путешествие, используя собственное тело как парус. В статье в BMC Evolutionary Biology
Морито Хаяси (Morito Hayashi
) из Университета Мияги вместе с коллегами из Великобритании и Испании описывает целый набор странных поз, которые принимают приводнившиеся пауки, чтобы лучше ловить ветер и управлять собственным движением. Некоторые из них даже выбрасывают паутинную нить, которая служит своеобразным якорем, не позволяющим разгоняться слишком сильно.
Вообще же довольно много животных, не смущаясь отсутствием у них крыльев, устремляются в воздушную среду. Например, несколько лет назад тот же Стивен Яновяк опубликовал в Integrative and Comparative Biology работу, в которой описывались парящие муравьи Cephalotes atratus , обитающие в лесах бассейна Амазонки – они, как и пауки, превращают тело в парашют, облетая дерево по спирали. Ну, а кто-то может вспомнить про украшенных древесных змей, которые в парящем полёте с дерева на дерево могут преодолевать до 100 метров. Правда, змеи эти начинают парить из прыжка, а само тело рептилии сконструировано удачно с аэродинамической точки зрения – чтобы опираться на восходящие потоки, поддерживающие тело в воздухе.
В ясные, солнечные дни в конце августа нередко случается наблюдать, как в воздухе плывут тонкие и нежные нити паутины. Ветер может занести их очень далеко, но в тихую погоду они медленно и плавно опускаются к земле, зацепляются за ветки кустарников или расстилаются по траве и колючему жнивью на полях.
Осевшая повсюду паутина становится потом одной из характерных примет осени и бывает особенно заметна в утренние и предвечерние часы, когда солнце стоит близко к горизонту и его лучи играют и переливаются в блестящих шелковистых нитях, покрывающих, насколько может охватить взор, всю поверхность помертвевшего поля или луга.
Ясные и тёплые осенние дни, с безоблачным, голубым небом и особенной, кристальной прозрачностью воздуха известны у нас под именем «бабьего лета» (вероятно, потому, что в это время оканчивается полевая страда, в былые времена падавшая почти целиком на долю женщины).
Изобилие летающей и стелющейся паутины настолько тесно связано с такими солнечными осенними днями, что иногда, за неимением другого подходящего названия, и эта паутина также слывёт под именем «бабьего лета».
Если летящую паутинную нить осторожно подцепить на палку, то можно обнаружить на ней маленьких паучков, которые, почувствовав опасность, торопливо спасаются бегством. На этот раз паутина служит для лишённого крыльев паука летательным аппаратом; держась на выпущенной им паутинной нити, маленький паучок несётся по воздуху совершенно так же, как летят благодаря своему «хохолку» плодики одуванчика и чертополоха пли пушистые семена иван-чая и осины.
Понятно, что на паутине, которая зацепилась за куст или опустилась на траву, мы паучков уже не найдём: воздушный корабль отслужил свою службу и пассажиры давно его покинули.
Особенно любопытно проследить, как паучок готовится к полёту (рис. 166). В тёплые солнечные дни, когда тянет лёгкий ветерок, паучки взбираются на какой-нибудь возвышенный над землёй предмет, откуда их легко может подхватить движение воздуха.
Такими предметами будут, например, верхние перекладины изгородей, перила мостов, межевые столбики. Забравшись наверх, паучок сначала обыкновенным приёмом начинает выпускать паутинную нить, а затем поднимает конец брюшка как можно выше, крепко держась на своём месте всеми восемью ногами.
Порыв ветра подхватывает выпущенную нить и вытягивает её в длинную петлю. Тогда паучок перекусывает паутину у того конца, которым она была прикреплена к площадке; освободившийся конец начинает развеваться по воздуху, и нить очень быстро вырастает в длину, так как ветер с силой вытягивает её из паутинных бородавок паука.
Когда эта нить вытянется на 2–3 м, паучок отцепляется от своей площадки, поджимает ноги к телу и паутина, подхваченная ветром, уносит его с собой в воздушное путешествие (рис. 167).
Таким образом, выделяемая паутина помогает молодым и ещё слабосильным паучкам расселиться по большому пространству и этим предотвратить излишнюю скученность, которой невольно приходится избегать всем хищникам.
Воздухоплавание
И очевидное познается нелегко! Чего только люди не думали и каких небылиц не рассказывали об этой летающей в небе паутине! Долго не могли понять, откуда она берется.
Плиний писал: „В год, когда Паулюс и Марцеллюс были консулами, шел шерстяной дождь“.
Думали: может быть, это роса так испаряется? Некоторым старым поэтам идея такая пришлась по душе, и они быстро вплели в свои стихи „тонкие нити испаряющейся росы“. Но Эдмунд Спенсер, соотечественник и современник Шекспира, уверял, что это не испаряющаяся, а, напротив, „засохшая роса“. В 1664 году известный британский ученый Роберт Гук в докладе Королевскому обществу (то есть Академии наук) писал так: „Не исключено, что большие белые облака, которые появляются в летнее время, могут быть из того же вещества“, что и паутина, летающая над полями.
Другой натуралист, доктор Сток, проезжал в 1751 году через молодой хвойный лес и увидел, что весь он покрыт тонкими нитями паутины. Накануне было северное сияние, и он решил, что „под его воздействием“ паутина осела из воздуха, „если только не представляет собой выпота сосен“.
Другие доказывали:
Это жуки напускают в небо столько паутины.
Нет, тли!
Нет, не тли и не жуки. Это особый род тягучей материи, сгущенной лучами солнца.
Глубокомысленнее, пожалуй, и непонятнее всех рассуждал о летающей паутине в 1822 году натурфилософ Генрих Стефенс:
„Как свежая жизнь листьев возбуждает и поддерживает односторонний животный, проявляющийся лишь в подвижных функциях, хотя и умеренный процесс, так и в то время, когда все растение погружается в тихий окислительный процесс увядания, в противовес этому образуется атмосферическая растительность - летающая паутина, само название которой уже обозначает впечатление универсального порождения“.
В заумной галиматье наука в то время часто обнаруживала свою беспомощность, когда, столкнувшись с новым необъяснимым пока фактом, пыталась обойти его с фланга, прикрываясь нагромождением мертворожденных слов.
Даже в наш красивый век (но в „некрасивое“ время - в годы первой и второй мировых войн) люди, напуганные все новыми образцами секретного оружия, парящие в небе паутинки принимали за особый вид отравляющих веществ. Доктора Бристоу как знатока всевозможной естественной паутины вызвали в Британское военное министерство для консультации по этому делу. Только после его экспертизы там аннулировали заготовленный циркуляр службы наблюдения.
А ведь эта забавная история раскрытия секретов паучьей аэронавтики (такой простой, но так трудно нами понятой!), как часто бывало и с другими не сразу познанными загадками природы, с самого начала пошла по правильному пути. Когда зоология только рождалась, великий Аристотель уже знал, что небесная паутина не выпот смолы и не „тягучая материя“, а продукт шелкопрядильного искусства пауков. Не мог понять он, правда, как она в небо поднимается. Наверное, решил великий грек, осенью тяжелый, холодный воздух опускается вниз и вытесняет вверх лесную паутину. Ученик его, Теофраст, тоже знал, что множество летающих на паутинках пауков предвещает скорую зиму.
Аристотеля все прошлые столетия усердно изучали, но на это его утверждение многие реагировали примерно так: „Бескрылые пауки летают? Сомнительно все это!“
Лет триста назад известный в то время знаток пауков Мартин Листер, уняв свои сомнения, решил не пустыми рассуждениями - возможно то или невозможно, - а точными наблюдениями проверить, прав Аристотель или нет. Вышел в поле, наловил паутины и увидел: в самом деле, на многих паутинках сидели, крепко вцепившись, крохотные паучки. Паря над землей, иные поднимались выше колокольни Йоркского собора. А зачем? Что влекло их в небо?
Листер решил: мухи! Наскучив ждать их в засаде у тенет, паучки устремились в мушиную стихию, чтобы наловить там милой желудку добычи сколько пожелают.
Но время шло, порождая новые сомнения. Листер не многих убедил. До самого XIX столетия, когда наука из колыбели вольных импровизаций решительно шагнула в мир точных экспериментов, о летающей паутине писались и рассказывались самые странные небылицы.
Не видим мы на воздушных паутинках никаких пауков, - говорили те, про которых великий следопыт сказал: „Глаза у них есть, а посмотри - нету“.
Искали и не находили. Не находили, потому что плохо искали. Искали на нитях, сбившихся в кучки, повисших на заборах и кустах, а их паучата давно покинули, благополучно финишировав или неблагополучно стартовав.
Искать надо было не там - на паутинках, которые ещё в воздухе. Но и тут паука заметить нелегко. Чуть только опасность - он паутинку бросает и падает вниз. Иначе стрижи и ласточки всех паучат-аэронавтов переловили бы.
Но когда пауков на паутинках многие уже увидели и факт этот всеми был признан, тут же придумали несколько новых фантазий, чтобы научно объяснить физическую природу сил, поднимающих паутинный аэростат в небо.
Заметив, что паук всегда будто бы выпускает свою нить навстречу солнцу, некоторые решили, рассказывает Вольногорский, что паутина вытягивается из тела пауков солнечной теплотой. Джону Мэррею и этого показалось мало… По Мэррею, „лётная паутина заряжена отрицательным электричеством, а почва - положительным, и вследствие этого паутинная нить… поднимается кверху“. Мэррей сажал паучка на сургуч - паучок будто бы „сильно отскакивал“. Касался паутинки сургучом - тоже отскакивала. А к натертому стеклу притягивалась.
Думали и так, что паучки плывут в поднебесье, как по воде, гребя ногами, что надувают себя воздухом, словно дирижабли, что (это уж совсем великолепно!) летят, как ракеты, исторгая из себя сильной струей газы.
Старые идеи „испаряющейся росы“ не ушли из натурфилософии без следа: модернизировав, их ещё раз вплели в историю жизни пауков, решив, что, очевидно, „паутина увлекается кверху испарениями росы под влиянием солнечных лучей“.
Но время шло, люди двигали науку вперед, и скоро стало совершенно ясно, что загадочный паучий аэростат работает не на электричестве и не на испарениях росы.
Отто Герман любил гулять по цепному мосту в Будапеште. Весной, а особенно осенью, в ясные дни, когда Дунай ласкает теплый ветерок, все, что на мосту и над мостом высится, точно шелковой вуалью, покрывает серебристая паутина. Ветерок колышет ее, она искрится, парит над рекой, виснет хлопьями на проводах, на деревьях, на крышах. А заборы, колья, кусты, осока, надгробные памятники, перила мостов „кишмя кишат мелкими паучками“. Погода лётная, и они взмывают в небо со всех своих аэродромов.
Отто Герман брал в руку лупу и видел, как паучок перед стартом натягивал сначала опорные „тросы“, чтобы раньше времени его аэростат не унесло порывом ветра. Прижимая то справа, то то слева от себя паутинные бородавки, укреплял на каком-нибудь камне или ветке несколько поперечных нитей. (Увидим, чуть позже, подхваченный порывом ветра, он будет всеми восемью ножками держаться за них, как за поручни!)
Устроив себе таким образом надежный якорь, паучок спешит к подветренному краю аэродрома, и там опять паутинные бородавки делают свое дело. Паучок прижимает их к твердой опоре у себя под ногами - и вот нить-аэростат приклеена одним концом. Другой он тянет за собой - бежит к якорной стоянке, цепляется за „поручни“ всеми ножками. Теперь брюшко вверх - из него петлей взмывает в небо паутинная нить. Точнее, несколько паутинных нитей, изогнутых петлей: ведь один конец их привязан невдалеке, а второй все тянется и тянется из бородавок. Когда вытянется он достаточно, паучок откусит приклеенный конец нити; струящийся вверх теплый воздух ее подхватывает и уносит, как парус, обрубленный в шторм. Но паучок все ещё изо всех сил цепляется за свой якорь (или просто за ветку, если, решив обойтись без якоря, не сплел его). Чем длиннее нить, тем сильнее парусит она по воздуху и быстрее нарастает с того конца, который все удлиняют и удлиняют паутинные железы. Когда нить вытянется примерно метра на два-три, паук оставляет последние попытки противостоять силе конвекционных токов, поджимает ножки и взмывает вверх - задом вперед. В воздухе ловко переворачивается, хватает нить-аэростат лапками и бежит по ней ближе к середине. Бегая по ковру-самолету, паучок перемещает его центр тяжести: побежит к середине - петлей согнет конец нити, повернет назад - петля вытянется в прямую нить.
Аэродинамические свойства летательного аппарата меняются, и он то взмывает вверх, то снижается.
Нет, не дано пауку, пусть и бессознательно бегая по нити, управлять ее полетом.
Но есть и антисомнение:
Совсем это нетрудно. Каждый, кто запускал воздушного змея, знает, как легко натяжением или перемещением крепежных нитей изменить его полет.
На ниточках паучки летят не за мухами в погоню - искать новые земли летят. Улетают кто куда, чтобы у гнезда не было тесно и не пришлось им голодать и пожирать друг друга (а на это они весьма способны). Летят - кто сто метров, кто тысячу, а иные и десятки тысяч. Там, где пауков особенно много, в Южной Америке например, они порой взмывают с земли такими тучами, что „все небо кажется в эти дни застланным паутиной“.
Ч. Дарвин писал: „Корабль был в шестидесяти милях от берега под легким, но постоянным ветром. На снасти насело множество паучков. Мне казалось, что на корабле их несколько тысяч… Маленькие воздухоплаватели, попав на корабль, бегали взад и вперед, иногда падая и опять восходя по тому же волокну; некоторые занимались устройством маленькой, очень неправильной сети в углах между канатами… Всех их, казалось, томила сильная жажда, и они с напряженными челюстями жадно пили капли воды“.
У нас в южнорусских степях массовые полеты пауков тоже дело обычное. Профессор Д. Е. Харитонов, большой авторитет во всем, что касается пауков, видел здесь даже целые ковры-самолеты, длиной метров до десяти, из множества перепутанных нитей.
