小跳蛛的視力驚人地好

年輕的蛛形綱動物可能像成年蜘蛛一樣詳細地觀察世界

成年雌性蜘蛛和幼蛛Phidippus audax.

Daniel Zurek Morehouse 實驗室

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成年跳蛛比指甲還小,但它們的視力卻像小型犬一樣清晰。而頭部只有父母百分之一大小的幼蛛,視力也可能幾乎同樣清晰。研究人員現在發現了一種非凡的幼蛛能力的機械秘密。

“即使是蜘蛛恐懼症患者也覺得這些小跳蛛很吸引人——它們跳舞,互相唱振動歌曲,”內森·莫爾豪斯說,他是七月份發表在《視覺研究》雜誌上的這項研究的共同作者。(莫爾豪斯在匹茲堡大學開始了這項研究,並在辛辛那提大學完成了它。)蜘蛛非凡的視覺能力吸引了許多科學家。

“我認識的每個研究視覺的人都喜歡跳蛛,”傑米·西奧博爾德說,他在佛羅里達國際大學研究昆蟲視覺,但沒有參與這項新研究。“它們如何適應如此驚人的視覺行為是一個非常重要的問題。”


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研究人員觀察到,年幼的跳蛛在捕獵時可以使用複雜的視覺線索。為了 выяснить 幼蛛的視力如何如此接近成年蜘蛛,莫爾豪斯和他的同事使用微型檢眼鏡(一種微型眼科醫生工具)窺視了 22 只蜘蛛的四組眼睛之一(一對朝前的、運動敏感的眼睛)。研究人員 подсчитали 在早期幼年、晚期幼年和成年蜘蛛中,每隻眼睛大約有 7,000 個感光細胞。他們還隔四個月對其中七隻蜘蛛進行了兩次檢查,發現它們都沒有產生新的感光細胞。

該測量結果表明,蜘蛛在生長過程中不會增加感受器,而是在孵化時就塞滿了所有這些細胞——“這真是太瘋狂了!”莫爾豪斯說。根據該團隊早期的基因研究,這種微小的蜘蛛很可能與昆蟲共享一個“古老的基因工具包”:它們的身體首先構建感光細胞,然後在上面覆蓋鏡頭。對於某些昆蟲來說,這種機制是有道理的,這些昆蟲會新增新的感光細胞,並用單獨的鏡頭覆蓋,隨著它們的長大而進入眼睛。但這對於蜘蛛來說在發育上是很麻煩的,因為蜘蛛的每隻眼睛只能容納一個鏡頭,因此需要在生命早期就將所有感光細胞都放置到位。

這些結果表明,幼蛛看到的細節與成年蜘蛛一樣多,視野範圍也相當——儘管存在缺點。例如,幼蛛微小的感光細胞提供較差的光敏感度。莫爾豪斯自己也看到了這方面的證據:“它們有點笨手笨腳,”他說。

眼睛的生物結構無法告訴科學家關於蜘蛛如何看世界的一切。“它們可能在神經層面做出權衡,”西奧博爾德說,例如以犧牲空間或時間細節為代價來恢復一些敏感性。因此,行為研究對於充分理解蜘蛛的視覺是必要的。但西奧博爾德說,僅生物學結果就令人驚訝:“從一開始就必須擁有所有的感光細胞?這不是我會構建蜘蛛的方式。”

Leila Sloman 是一位居住在新澤西州普林斯頓的數學作家。她是《Quanta Magazine》的撰稿人,她為美國數學會建立和編輯外展內容。她擁有斯坦福大學數學博士學位。

更多作者:Leila Sloman
大眾科學 Magazine Vol 321 Issue 5本文最初以“具有視覺的幼體”為標題發表於大眾科學 Magazine 第 321 卷第 5 期(),第 20 頁
doi:10.1038/scientificamerican1119-20
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