从物理学角度解释动物吸引力：雄蜘蛛与雌蜘蛛的爱恨情仇

雄蜘蛛可不像男人一样有体力优势，弱小的“他”想要接近和征服“她”同时还要时刻提防被“她”吃掉，还会面临同在蛛网上的其“他”同类竞争。这错综复杂的挑战，近乎“无脑”（其实太小了）的雄蜘蛛如何处理？

　　

   

   

图片:一只雌性旋毛虫蜘蛛(左)和一只小得多的雄性蜘蛛(右)在一起。

资料来源:动物行为研究所/亚历克斯·乔丹

这只小小的雄性金圆蛛在寻找配偶时面临着相当大的挑战。它的体型只是雌性的一小部分，但它必须小心翼翼地进入雌性的网，在不被注意的情况下接近她，如果他在她的网中走错一步，同类相食的雌性会杀死并吃掉他。这场赌博中，它还面临着来自其他雄性在微妙的蜘蛛网舞台上的竞争，这就形成了一个复杂的优化问题，甚至连人类分析师都会感到畏惧。然而，这些小蜘蛛几乎没有我们能识别的大脑。那么他们是如何管理的呢?十多年来，这个问题一直困扰着亚历克斯·乔丹和马克斯·普朗克动物行为研究所实验室的成员们。现在，他们与魏茨曼科学研究所的研究人员合作，接近了答案。

答案似乎在于动物吸引力，或者更准确地说，在于雄性和雌性在蜘蛛网的弹性表面所感受到的有效的物理力量。“我们最初的想法是探索这样一个设想，即这些在网上移动的蜘蛛的行为就像围绕原子核的电子，或者围绕恒星的行星，”乔丹是马克斯·普朗克动物行为研究所综合行为生态学实验室的负责人，也是这项研究的资深合著者。从这个最初的想法开始，一个研究项目诞生了，带领这两个团队开发一个物理模型，并在巴拿马的雨林中进行实验。

虽然精确物理学的细节最终有别于了原子和宇宙的水平，但这个概念被证明是有用的。乔丹说:“想象一下，电子绕着原子核旋转，或者太空中的大质量恒星，大到产生自己的引力场，吸引周围的物体——巨大的、同类相食的雌蜘蛛也可以用同样的方式来思考。”“现在想象一下，更小的行星、卫星或彗星正靠近这一吸引力——这些是我们微小而勇敢的雄蜘蛛。”过快或以错误的角度接近恒星(或雌蜘蛛)，就有被她吸引力捕获的风险。在宇宙范围内，这将导致宇宙碰撞，使行星蒸发。对于勇敢的雄蜘蛛来说，不正确的方式意味着陷入致命的诱惑，最终成为猎物。

“我在巴拿马的热带雨林工作，我见过过于热心的雄蜘蛛多次沦为同类相食的雌蜘蛛的猎物，尤其是当它们走错了路，或太快接近雌蜘蛛时，”西尔维亚·加尔扎(Sylvia Garza)是这项研究的合著者，她在巴拿马读了几个月的硕士，记录雄蜘蛛和雌蜘蛛的行为，然后使用机器学习方法跟踪它们的每一个动作。

就像较小的行星有自己的引力一样，雄蜘蛛也会相互吸引——一开始会接近被认为是对手的那个。当它们越来越靠近时，雄蜘蛛也开始相互排斥，这种方式更像原子核周围的电子。“这些雄蜘蛛的运动类似于粒子之间的相互作用，根据它们之间的距离相互吸引或排斥，”来自魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的训练物理学家、该研究的主要作者阿米尔·哈勒茨(Amir Haluts)说。同样来自魏茨曼的资深合著者Nir Gov说:“我们使用模型来绘制雄蜘蛛感受到的有效的物理力，使我们能够解释他们在网络上的运动，以及不同体型的雄蜘蛛的动态竞赛。”当雄蜘蛛靠得太近时，最后会冲向对方展开战斗。所有这些都是在蜘蛛网的表面进行的，这是雄蜘蛛用来交流的振动管道，但也可以提醒雌蜘蛛它们的存在，并导致致命的攻击。

该团队的研究表明，雄蜘蛛做出的平衡风险与回报、生死等看似复杂的决定，并不需要高智商，也不需要理解他们所玩的游戏。相反，同样的解决方案可以通过感知网络上的振动，并响应吸引和排斥的物理力量，就像物理粒子可能做的那样。“早期，我对我们的第一个结果感到困惑，这些结果表明，这些雄蜘蛛可以解决这些复杂的任务，显然不需要必要的认知机制，”乔丹说。“我和Nir开玩笑说，这些雄蜘蛛就像是围绕着雌蜘蛛‘核’旋转的电子。这让我们创造了‘原子蜘蛛’这一术语，事实证明这可能与事实相差不远。”

 

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杂志

美国国家科学院院刊

DOI

10.1073 / pnas.2106269118