Люди не раз брали пауков в космос, чтобы изучить важность гравитации для создания паутины. То, что первоначально началось как несколько неудачный PR-эксперимент для старшеклассников, дало удивительное понимание того, что свет играет большую роль в ориентации пауков, чем считалось ранее.
Эксперимент с пауком, проведенный американским космическим агентством НАСА, - это урок разочаровывающих неудач и счастливых случайностей, которые иногда приводят к неожиданным результатам исследований. Вопрос был относительно прост: на Земле пауки строят асимметричные паутины, центр которых смещен к верхнему краю. Во время отдыха пауки сидят головой вниз, потому что они могут двигаться к свежевыловленной добыче быстрее в направлении силы тяжести.
Но что делают паукообразные в невесомости? В 2008 году НАСА хотело вдохновить средние школы США на этот эксперимент. Но даже при том, что вопрос был простым, планирование и проведение эксперимента в космосе было чрезвычайно сложным. Это привело к ряду неудач.
Два экземпляра из разных видов пауков полетели на Международную космическую станцию (МКС) в качестве "арахнавтов", один (Metepeira labyrinthea) в качестве ведущего, а другой (Larinioides patagiatus) в качестве резерва на случай, если первый не выживет.
Резервный паук сбежал. Резервный паук сумел вырваться из своей камеры хранения в главную. Камера не могла быть открыта из соображений безопасности,поэтому лишний паук не мог быть пойман. Два паука сплели несколько запутанную паутину, мешая друг другу.
И если этого было недостаточно, мухи, включенные в качестве пищи, размножались быстрее, чем ожидалось. Со временем их личинки выползли из гнездового контейнера на полу корпуса в экспериментальную камеру и через две недели покрыли большую часть переднего окна. Через месяц пауков уже не было видно за всеми личинками мух.
Эта неудача долго не давала покоя Пауле Кушинг из Денверского музея природы и науки, которая участвовала в планировании эксперимента с пауком. Когда в 2011 году вновь появилась возможность провести подобный эксперимент на борту МКС, исследователь привлек к подготовке и анализу новой попытки доктора Сэмюэля Цшокке из Базельского университета. На этот раз эксперимент начался с четырех пауков одного вида (Trichonephila clavipes): двое летали на МКС в разных местах обитания, двое оставались на Земле в разных местах обитания и содержались и наблюдались в тех же условиях, что и их собратья, путешествующие в космосе, - за исключением того, что они подвергались воздействию земной гравитации.
Женщины были мужчинами.
Первоначально планировалось использовать четырех женщин. Но случилась еще одна неприятность: пауков пришлось выбирать для эксперимента в качестве птенцов, а определить пол птенцов крайне сложно. В ходе эксперимента двое из пауков оказались самцами, которые заметно отличаются по строению тела и размерам от самок этого вида в зрелом возрасте. Но в конце концов ему повезло - один из мужчин оказался на борту космической станции, другой-на Земле.
Паукообразные плели свои паутины, разбирали их и плели новые. Три камеры в каждом случае делали снимки каждые пять минут. Зшокке, Кушинг и Стефани Кантримен из BioServe Space Technologies Университета Колорадо, которые наблюдали за проектированием и запуском сертифицированных мест обитания космических полетов, содержащих пауков и личинок плодовых мух, а также системы камер на Международную космическую станцию, проанализировали симметрию 100 паутин и ориентацию паука в паутине, используя около 14 500 изображений.
Оказалось, что паутина, построенная в невесомости, действительно была более симметричной, чем та, что была соткана на Земле. Их центр был ближе к середине, и пауки не всегда держали голову вниз. Однако исследователи заметили, что имеет значение, строили ли пауки свою паутину при свете лампы или в темноте. Паутина, построенная на МКС при свете ламп, была такой же асимметричной, как и земная.
Свет как резервная система.
"Мы никогда бы не догадались, что свет будет играть определенную роль в ориентации пауков в космосе", - говорит Зшокке, который проанализировал эксперимент с пауками и опубликовал результаты вместе со своими коллегами в журнале Science of Nature. "Нам очень повезло, что лампы были прикреплены в верхней части камеры, а не с разных сторон. Иначе мы не смогли бы обнаружить влияние света на симметрию паутины в невесомости."
Анализ изображений также показал, что пауки отдыхали в произвольной ориентации в своей паутине, когда свет был выключен, но ориентировали себя в сторону-то есть вниз-когда свет был включен. Похоже, что пауки используют свет как дополнительное средство ориентации, когда гравитация отсутствует. Поскольку пауки также строят свою паутину в темноте и могут ловить добычу без света, ранее предполагалось, что свет не играет никакой роли в их ориентации.
"То, что у пауков есть резервная система для такой ориентации, кажется удивительным, поскольку они никогда не подвергались воздействию окружающей среды без гравитации в ходе своей эволюции",-говорит Зшокке. С другой стороны, говорит он, чувство положения паука может запутаться, когда он строит свою паутину. Орган, отвечающий за это чувство, регистрирует относительное положение передней части тела к задней. Во время построения полотна обе части тела находятся в постоянном движении, поэтому дополнительное ориентирующее средство, основанное на направлении света, особенно полезно.
