澳大利亚孔雀跳蛛在长距离跳跃时比战斗机飞行员受到的重力更大

科学家们发现了澳大利亚孔雀跳蛛的半液压系统如何使其能够快速精确地跳跃长距离，同时承受比战斗机飞行员更高的重力。他们的发现可能有助于机器人研究。

大多数陆地动物都能跳跃，而有些蜘蛛也一样，这很可怕。跳蛛利用独特的液压和肌肉动作组合来推动自己。因此，虽然常见的跳蛛让不少人感到厌恶，但其背后的生物力学确实很有趣。

悉尼麦考瑞大学的一项新研究详细研究了澳大利亚孔雀蜘蛛的跳跃能力，以更好地了解其背后的独特的半液压生物力学。

“这些蜘蛛非常小，你的拇指指甲上可以放四五只，”该研究的负责人兼通讯作者、大学自然科学学院副教授阿贾伊·纳伦德拉 (Ajay Narendra)说道。“雄性跳蛛的体重只有两毫克——是已知最轻的跳蛛之一——而雌性跳蛛的体重是雄性跳蛛的六倍。”

雄性（A）和雌性（B）斑彩孔雀蜘蛛（Maratus splendens） Ajay Narendra（雄性蜘蛛）；Jürgen Otto（雌性蜘蛛）

孔雀跳蛛（Maratus splendens）擅长跳跃。然而，蜘蛛的跳跃不是由肌肉或弹簧驱动的。虽然蜘蛛的腿部有屈肌（即弯曲肌），但它们没有伸展腿部和强力跳跃所需的伸肌。相反，它们使用一种不寻常的策略，称为“半液压运动系统”。蜘蛛跳跃前，它会收缩头胸部（蜘蛛融合在一起的头部和胸部）的肌肉，将血淋巴（蜘蛛的血液）推入腿部。血淋巴在腿部形成压力，使腿部迅速伸展。当蜘蛛释放压力时，腿部就会向前猛冲，以巨大的力量将蜘蛛推向空中。

由于雌雄跳蛛体型大小不同，其跳跃动作也有所不同，色彩鲜艳的雄跳蛛体型比色彩素净的雌跳蛛小，雌跳蛛的身体需要积蓄资源以产卵。

研究人员收集了成年雄性和雌性孔雀蜘蛛，并将它们放在实验室中一个水平的起飞平台上，实验室温度保持在 24 °C (75.2 °F)。垂直着陆平台放置在距离起飞平台 4 厘米 (1.6 英寸) 的地方。研究人员记录了每只蜘蛛从起飞平台自动跳到着陆平台的过程。也就是说，它们没有被催促着跳上去，而是自然而然地跳了起来。

雄性和雌性蜘蛛跳跃 4 厘米（1.6 英寸）的延时图像 Ajay Narendra（雄性蜘蛛）；Jürgen Otto（雌性蜘蛛）

麦考瑞大学研究生、研究报告共同作者安娜·西贝尔 (Anna Seibel) 说道：“我们让蜘蛛跳过从起飞平台到着陆平台之间四厘米的间隙，我们使用高速摄像机以每秒 5000 帧的速度拍摄这一过程。”

拍摄完毕后，这些蜘蛛被放回自然栖息地。研究人员随后对镜头进行了手动逐帧分析，追踪不同的身体结构并提取坐标，以便重建跳跃轨迹。他们还可以从镜头中确定不同的腿对跳跃有何贡献。顺便说一句，当你看到一只雄性孔雀蜘蛛时，最引人注目的是它的第三组腿。

“第三对腿比其他腿更长、更黑、更粗，并且长着一簇簇毛发，”论文合著者、研究蜘蛛生物力学的博士生普拉纳夫·乔希 (Pranav Joshi)说道。“雄性蜘蛛在求偶期间会伸展这些腿，并向雌性挥舞。”

在研究了 10 只雄性蜘蛛和 12 只雌性蜘蛛的跳跃动力学后，研究人员发现，第三和第四对腿在两性的跳跃中“起着至关重要的作用”。孔雀蜘蛛抬起前两对腿，并将它们伸展到身体前方。第四对腿紧随其后离开起跳平台，几毫秒后是第三对腿，这是最后离开地面的腿。这些发现表明，第三条腿是雄性和雌性孔雀蜘蛛的“推进腿”。

雄、雌孔雀蜘蛛精准地跳跃

研究人员还发现，在所有已知的跳蛛中，这种蜘蛛的加速度是最快的。雄性蜘蛛较轻，起飞时间明显短于雌性蜘蛛。平均而言，雄性和雌性蜘蛛在起飞时分别承受相当于 13.03 g 和 12.5 g 的重力，这比任何其他已知的跳蛛都要高。顺便说一句，普通人类在失去意识之前可以承受大约 5 g 的重力。穿着抗重力服的训练有素的战斗机飞行员可以承受高达 8 或 9 g 的重力。

“对于像我们这样身体更坚硬的动物来说，承受重力的能力比蜘蛛要有限得多，因为蜘蛛的身体柔软且充满液体，能够更好地应对这种压力，”纳伦德拉说。“它们的体重较轻，减少了作用在它们身上的力量。这也减少了对身体各个部位的压力，因为力分散到了它们的整个身体上。”

研究人员认为他们的发现可以用来协助机器人的开发。

“跳蛛拥有非凡的能力，能够控制跳跃以达到特定目标——无论是降落在地面还是捕捉快速移动的小昆虫，”纳伦德拉说。“机器人研究人员可能会受到启发，基于跳蛛的半液压系统制造机器人，这些机器人具有高效的目标导向运动。”

该研究发表在《实验生物学杂志》上。