蜘蛛怎樣學成精（蜘蛛如何御電而行）

2023-10-18 16:42:16 1

1832年，達爾文正在「小獵犬號」上擔任博物學家。一日，他在甲板上發現了件怪事——一夜之間，甲板上多了上千隻小紅蜘蛛。

此時，「小獵犬號」距離海岸足足有60英裡，蜘蛛是怎麼過來的呢？

一個自然的想法，便是認為蜘蛛靠著海風，「御風而行」，抵達船上。

蜘蛛翹起腹部，射出蛛絲，然後風拉著蛛絲、拖著蜘蛛，漂洋過海：

但達爾文卻發現了疑點——不論有風無風，或是在極其微弱的海風之下，船上的蜘蛛都能騰空而起；而且，蜘蛛似乎只在微風之時起飛；同時它也不會將蛛絲射出來……

達爾文沒有給出解答，直到最近，布裡斯託大學的兩位科學家，Erica L. Morley 和 Daniel Robert，給出了解答：

御電而行，蜘蛛如何做到？電場又從何而來呢？

其實，大氣層中存在著強烈的電場，地面帶負電，雲層帶正電。這一電場平時有100V/m ，陰雨天氣時甚至能達到 10,000V/m。

我們之所以難以感知，是因為空氣的電容很小，我們自身就可以改變周邊電場的分布，使得我們周邊的電場減弱。參見《費恩曼物理學講義》，電磁學部分

地球上的電荷，以及大氣中的電場

蜘蛛靠近地面，蛛絲就會帶上負電，從而被天空的正電吸引，從而飛向天空。

但蜘蛛身上的電荷足夠嗎？不夠也不要緊，蜘蛛可以爬上樹冠、枝椏，這些尖銳的地方，使得自身所帶的電荷更多。

導體尖端帶電會更多

此時，蜘蛛翹起腹部，分泌蛛絲，就可以靠著地球的電場，御電而行。

理論上看起來沒有毛病，但科學需要實驗驗證。

Erica L. Morley 和 Daniel Robert設計了一個實驗：

實驗容器的電勢分布（左）與場強分布（右）

將蜘蛛放在密閉的容器中，隔絕空氣流動、外部電場，然後，再在裡面施加電場，強度與自然環境下一直。

蜘蛛果然飛了起來！而且，如果調整電場的強度，他們還可以控制蜘蛛的飛行速度！

這是個巧合嗎？還是蜘蛛有意為之呢？

要回答這個問題，首先要回答的，就是「蜘蛛能否感知到電場」？

答案是肯定的，而且方式頗為有趣

蜘蛛用腿毛感知電場

不同的電場強度，會使得蜘蛛的腿毛朝向產生巨大的變化，從而能被蜘蛛感知到。

而且，蜘蛛在起飛之前，會有一個獨一無二的動作：踮腳（tiptoeing）。這個動作，只有起飛之前會觀察到，說明蜘蛛確是有意為之。

電場強度不同，「準備起飛」的蜘蛛數量也大不相同：

如圖中C、D兩幅，就顯示了不同場強下，蜘蛛踮腳次數的差異。很明顯，蜘蛛不光感知到了電場，還能對它作出反應。

故曰：「列子御風而行，泠然善也；蜘蛛御電而行，猶亦善也」

參考文獻

Morley, Erica L., and Daniel Robert. 「Electric Fields Elicit Ballooning in Spiders.」Current Biology28, no. 14 (July 2018): 2324-2330. e2. doi: j.cub.2018.05.057.

ED YONG. 「Spiders Can Fly Hundreds of Miles Using Electricity.」The Atlantic(blog), July 5, 2018.

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