Пауки в космосе: создание паутины без гравитации

Эксперимент с пауками, проведенный космическим агентством США НАСА, — урок разочаровывающих неудач и счастливых случайностей, которые иногда приводят к неожиданным результатам исследований. Вопрос был относительно простым: на Земле пауки строят асимметричные сети, центр которых смещен к верхнему краю. Во время отдыха пауки сидят головой вниз, потому что они могут двигаться к только что пойманной добыче быстрее в направлении силы тяжести.

Пауки в космосе: создание паутины без гравитации

Но что делают паукообразные в условиях невесомости? В 2008 году НАСА захотело вдохновить средние школы в США на этот эксперимент. Но хотя вопрос был прост, планирование и выполнение эксперимента в космосе было чрезвычайно сложной задачей. Это привело к ряду неудач.

Два экземпляра пауков разных видов полетели на Международную космическую станцию ​​(МКС) в качестве «паукообразных», один (Metepeira labyrinthea) в качестве свинца, а другой (Larinioides patagiatus) в качестве резерва на случай, если первый не выживет.

Резервному пауку удалось вырваться из камеры хранения в основную камеру. Камеру нельзя было открыть по соображениям безопасности, поэтому лишнего паука нельзя было снова поймать. Два паука плели несколько спутавшуюся паутину, мешая друг другу.

А если и этого было недостаточно, включенные в пищу мухи воспроизводились быстрее, чем ожидалось. Со временем их личинки выползли из емкости для разведения на полу ящика в экспериментальную камеру и через две недели закрыли большие части 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 пауками. Когда в 2011 году снова появилась возможность провести аналогичный эксперимент на борту МКС, исследователь пригласил доктора Самуэля Чокке из Базельского университета для подготовки и анализа новой попытки. На этот раз эксперимент начался с четырьмя пауками одного вида (Trichonephila clavipes): двое прилетели на МКС в разных средах обитания, двое остались на Земле в разных средах обитания и находились и наблюдались в тех же условиях, что и их собратья, путешествующие в космосе — за исключением того, что они подвергались земной гравитации.

Первоначально планировалось использовать четырех самок. Но случился еще один несчастный случай: пауков пришлось отбирать для эксперимента еще молодыми, и определить пол молодых животных крайне сложно. В ходе эксперимента два паука оказались самцами, которые по строению тела и размерам заметно отличаются от взрослых самок этого вида. Но в конце концов случилась удача — один из мужчин оказался на борту космической станции, другой — на Земле.

Паукообразные плели свои сети, разбирали их и пряли новые. Три камеры в каждом случае делали снимки каждые пять минут. Чокке, Кушинг и Стефани Кантримен из компании BioServe Space Technologies Университета Колорадо, которая курировала проектирование и запуск сертифицированных для космических полетов мест обитания, содержащих пауков и личинок плодовых мух, и систему камеры, на Международную космическую станцию, проанализировали симметрию 100 паутинных сетей и ориентация паука в сети с использованием около 14 500 изображений.

Оказалось, что сети, построенные в условиях невесомости, действительно были более симметричными, чем те, что были сплетены на Земле. Их центр был ближе к середине, и пауки не всегда держали голову вниз. Однако исследователи заметили, что имеет значение, строят пауки свои сети при свете лампы или в темноте. Паутины, построенные на МКС при свете лампы, были так же асимметричны, как и паутины земного происхождения.

«Мы не могли предположить, что свет будет играть роль в ориентации пауков в космосе», — говорит Зшокке, который проанализировал эксперимент с пауками и опубликовал результаты со своими коллегами в журнале Science of Nature. «Нам очень повезло, что лампы были прикреплены в верхней части камеры, а не с разных сторон. В противном случае мы не смогли бы обнаружить влияние света на симметрию паутины в условиях невесомости».

Анализ изображений также показал, что пауки находились в произвольной ориентации в своей паутине, когда свет был выключен, но ориентировались в сторону, то есть вниз, когда свет был включен. Кажется, пауки используют свет как дополнительную помощь при ориентации в отсутствие гравитации. Поскольку пауки также строят свои сети в темноте и могут ловить добычу без света, ранее предполагалось, что свет не играет роли в их ориентации.

«То, что у пауков есть резервная система для такой ориентации, кажется удивительным, поскольку в ходе своей эволюции они никогда не подвергались воздействию окружающей среды без гравитации», — говорит Зшокке. С другой стороны, говорит он, у паука может возникнуть путаница, когда он строит свою паутину. Орган, отвечающий за это чувство, регистрирует относительное положение передней части тела по отношению к задней. Во время построения сети два тела