Крошечные пауки-скакуны имеют самый быстрый прыжок среди своих сородичей — новое исследование

Пауки-скакуны — одно из крупнейших семейств пауков — получили свое название благодаря чрезвычайным прыжкам, которые они совершают для охоты на добычу, навигации, а также для избежания хищников.

Самцы пауков-скакунов также прыгают, чтобы убежать от самок-каннибалов и самцов-соперников. Таким образом, они находятся под огромным давлением, чтобы прыгать эффективно и быстро.

Мы изучали прыгучесть миниатюрных самцов и самок австралийских пауков-скакунов. Оказалось, что самцы — невероятно легкие существа, весящие всего 2 миллиграмма — имеют самое высокое ускорение среди всех известных пауков-скакунов.

Наше исследование — первое, которое изучает и выявляет различия в том, как самцы и самки пауков-скакунов совершают свои впечатляющие прыжки. Сейчас оно опубликовано в Journal of Experimental Biology.

Уникальная гидравлика

Прыжки — энергетически «дорогая» стратегия передвижения. Чтобы выполнить ее, животным приходится отталкиваться от поверхности, координируя движение многочисленных частей тела.

Некоторые беспозвоночные, такие как муравьи, прыгают с помощью мышц. Другие, как блохи, используют энергию, накопленную во внутренних структурах, которая быстро высвобождается для совершения прыжка.

Пауки-скакуны отличаются — они используют уникальную полугидравлическую систему. У них нет мышц, которые бы вытягивали ноги и обеспечивали прыжки. Вместо этого они вытягивают ноги, увеличивая давление гемолимфы (жидкости, аналогичной крови у беспозвоночных) в ногах, что запускает прыжок.

Пауки-скакуны хорошо известны благодаря изящным ухаживаниям самцов за самками. Это привлекает внимание как биологов, так и ненаучной аудитории. Эта демонстрация включает в себя вытягивание и размахивание третьей парой ног, а также открывание разноцветных выростов на брюшке, напоминающих лоскуты.

Количественное описание прыжковых движений, известное как кинематика прыжка, было проведено только для четырех из более чем 6 000 видов пауков-скакунов, известных во всем мире. Кроме того, ученые никогда не исследовали различия в динамике прыжков пауков-самцов и пауков-самок.

Поскольку самцы и самки пауков-скакунов чрезвычайно отличаются друг от друга по размеру, это дает уникальную возможность выявить половые различия в кинематике прыжков.

Пауки в студенческом городке

Мы исследовали австралийского паука-скакуна (Maratus splendens), найденного в кампусе Университета Маккуори в Сиднее и на прилегающих территориях.

Самки весили более чем вдвое больше, чем самцы, а самая тяжелая самка была в 6,6 раз тяжелее самого легкого самца. Мы отсканировали образцы самцов и самок с помощью микрокомпьютерной томографии и провели 3D-реконструкцию, чтобы определить центр массы каждого пола.

Затем мы сняли прыжки самцов и самок пауков с помощью высокоскоростной камеры и отследили центр массы животных во время каждого прыжка. На основе этого мы измерили ряд кинематических показателей, включая угол взлета, ускорение и силу тяжести.

Мы обнаружили, что эти легкие самцы пауков-скакунов имеют выразительную хореографию и кинематику прыжков по сравнению с более тяжелыми самками.

Высоко, быстро и круто

Мы обнаружили, что блестящие пауки-скакуны разгоняются до 127,8 м/с² — более чем вдвое быстрее, чем предыдущее самое высокое известное ускорение пауков-скакунов.

Такое быстрое ускорение, возможно, развилось для побега от хищников или для отслеживания и захвата быстро движущейся добычи в их естественной среде обитания.

Хотя более легкие самцы ускорялись быстрее, после контроля массы тела мы обнаружили, что ускорение у самцов было медленнее, чем у самок. Самцы и самки имели ускорения, которые в 13,03 и 12,5 раз превышали силу тяжести, соответственно.

Интересно, что прыжки самцов были под более острым углом, чем у самок, что, вероятно, является адаптацией для быстрого бегства от самок и других самцов.

Оставался вопрос, какая из четырех пар ног обеспечивает этот быстрый прыжок. Чтобы выяснить это, мы отследили многочисленные суставы на всех ногах пауков на протяжении всего прыжка.

Мы обнаружили, что сустав на третьей паре ног имел чрезвычайно острый угол перед прыжком и быстро изменился на что-то вроде прямого угла после достижения максимального ускорения. Наши результаты показывают, что именно третья пара ног побуждает паука-скакуна к его впечатляющим прыжкам.

Аджай Нарендра, доцент кафедры нейроэтологии насекомых, Университет Маккуори