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        蜘蛛的智慧

        2021-11-07 21:12:58門秋雷
        大自然探索 2021年9期
        關(guān)鍵詞:能力

        門秋雷

        被誤解的小動物

        因為它們奇怪的外形和可怕的毒牙,也因為它們具有潛在的攻擊性,還因為它們不請自來地待在我們的屋子里,潛伏在我們花園的角落里……當(dāng)我們與它們相遇時,我們的第一反應(yīng)就是殺死它們。它們就是我們所熟知的蜘蛛。

        長期以來,我們一直認(rèn)為,蜘蛛就像大多數(shù)無脊椎動物一樣是一類像機器一樣缺少內(nèi)心世界的小動物。但科學(xué)家發(fā)現(xiàn),一些蛛形綱動物擁有能與哺乳動物和鳥類相媲美的認(rèn)知能力,包括預(yù)見和計劃的能力、復(fù)雜的學(xué)習(xí)能力;對于超出預(yù)計的突發(fā)事件,它們甚至也會表現(xiàn)出吃驚。

        更奇怪的是,蛛絲能夠幫助蜘蛛感知和記憶外部世界。事實上,很容易被我們雞毛撣子掃到的蛛絲對于蜘蛛的認(rèn)知能力是如此的重要,以至于一些科學(xué)家認(rèn)為,蛛絲應(yīng)該被看作蜘蛛思維的一部分。既然我們已經(jīng)開始認(rèn)識到蜘蛛是具有智慧的生物,我們就應(yīng)該改變以往對蜘蛛的看法。蜘蛛是有史以來最普遍、最重要和最被人誤解的動物類群之一。更重要的一點是,這些不可思議的小生物讓我們?nèi)祟愰_始重新審視自身的思維和智力。

        全世界已知的蜘蛛種類有4.8萬多種。圖為已經(jīng)進(jìn)化出良好視力的跳蛛

        蜘蛛有很久遠(yuǎn)的進(jìn)化史。最早的產(chǎn)絲蛛形綱動物的化石可以追溯到大約4億年前的泥盆紀(jì),也就是在昆蟲最早的化石證據(jù)出現(xiàn)后不久。昆蟲是地球上最成功的生物類群,而蜘蛛幾乎和昆蟲一樣成功。

        今天,全世界已知的蜘蛛種類有4.8萬多種。蜘蛛數(shù)量繁多,平均每平方米土地上就生活著大約130只蜘蛛。這可能會讓恐蛛癥患者聽起來很不舒服,但如果沒有這些小家伙兒,我們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)幾乎無法進(jìn)行下去,因為很多昆蟲會把所有糧食作物吃得干干凈凈。

        卓越的蛛絲

        蜘蛛最典型的特征是有8條腿和復(fù)雜的吐絲器。蛛絲是一種由氨基酸鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì),主要由甘氨酸和丙氨酸構(gòu)成。蜘蛛用它們的后足從吐絲器中扯出蛛絲,并通過梳理來增強蛛絲的韌性。有些蜘蛛種類能夠根據(jù)自己的特殊需要而分泌不同化學(xué)成分的蛛絲。可別小看細(xì)細(xì)的蛛絲,它們可是令人類工程師羨慕不已的好東西。如今蛛絲的用途已經(jīng)十分廣泛,包括制作帆板、攀巖和登山所用的繩索,既輕便又結(jié)實。

        許多蜘蛛還會利用蛛絲來進(jìn)行飛行,即所謂的“飛航”

        許多蜘蛛還會利用蛛絲來進(jìn)行飛行,即所謂的“飛航”。在飛行中,蛛絲會被空氣中的靜電力抬起,這時只需要一陣微風(fēng)就能把蜘蛛帶到很遠(yuǎn)的地方。蜘蛛利用長在足上的感覺毛來探測空氣中靜電力的強度變化,從而決定什么時候最適合“揚帆起航”。

        雖然蛛絲的諸多用途能夠幫助我們理解蜘蛛在進(jìn)化上為何如此成功,但是我們也不能忽略另外一個重要因素——蜘蛛的智力。從蜘蛛日常的織網(wǎng)活動中,我們就可以看出蜘蛛是非常聰明的。大約三分之一的蜘蛛物種會織圓形的網(wǎng),就是那些掛在我們房子和花園里的有著漂亮幾何形狀的“昆蟲死亡陷阱”。這些網(wǎng)有著許多秘密,因為每一個網(wǎng)都記錄著建造者在其建造過程中所做的所有決定。

        織網(wǎng)高手

        織網(wǎng)的首要問題是選擇一個合適的地點。為了適應(yīng)自己的體形和獵物,每一種蜘蛛對于蛛網(wǎng)都有自己偏愛的大小和形狀。但它們也會不斷地調(diào)整蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu),以適應(yīng)空間的局限性和周圍的障礙物。這表明:蜘蛛在開始動工以前就已經(jīng)有了某種規(guī)劃,在其大腦中已經(jīng)畫出了“新家的圖紙”。要知道,大多數(shù)種類的蜘蛛幾乎是完全失明的,那么,它們是怎么做到的呢?

        織網(wǎng)高手——圓網(wǎng)蛛。圓網(wǎng)蛛會根據(jù)自身腺體中剩余的蛛絲儲備來改變蛛網(wǎng)的大小和結(jié)構(gòu),以確保自己不會中途耗盡蛛絲

        蜘蛛還能夠根據(jù)獵物的大小來改變網(wǎng)的方位,甚至可以從獵物“僥幸逃脫”事件中汲取教訓(xùn)

        科學(xué)家發(fā)現(xiàn),蜘蛛在建網(wǎng)前會用蛛絲作為鉛垂線來尋找合適的建網(wǎng)點。在此過程中,蜘蛛先在兩個物體間架設(shè)一條橫向的絲線,然后爬到絲線上,在沿途不同的點位順著下垂的絲線爬上爬下。通過這種方式,它們可以計算出自己用了多少絲,花了多少時間,從而計算出這個空間的大小。

        許多哺乳動物和鳥類都對空間具有心理表征的能力,但在無脊椎動物中,還幾乎沒有發(fā)現(xiàn)過這種能力。到目前為止,最好的證據(jù)是在蜜蜂中發(fā)現(xiàn)的。人們認(rèn)為,蜜蜂利用意境地圖來幫助導(dǎo)航(但即使是這個例子,也存在爭議)。科學(xué)實驗初步表明,圓網(wǎng)蛛的認(rèn)知地圖并不很詳細(xì),或者說它們并不太關(guān)注細(xì)節(jié)。例如,認(rèn)知地圖里似乎包含了大的障礙物,但不包含小的障礙物。然而,即使是對其所處環(huán)境進(jìn)行粗略感知的能力,也有助于解釋它們那些需要一定程度的預(yù)見和規(guī)劃才能做出的行為。例如,圓網(wǎng)蛛會根據(jù)自身腺體中剩余的蛛絲儲備來改變蛛網(wǎng)的大小和結(jié)構(gòu),以確保自己不會中途耗盡蛛絲。圓網(wǎng)蛛對天氣也很敏感。在低溫下,它們會簡化織網(wǎng)的程序,比如在螺旋之間留下更大的空隙,以此來避免自己在寒冷中暴露太長時間。

        認(rèn)知的復(fù)雜性在蜘蛛織成網(wǎng)后維持和使用網(wǎng)的過程中也有顯著的表現(xiàn)。蜘蛛會根據(jù)之前捕捉獵物的情況,在最可能捕捉到獵物的區(qū)域調(diào)整絲線的張力。因為網(wǎng)絲的張力增強,就能夠更好地傳遞昆蟲掙扎造成的震動,從而使蜘蛛更快地做出反應(yīng)。蜘蛛還能夠根據(jù)獵物的大小來改變網(wǎng)的方位,甚至可以從獵物“僥幸逃脫”事件中吸取教訓(xùn)。如果獵物觸網(wǎng)后逃走了,蜘蛛就會分泌更黏的絲,以確保以后不會再發(fā)生類似的情況。你可以把蜘蛛網(wǎng)想象成蜘蛛的樂器。蜘蛛會根據(jù)自己的經(jīng)驗給樂器細(xì)心地“調(diào)音”。毫無疑問,蜘蛛比我們曾經(jīng)認(rèn)為的還要聰明得多。

        孔蛛像小貓一樣捕獵,這種捕獵行為也會涉及行動計劃和路線規(guī)劃

        蜘蛛的意識與捕獵技巧

        蜘蛛是一個種類非常豐富的生物類群,不同蜘蛛物種的生活方式截然不同,但聰明是它們的共同點。以孔蛛屬(Portia)的蜘蛛為例,它們最喜歡的獵物是比它們體形大兩倍以上的其他蜘蛛。孔蛛通常在獵物的周圍潛行,伺機捕捉獵物,就像小貓捕獵一樣,它們甚至為此進(jìn)化出了驚人的視力。正如之前研究所揭示的那樣,這種捕獵行為通常還會涉及行動計劃和路線規(guī)劃。

        研究人員做了一個實驗:他們準(zhǔn)備了一個水槽,并在水槽中安置了兩個小塔,把一只孔蛛放到其中一個小塔上??字牒拓堃粯樱幌矚g被弄濕,因此它們需要通過架在水面上的浮橋到達(dá)另一個塔。從自己被放置的位置,孔蛛可以看到兩條浮橋,其中只有一條浮橋通向?qū)γ嫠系墨C物。一旦孔蛛爬下塔,獵物就會脫離它的視線,但孔蛛總能選擇正確的路線。這表明:孔蛛的記憶中有一張地圖。在另一項實驗中,研究人員為孔蛛提供了兩條路線,兩條路線都指向獵物,但其中一條較短。大多數(shù)時候,孔蛛都能選擇最短的路線。實驗表明,孔蛛掌握了規(guī)劃路線的能力。在野外,孔蛛就是利用這種規(guī)劃能力從獵物后面伏擊那些有一定危險性的獵物。

        孔蛛最喜歡的獵物是比它們體形大的獵物

        沙漠隆頭蛛將弓背蟻釘在溫度高達(dá)50℃以上的灼熱沙丘表面,直至其死亡

        研究還發(fā)現(xiàn),當(dāng)出現(xiàn)了意外的情況,孔蛛也會表現(xiàn)得很吃驚——在實驗中,研究人員趁孔蛛看不到獵物的空檔,偷偷換了獵物的種類。當(dāng)孔蛛見到被換過的新獵物時,便會愣在那里,猶豫不前。如果趁孔蛛看不到獵物時,增加或減少了獵物數(shù)量,孔蛛也會愣在那里,而且會在原地待更長時間。這一實驗表明,孔蛛對數(shù)量也是有一定概念的。

        盡管孔蛛屬蜘蛛有著像貓一樣的跟蹤方式和捕獵技巧,但蛛絲對它們的生存仍然是至關(guān)重要的。蛛絲是孔蛛捕獵的“利器”:有時孔蛛會利用蛛網(wǎng)所形成的有利地形,從網(wǎng)上向下俯沖到獵物身上;有時孔蛛會把捕捉到的昆蟲放在網(wǎng)上作為誘餌,來捕捉味道更鮮美的蜘蛛;有時孔蛛還會入侵到其他蜘蛛的網(wǎng)上,撥動蛛絲,讓生活在此的蜘蛛以為有昆蟲觸網(wǎng)。當(dāng)藏身于此的蜘蛛被吸引出來時,入侵者迅速將其殺死。而且,孔蛛似乎能夠通過反復(fù)試驗來學(xué)習(xí)如何正確地?fù)軇又虢z。

        還有一種生活在南部非洲沙漠中的沙漠隆頭蛛,其捕獵技巧之高明也令人咂舌。沙漠隆頭蛛會先在沙丘表面織就一塊薄薄的蛛網(wǎng),再讓蛛網(wǎng)上粘滿沙子,然后這些狡猾的蜘蛛就會鉆到自己制成的沙毯下,靜候獵物的到來。當(dāng)不知情的弓背蟻路過時,蜘蛛便會沖上去,從沙毯下面伸出強健的腿,將弓背蟻釘在溫度高達(dá)50 ℃以上的灼熱沙丘表面,直至其死亡。

        獨居還是群居?

        我們傾向于認(rèn)為蜘蛛是獨居動物,但大約有20種蜘蛛是屬于群居的。這些蜘蛛分布于數(shù)千個群落中,共同承擔(dān)覓食、織網(wǎng)、照顧和保護后代的任務(wù)。這種生活方式主要發(fā)生在熱帶地區(qū)的蜘蛛中,可能是為了應(yīng)對暴雨對蛛網(wǎng)的破壞而進(jìn)化出來的。群居還可以有效地防御螞蟻的襲擊,也能更好地捕捉環(huán)境中的大型獵物。比如一種生活于非洲西南部的蜘蛛——灌叢隆頭蛛,其一個種群的個體數(shù)可以超過2000個。觀察發(fā)現(xiàn),它們的群落中有兩種絲網(wǎng):一種是大而平坦的捕捉網(wǎng),用來捕捉獵物;另一種是小而圓的寓所網(wǎng),蜘蛛待在這種網(wǎng)上休息。當(dāng)蜘蛛覺察到昆蟲落入陷阱而引起蛛絲震動時,一些蜘蛛會從休息的寓所網(wǎng)中沖出來,給捕捉網(wǎng)上的獵物注射毒液。等到毒性發(fā)作,獵物不動了,更多的蜘蛛才爬進(jìn)來,開始啃食獵物,并把獵物拖回寓所網(wǎng)。

        蜘蛛大多數(shù)是獨居的,但也有群居的

        灌叢隆頭蛛群落中有兩種絲網(wǎng):一種是大而平坦的捕捉網(wǎng),另一種是小而圓的寓所網(wǎng)

        通過這些研究結(jié)果,再結(jié)合蜘蛛社會性生活的新證據(jù),科學(xué)家發(fā)現(xiàn):許多蜘蛛物種具有高級認(rèn)知能力。然而,蜘蛛的大腦其實都很小。例如,大多數(shù)圓網(wǎng)蛛的重量在50~80毫克,有些還不到1毫克,而它們的大腦只是這個重量的其中一小部分。

        拓展認(rèn)知能力

        蜘蛛的古老起源,也向我們提出了一些關(guān)于大腦進(jìn)化的深奧哲學(xué)問題。過去,我們總是傾向于在我們的近親身上尋找動物具有智慧的證據(jù)?,F(xiàn)在,把這個思路擴展應(yīng)用到像蜘蛛這樣的動物身上,讓我們對動物的智慧有了新的認(rèn)知??茖W(xué)家認(rèn)為,我們應(yīng)該更加小心謹(jǐn)慎地對待科學(xué)研究,不要受限于被研究問題或被研究的物種。有關(guān)蜘蛛智慧的研究發(fā)現(xiàn),讓我們不得不重新思考對動物“思維”的定義。

        以拓展認(rèn)知的概念為例。拓展認(rèn)知這一概念近年來一直令心理學(xué)家興奮不已。哲學(xué)家們創(chuàng)造了“拓展認(rèn)知”這個術(shù)語來描述人類的工具是如何融入人類的思維。例如,我們把筆記本電腦和智能手機作為可以隨意訪問、調(diào)取的外部存儲源。根據(jù)這種觀點,我們的心智超越了我們的大腦本身,延伸到了所有有助于我們感知、記憶和推理的外部物體上?;诖耍茖W(xué)家提出了一個強有力的論點:蜘蛛對蛛絲的使用,可以被視為一個存在于自然界的延伸認(rèn)知能力的例子,因為蜘蛛的部分記憶和決策被外包到了身體之外。正如工具的使用幫助了人類的成功,蜘蛛可能也已經(jīng)進(jìn)化出了延伸的認(rèn)知能力,以幫助它們在不同的環(huán)境中生存和繁衍。蜘蛛有額外的選擇壓力來幫助它們進(jìn)化出延伸認(rèn)知能力,因為它們有相對較小的大腦和作為全能型捕獵高手所應(yīng)該具備的更高的認(rèn)知需求。

        大多數(shù)研究人員將意識視為一個范圍,其中涵蓋從對周圍環(huán)境的基本心理表征、轉(zhuǎn)移注意力的能力、想象力、高級自我意識和元認(rèn)知(指人對自己的認(rèn)知過程的認(rèn)知),以及對自己的判斷進(jìn)行反思的能力等等??茖W(xué)家之前傾向于認(rèn)為,大多數(shù)無脊椎動物甚至連基本的意識經(jīng)驗都沒有,它們對情況的反應(yīng)都是出于本能的。但是蜘蛛對空間的心理表征以及它們所具有的預(yù)見和計劃的能力,都表明它們具有更復(fù)雜的內(nèi)在經(jīng)驗??字肽軌蛟趯嶋H行動前,思考自己在做什么,這意味著蜘蛛可以幫助我們了解,哪些神經(jīng)結(jié)構(gòu)是意識體驗所必需的,以及這些神經(jīng)結(jié)構(gòu)是如何進(jìn)化的。

        蜘蛛對蛛絲的使用,可以被視為一個存在于自然界的延伸認(rèn)知能力的例子

        蜘蛛也有智慧,讓我們向蜘蛛投去欣賞的目光

        在脊椎動物中,中腦負(fù)責(zé)收集感官信息和身體信號,然后將這些信息整合起來,在大腦中模擬世界和確認(rèn)自己在世界中所處的位置。反過來,根據(jù)需要引導(dǎo)注意力和運動,創(chuàng)造一種“經(jīng)驗意識”,并在此基礎(chǔ)上建立其他類型的意識,如自我反思。這一過程基本上支撐著脊椎動物的所有活動。

        無脊椎動物的腦結(jié)構(gòu)與脊椎動物的不同,但前者也存在一個被稱為“中樞復(fù)合體”的結(jié)構(gòu)來負(fù)責(zé)處理外部信號,并作出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。在蜘蛛腦內(nèi)有一個被稱為“弓形體”的部位,可能也有中樞復(fù)合體的功能。要想弄清蜘蛛腦結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié),科學(xué)家還需深入探索。

        然而,如果有進(jìn)一步的證據(jù)能夠支撐上述觀點,即蜘蛛腦中的區(qū)域能夠創(chuàng)建對世界的內(nèi)在表征,就能夠幫助我們確定動物進(jìn)化出意識的時間段,可能是5億多年前寒武紀(jì)生命大爆發(fā)時。那時候,就已經(jīng)出現(xiàn)了今天我們能夠見到的幾乎所有的動物類群。與此同時,既然我們已經(jīng)知道了蜘蛛也有智慧,下次遇到藏在走廊的八腿小怪物——蜘蛛時,希望我們能夠消除敵意,對它們投去欣賞的目光。也許未來某一天,我們可以在這些蛛網(wǎng)上找到關(guān)于思維起源的線索。

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