Эксперимент с пауками, проведенный космическим агентством США НАСА, – это урок разочаровывающих неудач и счастливых случайностей, которые иногда приводят к неожиданным результатам исследований. Вопрос был относительно прост: 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.
Но что делают паукообразные в невесомости? В 2008 году НАСА захотело вдохновить средние школы в США на этот эксперимент.
Но даже несмотря на то, что вопрос был прост, планирование и проведение 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.
Запасной паук сбежал
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.
И если этого было недостаточно, мухи, включенные в пищу, воспроизводились быстрее, чем ожидалось. Со временем их личинки выползли из емкости для разведения на пол ящика в экспериментальную камеру, а 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 попросил доктора. Самуэль Чокке из Базельского университета участвовал в подготовке и анализе 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 содержались и наблюдались в тех же условиях, что и их собратья, путешествующие в космосе – за исключением того, что они подвергались земной гравитации.
Женщины были мужчинами
Изначально 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 самок этого вида в зрелом возрасте. Но в конце концов случилась удача – один из мужчин оказался на борту космической станции, другой – на Земле.
Паукообразные плели свои паутины, 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 разработку 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 ткани, созданные 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.
Свет как резервная система
«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 вверху камеры, а не с разных сторон.
В противном случае мы не смогли бы обнаружить влияние света на симметрию тканей в условиях невесомости."
Анализ изображений также показал, что пауки находились в произвольной ориентации в своей паутине, когда свет был выключен, но ориентировались в другую сторону – i.е. вниз – когда свет был включен. Кажется, пауки используют свет как дополнительную помощь при ориентации при отсутствии 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 ориентации, кажется удивительным, поскольку в ходе своей эволюции они никогда не подвергались воздействию окружающей среды без гравитации», – говорит Зшокке.
С другой стороны, по его словам, 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 создания полотна две части тела находятся в постоянном движении, поэтому дополнительная помощь в ориентации, основанная на направлении света, особенно полезна.
Видео: https: // youtu.be / dc6YKpwcfNY