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æ„义
所有已知动物的å¬è§‰éƒ½ä¾èµ–于拥有由细胞组织组æˆå¹¶å—体型é™åˆ¶çš„å¬è§‰å™¨å®˜ã€‚我们表明,圆织蜘蛛的å¬åŠ›åœ¨åŠŸèƒ½ä¸Šè¢«å¤–包给了它的扩展表型,å³è›‹ç™½è´¨è‡ªåˆ¶ç½‘ï¼Œå› æ¤å¤„ç†äº†è¡Œä¸ºå¯æŽ§æ€§ã€‚这一å‘现为动物扩展的认知和å¬è§‰å¼€è¾Ÿäº†æ–°çš„视角——蜘蛛å¬è§‰åŠŸèƒ½çš„å¤–åŒ…å’Œè¶…å¤§åž‹åŒ–ã€‚è¿™é¡¹ç ”ç©¶è¦æ±‚é‡æ–°ç ”究蜘蛛——最å¤è€çš„陆地动物之一——的显ç€è¿›åŒ–生æ€å¦å’Œæ„Ÿè§‰ç”Ÿæ€å¦ã€‚外包å¬åŠ›çš„感官模å¼ä¸ºç ”究扩展和å†ç”Ÿä¼ æ„Ÿæ供了一个独特的模型,并为激å‘新颖的声æµæ£€æµ‹å™¨æ供了新的设计特å¾ã€‚
摘è¦
å¬è§‰æ˜¯è®¸å¤šåŠ¨ç‰©çš„基本感觉,包括所有哺乳动物ã€é¸Ÿç±»ã€ä¸€äº›çˆ¬è¡ŒåŠ¨ç‰©ã€ä¸¤æ –动物ã€é±¼ç±»å’ŒèŠ‚肢动物。这些动物的å¬è§‰å™¨å®˜ç»è¿‡æ•°äº¿å¹´çš„进化,在解剖结构上æžä¸ºå¤šæ ·åŒ–,但都是由细胞组织组æˆï¼Œåœ¨å½¢æ€ä¸Šæ˜¯åŠ¨ç‰©èº«ä½“的一部分。在这里,我们展示了圆形编织蜘蛛Larinioides sclopetariusçš„å¬åŠ›ä¸å—有机体身体的é™åˆ¶ï¼Œè€Œæ˜¯é€šè¿‡å¤–包å¬åŠ›æ‰©å±•åˆ°å…¶æ‰©å±•è¡¨åž‹ï¼Œè›‹ç™½è´¨ï¼Œè‡ªåˆ¶çš„çƒç½‘。我们å‘现纤细的轮状çƒçŠ¶ç½‘充当超急性声å¦å¤©çº¿ï¼Œä»¥æ•èŽ·å£°éŸ³å¼•èµ·çš„空气粒åè¿åŠ¨ï¼Œå…¶æ¯”所有先å‰å·²çŸ¥çš„耳膜的声å¦å“应性更好地接近最大物ç†æ•ˆçŽ‡ã€‚通过感知网线的è¿åŠ¨ï¼Œèœ˜è››è¿œç¨‹æ£€æµ‹å¹¶å®šä½ä¼ 入的空气声波的æ¥æºï¼Œä¾‹å¦‚接近猎物或æ•é£Ÿè€…å‘出的声波。通过将其声å¦ä¼ 感器外包给其网络,蜘蛛摆脱了体型é™åˆ¶ï¼Œå¹¶å…è®¸èœ˜è››å¤§å¤§å¢žåŠ å…¶å¯¹å£°éŸ³æ•æ„Ÿçš„表é¢ç§¯ï¼Œæ¯”蜘蛛本身大 10,000 å€ã€‚蜘蛛还å¯ä»¥æ ¹æ®éœ€è¦çµæ´»åœ°è¿›è¡ŒåŠŸèƒ½è°ƒæ•´å’Œå®šæœŸå†ç”Ÿå…¶å¤–部“耳膜â€ã€‚蜘蛛å¬è§‰åŠŸèƒ½çš„å¤–åŒ…å’Œè¶…å¤§åŒ–ä¸ºç ”ç©¶æ‰©å±•å’Œå†ç”Ÿä¼ 感以åŠè®¾è®¡ç”¨äºŽç²¾ç¡®æµä½“动力å¦æµ‹é‡å’Œæ“作的新型声æµæ£€æµ‹å™¨æ供了独特的功能。
在水陆过渡期间,动物在空ä¸å¬è§‰æ–¹é¢ç»åŽ†äº†å·¨å¤§çš„挑战。为了有效地检测微弱ã€é¥è¿œçš„ç©ºæ°”ä¼ æ’å£°éŸ³ï¼Œé™†ç”Ÿè„Šæ¤ŽåŠ¨ç‰©å’Œä¸€äº›æ— è„Šæ¤ŽåŠ¨ç‰©è¿›åŒ–å‡ºäº†å¯¹å£°éŸ³çš„åŽ‹åŠ›åˆ†é‡éžå¸¸æ•æ„Ÿçš„鼓膜 。或者,一些节肢动物,特别是那些体型很å°çš„节肢动物,已ç»è¿›åŒ–出钟摆状的长纤ä¸æ¥æ£€æµ‹å£°éŸ³çš„速度分é‡ã€‚而ä¸åŒåŠ¨ç‰©çš„å¬è§‰å™¨å®˜åœ¨ç»è¿‡æ•°äº¿å¹´çš„进化åŽï¼Œåœ¨è§£å‰–å¦ä¸Šå´æžä¸ºå¤šæ ·åŒ–,它们都是细胞起æºçš„器官,在形æ€ä¸Šæ˜¯åŠ¨ç‰©èº«ä½“的一部分。
蜘蛛是最å¤è€çš„陆地动物之一,其化石记录å¯ä»¥è¿½æº¯åˆ°æ³¥ç›†çºªæ—¶æœŸï¼ˆå¤§çº¦ 380 Mya)。所有蜘蛛都会生产ä¸ç»¸ï¼Œè¿™æ˜¯ä¸€ç§ç”Ÿç‰©æ料,由于其å“越的æ料特性,其强度é‡é‡æ¯”比钢强,但éžå¸¸çµæ´»ã€‚当编织æˆå®½å¤§çš„æ ¼å时,网å¯ä»¥ç”¨ä½œæ•æ‰é£žå…¥æˆ–走进其ä¸çš„猎物的网。我们之å‰è¡¨æ˜Žï¼Œå•è‚¡çº³ç±³å°ºå¯¸èœ˜è››ä¸å¯ä»¥ä»¥éžå¸¸æŽ¥è¿‘周围空气粒åè¿åŠ¨çš„速度移动,尽管空气的粘度和密度低,但从次声到超声波的物ç†æ•ˆçŽ‡æœ€é«˜ã€‚在这里,我们展示了ä¸çº¤ç»´çš„高å“应空气动力å¦ç‰¹æ€§è¢«ç¼–织并拉伸æˆé€æ˜Žçš„çƒçŠ¶ç½‘,å¯ä»¥ä½œä¸ºå·¨å¤§çš„声å¦â€œå¤©çº¿â€ï¼Œä½¿èœ˜è››èƒ½å¤Ÿæœ‰æ•ˆåœ°æ£€æµ‹æ¥è‡ªè¿œå¤„çš„å¾®å¼±ç©ºæ°”ä¼ æ’声音。这ç§å¤–包的çƒçŠ¶ç½‘络“耳膜â€ä½œä¸ºä¸€ç§è¶…越身体的扩展表型,其è¿ä½œåŽŸç†ä¸Žæ‰€æœ‰å…¶ä»–动物的å°å¾—多的å¬è§‰å™¨å®˜å®Œå…¨ä¸åŒã€‚
结果与讨论我们å‘现,织çƒèœ˜è››å¯ä»¥æ£€æµ‹å¹¶å®šä½è¿œå¤„çš„ç©ºæ°”ä¼ æ’声音(图 1和电影 S1å’ŒS2ï¼‰ã€‚è¿™é¡¹ç ”ç©¶ä¸ä½¿ç”¨çš„蜘蛛是Larinioides sclopetarius,这是一ç§ç†Ÿæ‚‰çš„蜘蛛,与 EB White 在“å¤æ´›ç‰¹çš„网â€ä¸åº†ç¥çš„物ç§æœ‰å…³ã€‚所有蜘蛛都在纽约维斯塔现场收集,并ä¿å˜åœ¨å®žéªŒå®¤æ¡ä»¶ä¸‹ï¼Œå®ƒä»¬åœ¨æœ¨æ¡†æž¶ï¼ˆ30 厘米 × 30 厘米 × 1 厘米)内自å‘地旋转çƒçŠ¶ç½‘。我们在一个宽敞的å°é—消声室内用æ¯ç§’ 60 帧 ( fps ) çš„æ‘„åƒæœºåœ¨ä¸¤ç§ä¸åŒçš„å¬è§‰é…置(SI 附录,图 S1 和表 S1): 1) 从è·èœ˜è››ç½‘ 3.0 m çš„æ£é¢æ‰¬å£°å™¨å‘射到çƒç½‘å¹³é¢çš„法å‘入射声波和 2) ä»Žä¸Žèœ˜è››ç½‘å·¦å³ 45° 放置的扬声器å‘出的倾斜入射定å‘声波方ä½è§’ 0.5 m 外。在进行任何测é‡ä¹‹å‰ï¼Œæˆ‘们确ä¿èœ˜è››ä¸å—干扰并在枢纽区域内自然休æ¯ã€‚æ¯æ¬¡è¯•éªŒåªå¯¹æ¯åªèœ˜è››è¿›è¡Œä¸€æ¬¡å£°å¦åˆºæ¿€ã€‚在å¯åŠ¨åˆºæ¿€éŸ³åŽï¼Œå¯¹æ¯åªèœ˜è››çš„行为进行 5 ç§’çš„è§†é¢‘ç›‘æŽ§ã€‚å®ƒåœ¨å£°åˆºæ¿€å‰ 5 ç§’çš„è¡Œä¸ºä½œä¸ºæ— å£°æŽ§åˆ¶æœŸï¼ˆ0 åˆ†è´ [dB])。在我们的密å°å®¤å†…,没有ä¸å—控制的气æµæˆ–基æ¿æŒ¯åŠ¨ï¼ˆæ–¹æ³•å’ŒSI 附录,图 S2) 打扰蜘蛛;æ¥è‡ªæ‰¬å£°å™¨çš„空ä¸åˆºæ¿€æ˜¯ç½‘络振动的唯一æ¥æºã€‚
图。1。
由远程空ä¸å£°éŸ³åˆºæ¿€çš„çƒç»‡èœ˜è››åšå‡ºçš„适应性行为ååº”ã€‚ç ”ç©¶äº†ç©ºæ°”ä¼ æ’音刺激的两ç§å¬è§‰å¬è§‰æ¡ä»¶ï¼ˆSI 附录,图 S1):1)æ£å¸¸å…¥å°„声音(A - D和电影 S1)由è·ç¦»èœ˜è›› 3.0 m çš„æ‰¬å£°å™¨äº§ç”Ÿï¼Œä¼ æ’æ–¹å‘垂直于çƒç½‘çš„å¹³é¢å’Œ 2) æ¥è‡ªä¸¤ä¸ªç›¸åŒæ‰¬å£°å™¨ä¹‹ä¸€çš„倾斜入射声音(Eå’ŒF和电影 S2),è·ç¦»ä¸º 0.5 m,éšæœºæ”¾ç½®åœ¨æ–¹ä½è§’ 45° 的蜘蛛的左侧和å³ä¾§ã€‚( A ) 蜘蛛å应百分比(四组,n= æ¯ç»„ 12 åªèœ˜è››ï¼‰åˆ° 3 秒æŒç»æ—¶é—´çš„æ£å¸¸äº‹ä»¶å£°è°ƒã€‚( B - D ) 200-Hz 音调的行为å应类别和å应延迟(æ¯ä¸ªå€¼ã€ä¸ä½æ•°ã€å››åˆ†ä½æ•°å’ŒèŒƒå›´ï¼‰ã€‚NA 表示饼图ä¸æ²¡æœ‰è¡Œä¸ºå应。( E ) å“应 ( n = 12 åªèœ˜è››) 对倾斜入射的声调 (200 Hz, 88 dB)。( F ) 在所有转å‘å“应ä¸ï¼Œè½¬å‘声æºéšæœºåˆ†é…æ–¹å‘的百分比。
电影 S1。
(å•ç‹¬çš„文件)。蜘蛛对远处(3 mï¼‰ç©ºæ°”ä¼ æ’声音的行为å应。在 88 dB çš„ 200 Hz æ£å¸¸å…¥å°„ç©ºæ°”ä¼ æ’音调下记录示例行为。在第一部分,蜘蛛将它的å‰è…¿ä¸¾åˆ°ç©ºä¸ã€‚在最åˆçš„å应之åŽï¼Œèœ˜è››ä¼šæ‘‡æ™ƒå®ƒçš„çƒç½‘。第二部分,蜘蛛瞬间转动身体。蜘蛛的å‰è…¿éšåŽä¼¸å‘空ä¸ã€‚第三部分,蜘蛛瞬间将腿伸出身体方å‘。作为一个å¶ç„¶çš„动作,蜘蛛的å‰è…¿ä¼¸å‘空ä¸ã€‚在最åŽä¸€éƒ¨åˆ†ï¼Œèœ˜è››ç”¨è…¿å°†ç½‘线ç¨å¾®æ‹‰å‘它的身体方å‘。
电影 S2。
(å•ç‹¬çš„文件)。蜘蛛æºæœ¬åœ°åŒ–。给出了蜘蛛对斜入射(L/R,方ä½è§’ 45°,è·èœ˜è›› 0.5 m)声波的行为å“应示例。Spider å“应第一个和第二个å音频剪辑将其身体转å‘声æºã€‚之åŽï¼Œèœ˜è››æŠ¬èµ·å‰è…¿ä»¥å“应第三个也是最åŽä¸€ä¸ªå音频剪辑。
蜘蛛对相对较远(3.0 m)的æ£å¸¸å…¥å°„声波的å“应性和æ•æ„Ÿæ€§å¦‚图 1 A - D所示。四ç§ä¸åŒçš„行为å应,以身体姿势的快速适应的形å¼ï¼Œæ˜¯åœ¨å››ç§éŸ³è°ƒé¢‘率(200 Hz å’Œ 1,000 Hz)和声压级(SPL;柔和 68 dB 和强烈 88 dB)组åˆä¸‹çš„声刺激引起的。我们将 48 åªèœ˜è››åˆ†é…到四组(n= æ¯ç»„ 12 åªèœ˜è››ï¼‰ã€‚在给定的 SPL 和频率下,æ¯ä¸ªéŸ³è°ƒåˆºæ¿€çš„æŒç»æ—¶é—´ä¸º 3 秒。在æ¯ç»„测试的 12 个人ä¸ï¼Œ6/12 å’Œ 11/12 分别对 68 dB å’Œ 88 dB çš„ 200-Hz 音调有å应,3/12 å’Œ 9/12 对 68-dB çš„ 1,000-Hz 音调有å应,分别为 88 dB,但在é™éŸ³æŽ§åˆ¶æœŸé—´æ²¡æœ‰å“åº”ã€‚æˆ‘ä»¬ç¡®å®šäº†å‡ ç±»ä¸Ž 200-Hz 音调强度相关的行为。在 88-dB 的高电平下(图 1 B和电影 S1),身体å应包括 1) 蹲下(用腿轻轻拉动网线),2) 伸展或展平身体(将所有八åªè…¿ä»Žå¤´èƒ¸éƒ¨è¿…速å‘外伸展),3) å‰è…¿å±•ç¤ºï¼ˆå°†å‰è…¿æŠ¬é«˜ç©ºæ°”),和 4)转动(çªç„¶æ”¹å˜èº«ä½“çš„æ–¹å‘)。对 88 分è´åˆºæ¿€çš„å应是å¤æ‚多å˜çš„。一些蜘蛛会ä¾æ¬¡å“åº”å‡ ç§è¡Œä¸ºï¼Œæ‰€ä»¥æˆ‘们åªè®°å½•äº†èœ˜è››çš„åˆå§‹å“应æ¥æ ‡è®°è¡Œä¸ºã€‚é‡è¦çš„是,对 68 dB 的低强度刺激的唯一行为å应是蹲下(图 1 C)。çƒç»‡èœ˜è››ä»¥å‰è¢«è¯æ˜Žèƒ½å¤ŸæŽ¢æµ‹åˆ°é™„近(3 到 4 厘米)在空ä¸å—¡å—¡ä½œå“çš„è‹è‡ï¼ˆ15),这是一ç§è¿‘场效应,但在我们目å‰çš„ç ”ç©¶ä¸è¯æ˜Žçš„ 3 ç±³è·ç¦»å¤„ä¸èƒ½ä½œä¸ºè¿œåœºå¬åŠ›çš„è·ç¦»å¬åˆ°ã€‚生物å¦ç›¸å…³ä¿¡æ¯çš„ SPL å–决于到蜘蛛的æºè·ç¦»ã€‚æ ¹æ®å¹³æ–¹å比定律,声æºè·ç¦»æ¯å¢žåŠ 10 å€ï¼Œå£°åŽ‹çº§ä¸‹é™ 20 dB;例如,1 ç±³è·ç¦»å¤„çš„ 88 分è´å£°æºåœ¨ 10 ç±³è·ç¦»å¤„为 68 分è´ã€‚潜在的æ•é£Ÿè€…和猎物,如鸟类ã€é’蛙和蟋蟀,å¯ä»¥åœ¨è¿œå¤„å‘出å“亮的声音。在空气ä¸ä¼ æ’ 10 m åŽï¼Œå£°åŽ‹çº§ç”šè‡³å¯ä»¥å¤§äºŽ 80 dB(SI 附录,表 S2)。鉴于å¬åŠ›é˜ˆå€¼ä½ŽäºŽ 68 dB,圆蛛应该能够在 10 m 以外的è·ç¦»åŠæ—©å‘现æ•é£Ÿè€…和猎物。
我们还观察到蜘蛛å¯ä»¥å‡†ç¡®åœ°å®šä½ç©ºä¸å£°éŸ³çš„æ–¹å‘。当扬声器ä½ç½®åœ¨æ–¹ä½è§’上从æ£å¸¸è½¬å‘倾斜入射(45°,左/å³ï¼‰æ—¶ï¼Œè§‚察到æœå‘æºæ‰¬å£°å™¨çš„主动和快速转å‘è¿åŠ¨ï¼ˆå›¾ 1 Eå’ŒF以åŠç”µå½± S2)。与åŒæ—¶åˆ°è¾¾çƒç½‘å¹³é¢çš„æ£å¸¸å…¥å°„声波ä¸åŒï¼Œå€¾æ–œå…¥å°„声波以çŸæš‚的延迟到达,从而在çƒç½‘ ( 16 ) çš„ä¸åŒä½ç½®äº§ç”Ÿå®šå‘声å¦çº¿ç´¢ï¼Œä¾‹å¦‚时间ã€å¹…度和相ä½å·®ã€‚在进行定å‘å¬åŠ›æµ‹è¯•çš„ 12 个人ä¸ï¼Œå…¨éƒ¨ï¼ˆ12/12;图 1 E) 以 88 dB å“应倾斜入射的 200-Hz 音调,类似于从æ£é¢å¯¹ 88 dB çš„æ£å¸¸å…¥å°„声音的高å“应度(11/12;图 1 B )。然而,更多的蜘蛛(5/12;图 1 Eå’ŒF)通过转å‘刺激扬声器æ¥å“应定å‘倾斜事件的声音,而ä¸æ˜¯å“应æ£å¸¸äº‹ä»¶è€Œè½¬å‘的蜘蛛(1/12;图 1 B )声音。
å‘现L. sclopetarius蜘蛛通过检测和定ä½ç©ºæ°”ä¼ æ’的声音æ¥è¡¨çŽ°å‡ºè¡Œä¸ºå应,然åŽæˆ‘们通过测é‡ç½‘络的机械å“应æ¥ç ”究网络作为声å¦å¤©çº¿çš„物ç†ç‰¹æ€§ï¼Œä»¥ä½¿ç”¨å¯¹èœ˜è››å¬è§‰æœ‰æ˜¾ç€æ„义的声音æ¥å¼•å¯¼å£°å¦åˆºæ¿€ï¼ˆå›¾ 2和电影 S3)。使用多普勒测振仪,我们å•ç‹¬æµ‹é‡äº†ç½‘络和在网络ä¸å¿ƒä¼‘æ¯çš„活蜘蛛的声音引起的平é¢å¤–网络è¿åŠ¨ã€‚将网与 3.0 m 外的扬声器分开并对é½ï¼Œä»¥ä½¿å£°éŸ³ä¼ æ’çš„æ–¹å‘垂直于çƒç½‘çš„å¹³é¢ï¼Œä»Žè€Œäº§ç”Ÿæ³•å‘入射平é¢å£°æ³¢ï¼ˆSI 附录,图 S1 Eå’ŒF )。我们广æ’从 100 Hz 到 10,000 Hz çš„æ£å¼¦æµ‹è¯•éŸ³ã€‚声波的空气粒å速度分é‡u ( t ) æ˜¯é€šè¿‡ä½¿ç”¨æ ¡å‡†çš„åŽ‹æ•éº¦å…‹é£Žé 近但ä¸æŽ¥è§¦ç½‘的压力p ( t )的测é‡å€¼è®¡ç®—得出的,其ä¸u ( t ) = p ( t )/ Ï 0 c, Ï 0是空气的密度, c是空气ä¸çš„声速。图 2 A显示了测é‡çš„çƒç½‘对 200-Hz 声å¦ä¿¡å·çš„å“应示例,其ä¸çƒç½‘ä»¥å‡ ä¹Žå®Œå…¨ä¿çœŸåº¦å’Œæœ€å¤§ç‰©ç†æ•ˆçŽ‡ï¼ˆå³V web/ V air ∼1)跟éšç©ºæ°”ç²’åè¿åŠ¨ï¼Œä¼˜äºŽå£°å¦æ‰€æœ‰å·²çŸ¥é¼“膜的å“应度。类似地,在其他测é‡é¢‘率下,çƒç½‘å¯¹ç©ºæ°”ä¼ æ’的声å¦ä¿¡å·åšå‡ºæœ‰æ•ˆå“应,其带宽包括潜在的猎物和æ•é£Ÿè€…(如昆虫和鸟类)产生的声音(图 2 Cå’ŒE,SI 附录,图 S3 å’Œ S4,和音频 S1)。蜘蛛体和网之间的速度差异(图 2 Då’ŒE)表明,当å—åˆ°ç©ºæ°”ä¼ æ’的声音刺激时,蜘蛛腿上会主动产生机械应å˜ã€‚在蜘蛛ä¸ï¼ŒæŒ¯åŠ¨ä¿¡å·ï¼Œä¾‹å¦‚微弱的声å¦åˆºæ¿€ï¼Œå¯èƒ½æ˜¯ç”±ä½äºŽèœ˜è››è…¿ä¸Šçš„应å˜æ•æ„Ÿçš„ç´å½¢å™¨å®˜æ£€æµ‹åˆ°çš„。
图 2。
蜘蛛çƒç½‘是一ç§å·¨å¤§çš„ã€å¯é‡æž„çš„ã€å¯å†ç”Ÿçš„和高度æ•æ„Ÿçš„声å¦å¤©çº¿ã€‚(A - E)Orb web 对è·ç¦»èœ˜è›› 3.0 m 的扬声器产生的远程æ£å¸¸å…¥å°„声音的å“应。( A ) ç”± 200-Hz 稳æ€å£°åœºå¼•èµ·çš„完整çƒç½‘çš„å¹³é¢å¤–è¿åŠ¨ï¼ˆç”µå½± S3)。彩色çƒå›¾è¡¨ç¤ºç½‘线速度V与空气粒å速度V air的幅度比(例如,90% 表示V / V air = 0.9~1.0)。( Bå’ŒC ) 机载声å¦ä¿¡å·çš„时域轨迹和频谱图 (图34 – 36 ) 由压力麦克风 ( B ) 测é‡ï¼Œç”±æ¿€å…‰æŒ¯åŠ¨è®¡ ( C ) 在轮毂幅æä½ç½®æµ‹é‡çš„ä¿¡å·å¼•èµ·çš„å¹…æè¿åŠ¨ï¼Œå¦‚A所示。测é‡çš„网络è¿åŠ¨çš„音频剪辑作为音频 S1æ供。声å¦ä¿¡å·çš„频率范围很广(100 Hz 到 10,000 Hz),包括膜翅目昆虫的翅膀节æ‹ã€èŸ‹èŸ€é¸£å«å’Œé¸Ÿé¸£ã€‚( D ) 包å«ç”± 200-Hz 声场诱å‘的活蜘蛛的网的平é¢å¤–è¿åŠ¨çš„çƒå›¾æ述(电影 S3)。D的颜色编ç 与A相åŒã€‚( E) 蜘蛛çƒç½‘ ( n = 12) å¯¹ç©ºæ°”ä¼ æ’声音的统计频率å“应。å•ç‹¬æµ‹é‡ï¼ˆ12 个)包å«èœ˜è››ä½“上的一个ä½ç½®ï¼ŒçƒçŠ¶ç½‘框架底座上的一个ä½ç½®ï¼Œä»¥åŠå¾„å‘è·ç¦»ä¸º 5 厘米的çƒçŠ¶ç½‘的径å‘螺纹上的四个ä½ç½®ï¼ˆä¸Šã€ä¸‹ã€å·¦å’Œå³ï¼‰è¿œç¦»å®ƒçš„枢纽,没有蜘蛛在枢纽网ä¸ä¼‘æ¯ã€‚误差线显示一个 SD。
电影 S3。
(å•ç‹¬çš„文件)。æ£å¸¸å…¥å°„ (3 m) ç©ºæ°”ä¼ æ’声引起的蜘蛛åŠå…¶çƒç½‘çš„å¹³é¢å¤–è¿åŠ¨ã€‚在第一部分ä¸ï¼Œæ˜¾ç¤ºäº†èœ˜è››æ²¡æœ‰åœç•™åœ¨è½®æ¯‚ä¸çš„完整çƒçŠ¶ç½‘çš„è¿åŠ¨ã€‚在第二部分ä¸ï¼Œæ˜¾ç¤ºäº†èœ˜è››åŠå…¶å¤–å›´çƒç½‘çš„è¿åŠ¨ã€‚彩色çƒå›¾è¡¨ç¤ºä¸çº¿ï¼ˆæˆ–蜘蛛体)速度 V 与空气粒å速度 V air的幅度比。çƒç½‘çš„å¹³é¢å€¾æ–œ 20°,以显示平é¢å¤–è¿åŠ¨ã€‚
音频 S1。
æ¤åª’体目å‰å·²ç¦ç”¨æµå¼ä¼ 输,但å¯ä»¥ä¸‹è½½ã€‚
(å•ç‹¬çš„文件)。由远处(3 m)æ£å¸¸å…¥å°„çš„ç©ºæ°”ä¼ æ’声音引起的测é‡çš„çƒç½‘è¿åŠ¨ã€‚Orb-web è¿åŠ¨ä¿¡å·é€šè¿‡æ¿€å…‰å¤šæ™®å‹’测振仪在ä¸å¿ƒåŒºåŸŸè¿›è¡Œæµ‹é‡ã€‚机载信å·åŒ…å«å®½å¸¦å£°å¦ä¿¡æ¯ï¼ŒåŒ…括昆虫的翅膀æ‹åŠ¨ã€èŸ‹èŸ€å«å£°å’Œé¸Ÿé¸£ã€‚
需è¦æ³¨æ„的是,一些蜘蛛物ç§å’Œæ˜†è™«å¯ä»¥é€šè¿‡é’Ÿæ‘†çŠ¶ã€é•¿è€Œçº¤ç»†çš„表皮毛感å—器检测空气粒åçš„é€Ÿåº¦ã€‚ä¼—æ‰€å‘¨çŸ¥ï¼Œå½“æŒ¯åŠ¨åˆºæ¿€ç›´æŽ¥æ–½åŠ ï¼ˆè§¦æ‘¸ï¼‰åˆ°ç½‘ä¸ï¼ˆ12ã€13ã€22)时,蜘蛛å¯ä»¥æ„ŸçŸ¥ç½‘çš„è¿åŠ¨ã€‚确定圆织蜘蛛L. sclopetarius在检测高度å—é™çš„声音引起的网络è¿åŠ¨æˆ–é€šè¿‡ä¸€äº›æœªçŸ¥çš„æœºæ¢°ä¼ æ„Ÿå™¨ç›´æŽ¥æ£€æµ‹ç©ºæ°”çš„ä¸€äº›æ³¢åŠ¨å£°å¦é‡ï¼ˆä¾‹å¦‚压力或速度)时,我们åªåˆºæ¿€äº†ç½‘络的å°ç„¦ç‚¹åŒºåŸŸï¼ŒåŒæ—¶ç¡®ä¿ä»»ä½•ç©ºæ°”ä¼ æ’的声å¦ä¿¡å·éƒ½ä¼šæŒ¯å¹…如æ¤ä¹‹ä½Žï¼Œä»¥è‡³äºŽæ –æ¯åœ¨è››ç½‘ä¸å¿ƒçš„èœ˜â€‹â€‹è››æ— æ³•å¯Ÿè§‰ï¼Œè¿œç¦»è¿™æ ·çš„ç„¦ç‚¹å£°åˆºæ¿€ã€‚
为æ¤ï¼Œæˆ‘们使用微型扬声器(尺寸为 15 mm × 11 mm × 3 mm)作为焦点声æºï¼ˆå›¾ 3A )。扬声器的ä½ç½®è·ç¦»èœ˜è››çš„径å‘è·ç¦»ä¸º 50 毫米,蜘蛛ä½äºŽç½‘络的轮毂ä¸ã€‚通过将å°åž‹æ‰¬å£°å™¨å°½å¯èƒ½é 近网络而ä¸å®žé™…æŽ¥è§¦å®ƒï¼Œæˆ‘ä»¬åˆ›é€ äº†ä¸€ç§å±€éƒ¨çš„“近场â€å£°éŸ³ï¼Œå¯¼è‡´æ¥è‡ªè¿·ä½ 扬声器的空气粒å速度å‘生振è¡ï¼Œä½†éšç€å®ƒåœ¨ç©ºæ°”ä¸ä¼ æ’çš„è·ç¦»ä¼šè¿…速衰å‡ï¼ˆå›¾. 3 Bå’ŒC)。我们å‘çŽ°ï¼Œå¾®åž‹æ‰¬å£°å™¨äº§ç”Ÿçš„è¿‘åœºç©ºæ°”ä¼ æ’刺激éšç€è·ç¦»çš„å¢žåŠ è€Œè¿…é€Ÿè¡°å‡ï¼Œå¹¶åœ¨ä¼ æ’åˆ°è¿œå¤„æ –æ¯çš„蜘蛛åŽè¿œä½ŽäºŽèœ˜è››çš„检测阈值(<50 dB;图 3 Bå’ŒC以åŠSI 附录,图 3)。 S5 )。然而,由微型扬声器产生的空ä¸å£°éŸ³å¼•èµ·çš„å¹³é¢å¤–网络è¿åŠ¨è¡°å‡è¾ƒå°‘ï¼Œå› æ¤æŒ¯åŠ¨ä¿¡å·è¢«ä¼ 递给蜘蛛。结果表明,蜘蛛在æžä½Žå¼ºåº¦æ°´å¹³ä¸‹æ„ŸçŸ¥åˆ°å¾®å°çš„局部网络振动(图 3 Då’ŒE)。在 12 个人ä¸ï¼Œæœ‰ 4 人对 3 秒æŒç»æ—¶é—´çš„ 200 赫兹网络振动音作出å“应,ç‰æ•ˆ SPL ≤ 68 分è´ï¼ˆV RMS ≤ 0.12 毫米/秒)。蜘蛛通过蹲ä¼å¯¹è¿™äº›å¾®å°çš„网状振动åšå‡ºå应,就åƒå®ƒä»¬å¯¹ 3 m 外扬声器å‘出的 68 dB 空气刺激åšå‡ºååº”ä¸€æ ·ï¼ˆå›¾ 1 Cå’ŒDï¼‰ã€‚èœ˜è››å¯¹ç”±ç„¦ç‚¹ç©ºæ°”ä¼ æ’的声音引起的微å°ç½‘络振动的行为å应è¯å®žäº†å®ƒä»¬ä»…通过检测网络è¿åŠ¨æ¥æ„ŸçŸ¥ç©ºæ°”ä¼ æ’声å¦ä¿¡å·çš„能力。在早期的工作ä¸ï¼ŒUetz ç‰äººã€‚å‡è®¾å¹¶æµ‹è¯•äº†é™„近(最多 20 厘米)的声刺激å¯èƒ½æ˜¯é’ˆå¯¹æ•é£Ÿè€…的预è¦é€šé“(23)。阈值低于 68 dB 的网络å¬åŠ›åº”该å…许蜘蛛在 10 m 以上的è·ç¦»åŠæ—©å‘现和定ä½æ•é£Ÿè€…和猎物(SI 附录, 表 S2 )。
图 3。
èœ˜è››å¯¹ç„¦ç‚¹ç©ºæ°”ä¼ æ’声音刺激的çƒç½‘è¿åŠ¨çš„行为å应。(一)设置示æ„图。高度本地化的近场声音是由一个微型扬声器产生的,该扬声器放置在é è¿‘çƒç½‘但ä¸æŽ¥è§¦çƒç½‘çš„ä½ç½®ï¼Œè·ç¦»ä½äºŽå…¶è½®æ¯‚网ä¸çš„蜘蛛径å‘è·ç¦» 50 毫米。(Bå’ŒC )在Aä¸æ´‹çº¢è‰²çŸ©å½¢åŒºåŸŸæ ‡è®°çš„çƒç½‘å¹³é¢ä¸æµ‹é‡çš„ 200 Hz ç„¦ç‚¹ç©ºæ°”ä¼ æ’声场。近场声音以速度为主,其ä¸Bä¸çš„ SPL 与Cä¸çš„ SVL ç›¸æ¯”å‡ ä¹Žå¯ä»¥å¿½ç•¥ä¸è®¡ã€‚Minispeaker 空ä¸å£°å¦ä¿¡å·è¡°å‡è¿…é€Ÿï¼Œè¿œä½ŽäºŽèœ˜è››çš„æ£€æµ‹é˜ˆå€¼ï¼ˆæ–¹æ³•ï¼‰ä¼ æ’到蜘蛛所在的ä½ç½®ï¼ˆ< 50 dB)åŽï¼Œè€Œè¯±å¯¼çš„å¹³é¢å¤–网络è¿åŠ¨ï¼ˆC)衰å‡è¾ƒå°‘(≤ 68 dB)。(Då’ŒE)对焦点音(200 Hz,ç‰æ•ˆ SPL ≤ 68 dB,3 秒æŒç»æ—¶é—´ï¼‰çš„行为å应类别和å应潜ä¼æœŸï¼ˆæ¯ä¸ªå€¼ã€ä¸å€¼ã€å››åˆ†ä½æ•°å’ŒèŒƒå›´ï¼‰ã€‚
将声å¦ä¼ 感器外包给它的网络为蜘蛛æä¾›äº†æ ¹æ®éœ€è¦è‡ªé€‚应地调整å¬åŠ›çš„çµæ´»æ€§ã€‚当一个çƒçŠ¶ç½‘被撕裂或严é‡æŸåç ´å其径å‘对称性时,一个çƒçŠ¶ç¼–织者å¯ä»¥é€šè¿‡åœ¨ 1 å°æ—¶å†…编织一个新的çƒçŠ¶ç½‘天线æ¥æ¢å¤å…¶å¬åŠ›ã€‚é€šè¿‡åœ¨ç½‘ç»‡é€ è¿‡ç¨‹ä¸è°ƒæ•´ç½‘çš„å‡ ä½•å½¢çŠ¶å’Œé¢„å¼ åŠ›ï¼Œå¯ä»¥è°ƒæ•´ç½‘线的机械å“应度的水平和调整(SI 附录,图 S6)。例如,å¯å˜å¼ 力的çƒçŠ¶ç½‘å¯ä»¥æœ‰æ•ˆåœ°æ»¤é™¤è‡ªç„¶çŽ¯å¢ƒä¸ä¸å¯é¿å…çš„ä¸Žç”Ÿç‰©æ— å…³çš„ä½Žé¢‘å™ªå£°ï¼Œä¾‹å¦‚é£Žæ‰°åŠ¨ï¼Œä¸Žç”Ÿç‰©ç›¸å…³çš„å£°ä¿¡å·ç›¸æ¯”,它具有巨大的速度和压力幅度。原则上,多足蜘蛛å¯ä»¥é€šè¿‡è¡Œä¸ºæ“纵其扩展的虚拟耳膜æ¥è‡ªé€‚应地实时调整其å¬åŠ›ã€‚它的八æ¡è…¿ä¸çš„æ¯ä¸€æ¡éƒ½å…·æœ‰æ•æ„Ÿçš„振动感å—器,å¯ä»¥ä»Žç½‘络ä¸å¿ƒå‘å„个方å‘延伸,代表轮形网络ä¸è¿žæŽ¥è‰¯å¥½çš„节点,由较å°çš„局部节点组æˆï¼Œç”¨äºŽä¸Žç½‘络动力å¦æŽ¥å£ã€‚一方é¢ï¼Œå…«æ¡è…¿æ˜¯ä¼ æ„Ÿçš„é‡‡æ ·ç‚¹ï¼Œå¦ä¸€æ–¹é¢ï¼Œ çƒçŠ¶ç½‘的大å°å’Œå½¢çŠ¶å¯ä»¥å˜åŒ–,以满足蜘蛛的感觉和进食生æ€çš„需è¦ï¼Œå¹¶åœ¨è¿™ä¸ªä»¤äººæƒŠè®¶çš„生物声å¦æŽ§åˆ¶ç³»ç»Ÿä¸å±•ç¤ºå‡ºéžå‡¡çš„çµæ´»æ€§ã€‚
生物å¦å®¶å’Œæ料科å¦å®¶ä»åœ¨å‘现蜘蛛ä¸çš„新特性,这些特性å¯ä»¥é‡æ–°ç”¨ä½œç”Ÿç‰©æ料并用于实际的人类应用。在这里,我们展示了由纳米级蛋白质纤维制æˆçš„蜘蛛网如何用作超大规模声å¦æ°”æµä¼ 感器,与由细胞组织组æˆçš„所有å¬è§‰å™¨å®˜å½¢æˆé²œæ˜Žå¯¹æ¯”,并且必然å—到身体é™åˆ¶ã€‚利用扩展的表型,感觉表é¢ç§¯è¢«å¹¿æ³›æ”¾å¤§ï¼Œæ¯”蜘蛛本身大 10,000 å€ï¼Œå°±åƒå°„电望远镜感知æ¥è‡ªå®‡å®™æºçš„电ç£ä¿¡å·ä¸€æ ·ã€‚çƒç½‘的声å¦åŠŸèƒ½ç±»ä¼¼äºŽå…¶ä»–动物的耳膜,但它感知的是空气粒å的速度,而ä¸æ˜¯å…¶é›†ä½“压力。蜘蛛网是生物建ç‘的奇迹,大大扩展了蜘蛛感知和æ•èŽ·æ¯”蜘蛛本身更大的猎物的能力。蜘蛛还å¯ä»¥é€šè¿‡æ“纵çƒç½‘çµæ´»åœ°è°ƒæ•´å’Œå†ç”Ÿå¬åŠ›ã€‚所æè¿°çš„å¬è§‰æ„Ÿå®˜æ¨¡å¼å¯ä»¥ä¸ºç ”究扩展和å†ç”Ÿæ„ŸçŸ¥æ供独特的功能,其ä¸çƒç½‘作为蜘蛛认知系统的一个组æˆéƒ¨åˆ†ã€‚这里æè¿°çš„å¬åŠ›æœºåˆ¶ä¹Ÿé¢„示ç€çº³ç±³çº§ç”Ÿç‰©ä¼ 感器领域的新一代声å¦æµä½“æµé‡æ£€æµ‹å™¨ï¼Œç”¨äºŽéœ€è¦ç²¾ç¡®æµä½“动力å¦æµ‹é‡å’Œæ“作的应用。
方法蜘蛛和它们的çƒç½‘。
编织çƒä½“çš„L. sclopetarius蜘蛛是从纽约 Vestal çš„è‡ªç„¶æ –æ¯åœ°æ”¶é›†çš„,并ä¿å˜åœ¨å®žéªŒå®¤æ¡ä»¶ä¸‹ï¼ˆçº¦ 22 °C 温度,12 å°æ—¶/12 å°æ—¶çš„明暗循环),在那里它们自å‘地在内部旋转çƒç½‘木框架(30 厘米 × 30 厘米 × 1 厘米),装在é€æ˜Žå¤–壳ä¸ï¼Œè£…有果è‡ï¼ˆæžœè‡ï¼‰ã€‚在编织çƒç½‘åŽï¼Œèœ˜è››å°†è‡ªå·±å®šä½åœ¨çƒç½‘çš„ä¸å¿ƒåŒºåŸŸå†…,就åƒåœ¨è‡ªç„¶ç•Œä¸ä¸€æ ·ã€‚始终打开红色暗ç¯ï¼Œä»¥å®žçŽ°åœ¨æ‰€æœ‰æ˜Žæš—循环期间设置实验的基本å¯è§†åŒ–。所有实验都使用雌性蜘蛛。蜘蛛的体长和体é‡èŒƒå›´åˆ†åˆ«ä¸º 5 至 8 mm å’Œ 0.7 至 1.9 mN。
实验装置。
三ç§æ‰¬å£°å™¨é…置用于在çƒç½‘周围产生ä¸åŒçš„ç©ºæ°”ä¼ æ’声波:1)由低音炮(Coustic HT612)和高音扬声器产生沿垂直于网平é¢çš„æ–¹å‘ä¼ æ’的远程法å‘入射声波(ESS Heil AMT1)将分频器设置为 2 kHz,放置在è·ç¦»çƒç½‘å¹³é¢ 3.0 m 处(SI 附录,图 S1 A),2)倾斜入射声音由两个相åŒçš„扬声器(NSM åž‹å· 5)产生放置在 0.50 m 外和 45° æ–¹ä½è§’上的蜘蛛的左侧和å³ä¾§ï¼ˆSI 附录,图 S1 B), å’Œ 3) 焦点声音由微型扬声器 (CUI CMS-15118D-L100, 尺寸 15 mm × 11 mm × 3 mm) 产生,é 近网络放置而ä¸æŽ¥è§¦ï¼ˆè·çƒç½‘络平é¢çº¦ 2 毫米è·ç¦»ï¼‰ ) å’Œ 50 mm 的径å‘è·ç¦»ï¼Œè·ä½äºŽå…¶è½®æ¯‚网ä¸çš„星形轮 (图 3 A )。
çƒç½‘周围的声压p ( t ) ç”±æ ¡å‡†çš„éº¦å…‹é£Ž (B&K, 4138) 测é‡ï¼Œè¯¥éº¦å…‹é£Žé è¿‘çƒç½‘放置而ä¸æŽ¥è§¦ã€‚çƒç½‘çš„å¹³é¢å¤–è¿åŠ¨ç”±æ¿€å…‰å¤šæ™®å‹’测振仪(Polytec,OFV-534)测é‡ã€‚为了测é‡ä¸åŒçš„ä½ç½®ï¼Œæ¿€å…‰å¤šæ™®å‹’测振仪安装在由è¿åŠ¨æŽ§åˆ¶å™¨ï¼ˆNewport åž‹å· ESP 301)控制的精确二维线性平å°ï¼ˆNewport,ILS250PP)上。测振仪内的内置摄åƒå¤´ä½¿çƒç½‘上的测é‡ä½ç½®å¯è§†åŒ–ã€‚ä½¿ç”¨ä¸‰è½´åŠ é€Ÿåº¦è®¡ï¼ˆPCB,356A11)测é‡åŸºç¡€æŒ¯åŠ¨ã€‚æ•°æ®é‡‡é›†â€‹â€‹ç³»ç»Ÿï¼ˆNI PXI-1033)用于采集数æ®ã€‚使用摄åƒæœºä»¥ 60 fps 记录蜘蛛的行为å应。
测试蜘蛛对空气声的行为å应。
在三ç§å£°å¦æ¡ä»¶ä¸‹è®°å½•äº†èœ˜è››å¯¹ç©ºæ°”ã€éŸ³è°ƒåˆºæ¿€çš„行为å应:1)æ£å¸¸å…¥å°„声波(n = 48 åªèœ˜è››ï¼‰ï¼Œ2)倾斜入射定å‘声波(n = 12 åªèœ˜è››ï¼‰ï¼Œ3)å°, èšç„¦çš„å£°æŸ ( n= 12 åªèœ˜è››ï¼‰ã€‚对于æ£å¸¸äº‹ä»¶å’Œèšç„¦å£°éŸ³å®žéªŒï¼Œæˆ‘们使用了一个æŒç»æ—¶é—´ä¸º 3 秒的声音刺激的å•ä¸€å‘ˆçŽ°ã€‚对于倾斜入射定å‘声音实验,我们使用了四次连ç»æ¼”示éžå¸¸çŸçš„声音刺激。å•ä¸ªèœ˜è››éšæœºå—到定å‘刺激模å¼ä¸çš„一ç§ï¼ŒL+R+L+R 或 R+L+R+Lï¼Œå…¶ä¸ L 或 R 表示æ¥è‡ªå·¦ä¾§æˆ–å³ä¾§æ–¹å‘的刺激,时间为 0.3-sæŒç»æ—¶é—´ï¼Œ+ 符å·è¡¨ç¤ºç›¸é‚»åˆºæ¿€ä¹‹é—´çš„æ— å£°é—´éš™ï¼Œåˆ†åˆ«ä¸º 0.2 sã€1 s å’Œ 0.2 s。SI 附录表 S3ä¸æ供了蜘蛛对连ç»å€¾æ–œå…¥å°„声音刺激的行为å应。SI 附录ä¸åˆ—出了详细的实验é…ç½®, 表 S1. 在所有三ç§è¡Œä¸ºå®žéªŒä¸ï¼Œæ¯åªèœ˜è››æ¯æ¬¡è¯•éªŒåªæŽ¥å—一次声å¦åˆºæ¿€ã€‚在进行任何测é‡ä¹‹å‰ï¼Œæˆ‘们确ä¿èœ˜è››ä¸å—干扰并在它们的çƒç½‘ä¸å¿ƒä¼‘æ¯ã€‚为了ä¿è¯è¿™ä¸€ç‚¹ï¼Œåœ¨å°†èœ˜è››è½»è½»æ”¾å…¥æµ‹è¯•åŒºåŸŸåŽï¼Œå°†èœ˜è››å•ç‹¬ç•™åœ¨æ¶ˆå£°å®¤ä¸ 0.5 å°æ—¶ï¼Œç„¶åŽæ’放音调刺激。在 88 分è´çš„刺激下,我们注æ„到蜘蛛的身体姿势有时会导致éžå¸¸è½»å¾®çš„æ—‹è½¬ï¼Œå› æ¤æˆ‘们仅在蜘蛛的转角明确大于 10° æ—¶æ‰å°†è¿™ç§è¡Œä¸ºæ ‡è®°ä¸ºè½¬èº«ã€‚从刺激开始时记录的视频帧数计算å•ä¸ªèœ˜è››çš„å“应延迟。对于所有对倾斜入射声音的åˆå§‹è½¬åŠ¨å应,图1 F。
法å‘入射声场的表å¾ã€‚
通过将扬声器放置在远离我们的消声室ä¸çš„蜘蛛网(3.0 m)的ä½ç½®ï¼ˆSI 附录,图 S1 A),我们近似地创建了一个æ£å¸¸å…¥å°„çš„å¹³é¢å£°åœºã€‚å£°æ³¢çš„ä¼ æ’æ–¹å‘大致垂直于çƒç½‘çš„å¹³é¢ã€‚SI 附录,图 S1 E显示了在 240 mm × 240 mm 的区域内以 200 Hz 的频率在蜘蛛网周围测é‡çš„ SPL 的示例,扫æé—´éš™è·ç¦»ä¸º 10 mm,其 SPL å˜åŒ–在 1 以内相当å‡åŒ€åˆ†è´åœ¨ä¸åŒçš„ä½ç½®ã€‚所有测é‡ä½ç½®çš„宽带 SPL 显示在SI 附录ä¸ï¼Œå›¾ S1 F,æ¯ä¸ªæµ‹é‡é¢‘率的å˜åŒ–在 2 dB 以内。考虑到声压级的å˜åŒ–很å°ï¼Œèœ˜è››ç½‘周围的声场å¯ä»¥è¿‘似地看作是一个平é¢æ³¢ã€‚对于平é¢å£°æ³¢ï¼Œçƒç½‘附近的空气粒å速度u ( t ) å¯ä»¥é€šè¿‡æµ‹é‡å£°åŽ‹p ( t ) æ ¹æ®u ( t ) = p ( t )/ Ï 0 cæ¥ç¡®å®šï¼Œå…¶ä¸Ï 0是空气的密度,c是空气ä¸çš„声速。SPL 的计算公å¼ä¸º SPL = 20log 10 ( P RMS/ P ref ),其ä¸P RMS是测é‡å£°åŽ‹p ( t ) çš„å‡æ–¹æ ¹ï¼ŒP ref = 20 μPa 是å‚考压力。
Orb Web 的空ä¸å£°å¦å“应度的测é‡ã€‚
我们在良好控制的æ£å¸¸å…¥å°„å¹³é¢æ³¢å£°åœºä¸‹è¡¨å¾äº†çƒçŠ¶ç½‘的空气声å“应性(SI 附录,图 S1 A)。为了精确表å¾é¢‘率å“应,我们使用了从 100 Hz 到 10,000 Hz çš„å„ç§é¢‘率的çŸå‘¨æœŸçº¯éŸ³ã€‚然åŽåœ¨æ¯ä¸ªé¢‘率下对测é‡æ•°æ®è¿›è¡Œå¤„ç†ï¼Œå¹¶ä½¿ç”¨æœ€å°äºŒä¹˜æ•°æ®æ‹Ÿåˆæ¥ä¼°è®¡æ¥è‡ªéº¦å…‹é£Žçš„测é‡çš„ç©ºæ°”ä¼ æ’声波的幅度和相ä½ä»¥åŠç”±æ¿€å…‰æµ‹æŒ¯ä»ªæµ‹é‡çš„网线的è¿åŠ¨ã€‚为了测é‡èœ˜è››åŠå…¶å¤–å›´çƒç½‘的速度å“应,在测é‡è¿‡ç¨‹ä¸ä¿æŒèœ˜è››ç¨³å®šè‡³å…³é‡è¦ã€‚为了é¿å…行为å应的è¿åŠ¨ä¸æ–,我们在频率测é‡ä¹‹å‰ç”¨å£°è°ƒï¼ˆ200 Hzã€88 dBã€3 s æŒç»æ—¶é—´ï¼‰åˆºæ¿€äº†ä¸€åªèœ˜è››ã€‚ç»è¿‡å‡ 次声å¦åˆºæ¿€å¾ªçŽ¯åŽï¼Œèœ˜è››å¾ˆå°‘对刺激åšå‡ºå应并ä¿æŒç¨³å®šï¼Œå› æ¤å¯ä»¥å®Œæˆæµ‹é‡ã€‚
æ˜ å°„ç”±ç©ºä¸å£°éŸ³å¼•èµ·çš„ Orb Web è¿åŠ¨ã€‚
我们分别绘制了ä¸åŒä½ç½®çš„çƒç½‘çš„å¹³é¢å¤–è¿åŠ¨ï¼Œæœ‰å’Œæ²¡æœ‰èœ˜è››åœç•™åœ¨è½®æ¯‚网ä¸ï¼Œç„¶åŽæ ¹æ®åœ¨ç‰¹å®šæµ‹é‡ä¸‹ä¸åŒä½ç½®çš„网线测得的速度å“应é‡æ–°åˆ›å»ºè¿åŠ¨é¢‘率f。由于在法å‘入射平é¢æ³¢å£°åœºä¸ç©ºæ°”ç²’å速度å¯ä»¥è¿‘似地认为是å‡åŒ€çš„,所有测é‡çš„网线周围的空气粒å速度å¯ä»¥è¡¨ç¤ºä¸ºu ( t ) = U e iφ e iωt,其ä¸Ï‰= 2Ï€ få’ŒU和φ是空气粒åè¿åŠ¨çš„速度幅值和相ä½ã€‚被测网点å“应稳æ€ç©ºæ°”声的时间å“应å¯ä»¥è¡¨ç¤ºä¸ºvn( t ) = Vne我_ne我ωt _,vn(å¨)=五ne一世φne一世ωå¨,å…¶ä¸V n和φ n是测é‡çš„网点è¿åŠ¨çš„速度幅度和相ä½ã€‚由于在ä¸åŒä½ç½®æµ‹é‡çš„网线频率å“应包å«é€Ÿåº¦å¹…度和相ä½ï¼Œè¿™äº›ç»“æžœå¯ç”¨äºŽåˆ›å»ºè¢«æµ‹ç‰©ä½“的稳æ€è¿åŠ¨ã€‚演示蜘蛛åŠå…¶çƒç½‘çš„å¹³é¢å¤–è¿åŠ¨çš„图形和电影(图 1 Aå’ŒD以åŠç”µå½± S3 )由商业模æ€åˆ†æžè½¯ä»¶ STAR 7 创建。
èšç„¦å£°åœºçš„表å¾ã€‚
我们对空ä¸ä¿¡å·ä»¥åŠç”±å¾®åž‹æ‰¬å£°å™¨å¼•èµ·çš„网股的平é¢å¤–横å‘è¿åŠ¨è¿›è¡Œäº†è¡¨å¾ã€‚声场的SPL(图3B)和声速级(SVL;图 3C )都进行了表å¾ã€‚我们通过探头麦克风扫æ声压场。声速场的特点是由激光多普勒测振仪和蜘蛛ä¸ã€‚蜘蛛ä¸çš„直径为亚微米,长度为 5 毫米,两端æ¾æ•£åœ°æ”¯æ’‘ç€ã€‚通过将激光æŸåž‚直于蜘蛛ä¸çš„纵å‘èšç„¦åœ¨å…¶ä¸é—´ä½ç½®ï¼Œæˆ‘们测é‡äº†ç”±ç©ºæ°”ç²’åè¿åŠ¨å¼•èµ·çš„ä¸è¿åŠ¨ã€‚在扫æçƒç½‘å¹³é¢ä¸çš„速度场之å‰ï¼Œæˆ‘们确认了ä¸é€Ÿåº¦æŽ¢å¤´åœ¨æµ‹é‡é¢‘率上紧密地代表了空气粒åçš„è¿åŠ¨ï¼ˆå³Vä¸/ V空气∼1),如SI 附录ä¸çš„æ’图所示,图S5 A。由于速度是一个å‘é‡ï¼Œæˆ‘们在三个维度上扫æ了声å¦ç²’å的速度,包括V x , V y, å’ŒV z。一个ä½ç½®çš„速度V(图 3 C )的总幅度由下å¼è¯„估五= ( V2X+ V2是的+ V2z)− 1 / 2五=(五X2+五是的2+五z2)-1/2. 为了比较空气粒å速度和声压,SVL ç”± SVL = 20log 10 ( V RMS / V ref ) 计算,其ä¸V RMS是测é‡ç²’å速度Vçš„å‡æ–¹æ ¹ï¼ŒV ref = P ref / Ï 0 c是å‚考速度。
åœ¨ä¼ æ’到蜘蛛所在ä½ç½®ä¹‹å‰ï¼Œè¿‘场机载信å·è¿œä½ŽäºŽèœ˜è››çš„检测阈值。SPL(图 3 B)低于 30 dB,而 SVL(图 3 C )在到达蜘蛛网åŽä½ŽäºŽ 50 dB(V RMS < 0.016 mm/s)。超低的机载信å·ç”šè‡³ä½ŽäºŽè·³è››çš„检测阈值,从而实现了迄今为æ¢æœ€è‘—å的蜘蛛çµæ•åº¦ï¼ˆ~65 dB)。åŒæ—¶ï¼Œæˆ‘们从未观察到蜘蛛对 50 分è´æ£å¸¸å…¥å°„ç©ºæ°”ä¼ æ’刺激的任何行为å应。
由微型扬声器引起的网股的平é¢å¤–横å‘è¿åŠ¨æ¯”近场空ä¸ä¿¡å·è¡°å‡å¾—慢,从而将局部振动信å·ä¼ 递给蜘蛛(图 3 Cå’ŒSI 附录,图 S5 D)。由于微型扬声器在è·ç¦»èœ˜è›› 50 mm 处产生的åˆå§‹ SVL 约为 88 dB,40 mm åŽè¡°å‡çº¦ 20 dBï¼Œå› æ¤ä¼ 输到蜘蛛的振动信å·çš„ç‰æ•ˆ SPL å°äºŽ 68 dB。
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本帖åä¸åŒ…å«æ›´å¤šèµ„æº
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