科普小课堂｜神奇的蜘蛛丝

蜘蛛的典型圆网，在雨后网上有露珠。 陈冰心摄 

蜘蛛吐丝可能是世界上最神奇的事之一了。蜘蛛丝织成的网充满弹性及韧性，不仅可以抵挡风吹雨淋，还可以捕罗各种大小蚊虫，却不会让自己黏缠在丝上，于是科学家便突发奇想：善用加强蜘蛛丝的韧性，是不是可以用来护身防弹或做成像武侠小说中刀枪不入的软金甲呢？

蜘蛛在卡通中大都扮演反派分子，大部分人对它的印象并不佳。但其实全球的4万多种蜘蛛中，大部分都是益虫，它们会吃掉家中的蟑螂等小昆虫，因此如果你家打扫得干干净净，它们根本就不屑光顾。

蜘蛛属于节肢动物门里的蛛形纲，大多是肉食性，会运用毒液把猎物分解，再以吮吸的方法进食。蜘蛛的习性随种类不同有很大差异，有些是游猎性的，依靠优秀的跳跃能力和爆发力，快速扑向猎物并注射毒液；有些具保护色，会利用拟态让昆虫措手不及；有些则是穴居性的，挖洞以捕捉不幸的小动物。

蜘蛛的大小差异更是令人瞠目结舌，最大的比手掌还大，但大部分甚至不如小拇指的指甲大。蜘蛛还有许多令人惊叹的事迹，如世界著名的黑寡妇蜘蛛，体长仅2.5厘米，毒素却让人闻之色变。

在人们的印象中，大多数蜘蛛都是结网的，而它们所结成的网也都各有自己的风格，从最常见的圆形网，到平铺于地面的管状网或看起来很舒适的帐幕网都曾经发现过。常去登山的人对于蜘蛛网应该不会陌生，那种可怕的延展力在登山人心中总会留下不好的回忆。

蜘蛛结网是运用尾部的丝囊分泌蜘蛛丝，以制成一层坚固的网子捕捉飞行的昆虫或其他小动物。许多人会好奇：“为什么蜘蛛走在网上，却不会被自己的网子黏住？”其实，蜘蛛所织的网非常复杂，如同人类在建筑时，会根据不同的功能而使用不同的原料，蜘蛛共有多种不同的腺体，每种腺体制造出来的丝，功能都不一样。蜘蛛聪明地运用这些不同功能的丝制造完美的捕食网，有些种类的丝甚至可用以保护蜘蛛卵以免被其他生物掠食。

蜘蛛丝非常细，直径大约1微米，约为头发的十分之一，强韧性却优于同等粗细钢丝的5倍。在电影《蜘蛛侠》中，主角曾以蜘蛛丝挡下地铁的情节，英国莱斯特大学3名物理系学生就据此研究分析其可能性。

根据这3名学生发表在英国《物理特殊主题》期刊上的《无所不能的蜘蛛》文章指出，若考量列车及乘客的重量是20万公斤，列车以时速88.5公里行驶，让列车停止所花的时间是50秒，则需花30万牛顿的力才能使列车停下来。再假设蜘蛛人射出了6束蜘蛛丝，每束宽约5厘米，结果显示确实有可能使快失控的地铁停下来，由此可见蜘蛛丝超强的韧性远超乎我们的想象。

由于蜘蛛丝是如此神奇，如何有效地生产蜘蛛丝就成了当今科学家密切关注的议题。科学家本想以大量养殖蚕宝宝的方式获取蜘蛛丝，却发现蜘蛛是肉食动物，具有领域性且彼此会互相残杀，使得此路不通。但国外实验室巧妙地找到蜘蛛丝的基因，再利用基因工程技术把这基因转殖到蚕身上，希望能获得有蜘蛛丝强韧性质的蚕丝。

德国一家公司也透过生物技术成功制造了类似蜘蛛丝的丝蛋白纤维，并已开始销售，其产品应用非常广泛，包括各类纺织纤维产品、医药类产品及化妆品。例如2016年11月在纽约展示了世界第一款由蜘蛛丝制成的性能鞋。这款产品拥有非常优异的强韧性和弹性，且质感非常柔软，比起传统的人造纤维轻百分之十五，而且还能百分之百生物降解。

人工合成蜘蛛丝具有高强度、高弹性、柔软、质轻等特点，是目前纺织纤维产业急需发展的重要材料，若能控制成本并顺利量产，未来的应用前景非常宽广。

在军事科学应用上，蜘蛛丝因结构特殊，具有吸收巨大冲击能量的能力，是自然界最坚韧的材料之一，又因优异的强韧性，使其仅需极微量就可达到防弹效果，制成的防弹衣将较目前广泛使用的防弹衣更轻盈，未来甚至可做成如T恤般的造型。

在医疗卫生应用上，在古老传统中，蜘蛛丝曾用来治疗伤口，主因是蜘蛛丝与人体的生物兼容性佳，不会产生排斥现象，可降解且具杀菌性，也可抑制伤口的细菌和真菌感染。另外，蜘蛛丝的化学组成是丝蛋白，有促进凝血的功能，是非常理想的生物材料。

尽管目前以生物合成方法所获得的蜘蛛丝，其性能无法与天然蜘蛛丝相比，但随着科技的发展，新形态人工制造的蜘蛛丝将日趋成熟。加上伴随着应用领域逐渐开发，在不久的未来，蜘蛛丝应用一定能广及于纺织服装、军事、医疗、建筑、汽车等领域。到时候，别说T恤般的防弹衣，或许连飞檐走壁展现神威的蜘蛛侠都可能出现！（王贞虎）