神奇的蛛丝

　　在生活中，如果你去一个荒废很久的屋子或者是野外人迹罕至的林间小路，大都会发现蜘蛛网。在你用扫帚这些挂满灰尘的蜘蛛网扫去的时候，这些讨厌的东西会到处粘连。如果你不小心触到蜘蛛网上，蛛丝还会粘在身上，你怎么弄都弄不干净，让人腻烦无比。然而，正是这种黏性的蛛丝，如果将其做成一根普通粗细的绳索，它的力量大到可以扯住一架正在全速起飞的大型飞机！看，蜘蛛、蜘蛛网和蛛丝都很神奇吧！

　　说到蛛丝，自然会联想到《蜘蛛侠》。蜘蛛侠最早是一本漫画中的超级英雄，在1962年的时候就有了。《蜘蛛侠》被中国观众熟知，还是因为好莱坞大片《蜘蛛侠》的热播。这部大片在当年风靡全球，排在全球影视票房的第七位。《蜘蛛侠》电影的内容是，一名普通的高中生，意外地被一只受过放射性感染的蜘蛛咬伤后，获得了蜘蛛一般的特殊能力。在片中，蜘蛛侠凭借着他的蛛丝在一幢幢高楼大厦间飞来飞去，行侠仗义的宏大场面给我们留下了深刻的印象。每个人，尤其是小朋友们看完《蜘蛛侠》后，都希望拥有蜘蛛侠那根超凡的蛛丝。

　　在现实生活中，从科学的角度看，蜘蛛侠的那根能用来在高楼大厦间飞来飞去的细细蜘蛛丝是有可能实现的，但这就需要科学家们从对蜘蛛及蛛丝的认识与研究一步一步地展开并取得进展和突破才行。

　　蛛丝强度堪比钢丝

　　“南阳诸葛亮，稳坐中军帐。摆起八卦阵，专捉飞来将。”

　　这个谜语很容易猜出来：“诸葛亮”就是蜘蛛，“中军帐”就是蛛网。蜘蛛是一种节肢动物，在地球上生活了几亿年。经过漫长的自然选择，蜘蛛凭借着旺盛而顽强的生命力，足迹遍布世界上除了南极洲之外的所有地方，目前人类所知的蜘蛛就有三万多种。

　　蜘蛛的肚子里有许多丝浆，这些丝浆本质上是蛋白质。在蜘蛛的尾端有很小的孔眼。结网的时候，蜘蛛将这些丝浆喷出去。丝浆一遇到空气，就凝结成有黏性的蛛丝。大多数蜘蛛至少有六种蛛丝，不同的蛛丝由不同的小孔产生，物理性质也不同，用途也不一样。这些不同结构和功能的蛛丝构建了复杂的蜘蛛网，飞虫一旦撞到网上就别想再跑掉了。蜘蛛因为身上和脚上经常分泌出一层油质，蛛丝是不粘油的。所以蜘蛛网能牢牢地粘住飞虫却粘不住蜘蛛。

　　还是回到我们要谈论的蛛丝，它与蜘蛛一样有着悠久的历史。一位瑞士科学家在研究一块琥珀的时候发现琥珀里有一缕蛛丝，据推算有4亿年之久，可见在比恐龙生活的年代还早3亿年左右的时候可能已经有蜘蛛吐丝这一自然现象了。人类祖先很早就知道蛛丝强韧耐用，可以用它织成渔网。在今天的波利尼西亚和汤加等太平洋岛国的居民，仍在使用这种原始工具捕鱼。获得一张这样的网比人工编织要方便多了，只需把特制的模型木架放入蜘蛛聚集出没的树林里。用不了一个月，密密的蛛丝就会把它包裹得严严实实。将蛛丝从模型上轻轻褪下，就是一张实用的天然渔网。蛛丝对蜘蛛来讲，主要有两大作用：一是结网捕食，二是快速移动。结网捕食不用多讲，大家都观察到过。关于依靠蛛丝快速移动，大多是蜘蛛幼体利用蛛丝作为飞翔的工具进行迁徙。幼蛛将蛛丝喷向空中，借由风力将自己带离原地。虽然飞行的距离大多只有数米之远，但可能是蜘蛛迁徙到不同岛屿的方式，因为一些水手曾在海中航行的风帆上捉到蜘蛛。

　　电影《蜘蛛侠》中经常出现蜘蛛侠借助蛛丝飞来飞去的镜头，其实在现实中如果将蜘蛛换成人，再将蛛丝同比例加粗，人要借着这根丝（绳）安全地荡来荡去绝对不是夸张的事情。科学研究证实：蛛丝可以说是到目前为止人们所发现的世界上最强韧的天然纤维，其强度比同直径钢丝强100倍。在材料学中还有这样一个经典的计算，如果能把蛛丝做成一根普通粗细的绳子，它可以拉扯住一架正在全速起飞的大型客机。蛛丝如加以科学利用，在诸多方面都有着美好的前景：如蛛丝不仅强韧，还拥有良好的弹性和抗震性，轻且柔软，可用其制成防弹衣和防弹头盔；又因蛛丝有着非常美丽的光泽，它的手感甚至比蚕丝还要好，故可制成华美的织物；又由于蛛丝不仅韧性好，人体对它也没有什么排异现象，所以甚至可以将其做成人工关节或者人造器官。此外，还可将其制成蹦极绳、攀岩绳、安全带等等。总之，它几乎可以取代人类现在所应用的所有高强度纤维。但是直到目前，尽管科学家付出了艰辛的努力，人们对蛛丝还几乎没有任何的应用。

　　单只蛛网手套

　　我们先讲三个拿破仑和蜘蛛的故事。第一个故事是拿破仑看到蜘蛛吐丝结网，他知道寒潮天气即将到来，利用河湖冰封，法军打了胜仗，攻陷了荷兰的乌德勒支要塞。第二个故事是被拿破仑打败的威灵顿将军，在逃到一个山庄的破屋里后，被蜘蛛结网的顽强精神所感动，重振旗鼓在滑铁卢打败了拿破仑。第三个故事是拿破仑的夫人戴的单只手套，为什么只有一只呢？原来这只手套是用蛛丝做成的，但蛛丝产量极其少。在当年拿破仑做了法国皇帝、势头鼎盛、雄视欧洲的时候，他为了博得他夫人的欢心，费尽心思，用尽蛛丝才做一只手套。

　　虽然蛛丝自身具有许多无与伦比的优势，但一直不能像蚕丝、涤纶、尼龙等诸多“晚辈”一样在人类的生活中扮演举足轻重的角色。它被人类所冷落，究其原因主要是一个字——“少”。蛛丝之所以难以成规模生产的原因主要有两个，一是单产少，二是因其习性难以大规模饲养。比如说，像蚕的一半大小的这样一只蜘蛛，个体已经不算小，但是它一次所产的丝不过是零点几到一毫克左右，这就意味着如果要生产1克蛛丝的话，就需要成千上万只的蜘蛛；又因为蜘蛛是肉食性动物，且有独行的习性，非常不合群，往往相互残杀，吃掉对方。因此如果要批量饲养就要一个个将其隔离开来，成本必然很高，且1万只蜘蛛一天的总产丝量也不过是1克左右。故这样的规模从产业角度来说是不可行的。

　　探索蛛丝之路

　　从目前来看，依靠自然生长的蜘蛛获取大量蜘蛛丝的道路暂时是难以行通的，但科学的探索还一直在进行着。人们首先想到的是用人工的方法去得到和天然蛛丝性能类似的类蛛丝。加拿大的科学家曾将蛛丝蛋白转移到山羊奶里面，再用机械的手段纺出了类蛛丝，其韧性虽然比同径钢丝要好很多，但最终难以与天然蛛丝媲美。日本研究人员将蜘蛛产生蛛丝的基因植入蚕体内，生产出了韧性相当于天然蚕丝1.5倍的“蜘蛛蚕丝”，但还是和天然蛛丝相差甚远。怎样才能得到可以和天然蛛丝相媲美的丝呢？这个研究课题成了困扰各国科学家的一个难题。

　　上海复旦大学高分子科学系和先进材料实验室的邵正中教授一直从事天然高分子及仿生材料的结构与性能关系的研究，在天然蛛丝的研究领域有了重要的发现，使该研究跨出了重要的一步，在国际上引起了轰动。

　　邵正中及其团队研究证明，由于蚕在成茧过程中的“8”字形吐丝行为，导致蚕茧丝的转折处会存在较多的“薄弱点”，容易折断，因此显得比蛛丝脆弱许多。通过显微观察发现：蚕丝有很多地方颜色发黑，而这些颜色发黑的地方就是蚕吐丝时头转动的地方，这些地方相对来说非常脆弱。如果避开缺陷点检测没有缺陷的一截蚕丝，发现其韧性和蛛丝几乎不相上下。如果改变蚕的吐丝方式，比如，“按”住蚕的头，以一定速度匀速拉出蚕丝，而非直接采用蚕茧丝，再进行两者的力学性能测试，多次实验结果显示，“拉”出的蚕丝力学性能不弱于蛛丝。这意味着，人们不必再花大价钱去制造人工蛛丝，用蚕丝可以代替蛛丝。

　　依据这个思路，邵正中团队还寻找到了一种特殊方法，利用相应的纺丝设备，在实验室中纺制出了“超级蚕丝”。所谓的“超级蚕丝”，邵正中教授解释说：“就是把原来柔软无比的蚕丝，变成坚硬的蛛丝，让‘蚕宝宝’变成‘蜘蛛侠’。”面对今后完成这项繁杂工作所需付出的艰辛努力，邵正中表示：这一切都是值得的。因为人类认识和利用纤维已经经历了几千年的历史，每一种新的纤维问世，都能给人们的生产生活带来巨大的影响。针对蛛丝这种综合性能优异的纤维，绝不应该让它白白闲置。

　　文/图 闫铎 责任编辑/杨朝旭

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