神奇的裝備：最強蜘蛛絲

蘇澄宇

要問漫威最近哪個英雄的曝光率最高，嗯哼，一定是剛剛在《蜘蛛俠：英雄歸來》里大出風(fēng)頭的蜘蛛俠。除開那些炫酷奪目、飛檐走壁的鏡頭，這次給觀眾帶來最大震撼的場景，一定是小蜘蛛在海面上憑借著兩把蜘蛛絲拉住了馬上就要分成兩半的客輪那一幕！你是不是覺得這根本不可能？但作為蜘蛛俠的超級裝備，蜘蛛絲可沒你想的那么脆弱。

蜘蛛絲是怎么來的

蜘蛛絲產(chǎn)生于蜘蛛體內(nèi)特殊的分泌腺，這些分泌腺因蜘蛛的種類不同而性能各異。到目前為止， 生物學(xué)家共發(fā)現(xiàn)了7種類型的蜘蛛分泌腺。不過要注意，并不是所有的蜘蛛都會結(jié)網(wǎng)，會吐絲結(jié)網(wǎng)的蜘蛛大約有2萬多種。

以十字圓蜘蛛為例，在十字圓蜘蛛的前腹部有用來形成蛛絲纖維的壺狀腺。壺狀腺由三部分組成 ，分別是中心小囊、一條很長的彎管和出口。蜘蛛絲在拉絲時，小囊內(nèi)部的細(xì)胞會分泌出許多露珠狀的黏液，黏液中含有兩種蜘蛛素蛋白。當(dāng)這些黏液流到小囊的下部時， 下部的細(xì)胞會分泌出另一種蛋白質(zhì)（即糖蛋白）與之混合，從而形成液態(tài)晶體結(jié)構(gòu)的纖維。然后，這些黏稠的液體便向出口流動。此時，各種蛋白質(zhì)內(nèi)的長鏈分子會沿著纖維中心線平行地排列，并由分子間形成的氫鍵連接，最后完成蜘蛛絲的原料制備并向紡絲器輸出。

蜘蛛絲既擁有強大的彈性，也像鋼鐵一樣堅韌無比，那么它剛?cè)岵?jì)的秘密是什么呢？

大家都知道，蜘蛛的種類很多， 不同種類蜘蛛絲的組成差異很大，同一種蜘蛛不同絲腺中的液狀絲的氨基酸組成也有很大差異。與蠶絲一樣，蜘蛛絲的主要成分是一種叫作蜘蛛素的特殊蛋白質(zhì)，其成分與蠶絲中的絲蛋白相似。這種蛋白質(zhì)內(nèi)含有大量的丙氨酸（約占25%）和甘氨酸（約占40%），其他還有谷氨酸鹽 、絲氨酸、白氨酸 、脯氨酸和酪氨酸等幾種氨基酸。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，含丙氨酸的蛋白分子排列為緊密的呈晶體狀的折皺結(jié)構(gòu)，這便是造成蜘蛛絲異常堅固的原因。而含甘氨酸的蛋白分子的排列卻雜亂無章， 從而使得蜘蛛絲擁有極好的彈性和擴(kuò)張性。這也就是蜘蛛絲剛?cè)岵?jì)的秘密所在了。

蜘蛛絲的超強性能

搞清楚了關(guān)于蜘蛛絲的基本知識，讓我們再來看看蜘蛛絲的那些超強性能吧！正是這些厲害的性能，讓蜘蛛俠能夠所向披靡。

不溶于水：仔細(xì)觀察蜘蛛絲，你會發(fā)現(xiàn)它是一根單獨的長絲， 直徑雖然只有幾微米，但物理密度卻接近羊毛。當(dāng)蜘蛛的腺液離開蜘蛛體后，會立刻成為固體， 形成一種蛋白質(zhì)絲，而且固化后的蜘蛛絲不溶于水。

驚人的吸收震動能力：蜘蛛絲能使動能（即機械能）轉(zhuǎn)變成熱能，假如不是這樣， 那飛行的蒼蠅和蝴蝶撞上蜘蛛網(wǎng)時就會被彈回到相反方向。為什么能量會轉(zhuǎn)化得如此之快？在顯微鏡下觀察蜘蛛絲時，你可以發(fā)現(xiàn)它是一根極細(xì)的螺線，看上去像長長的浸過液體的“彈簧”一樣，當(dāng)“彈簧”被拉長時它會竭力返回原有的長度；但是當(dāng)它縮短時液體會吸收掉全部剩余能量， 同時使能量轉(zhuǎn)變成熱量。

耐紫外線性強，耐溫性強：熱分析表明，蜘蛛絲在200 ℃以下表現(xiàn)熱穩(wěn)定性，300 ℃以上才會變性變黃。而跟它密度相近的蠶絲在140 ℃就開始變黃了。并且它不溶于稀酸、稀堿，僅溶于濃硫酸、溴化鉀 、甲酸等，而且對大部分水解蛋白酶具有抗性。

強大的拉伸力：蜘蛛絲可以被拉伸30%～40%，有的蜘蛛絲纖維還具有超過200%的伸長， 且絲纖維的伸長率隨負(fù)荷的增加而增大，同時強度也增大。它的強度遠(yuǎn)高于鋼，重量卻輕如毛發(fā)，且富有彈性?？梢哉f，蜘蛛絲是自然界生產(chǎn)的最好的結(jié)構(gòu)材料。

蜘蛛絲的研究與運用

蜘蛛絲如此優(yōu)異的性能自然引起了各國科學(xué)家的極大興趣，近年來美國、瑞士、加拿大、日本 、德國 、丹麥等國的一些實驗室先后對蜘蛛絲進(jìn)行了深入的研究，并將其帶入到我們的生活中。

在醫(yī)療方面，蜘蛛絲因為有強度大、韌性、可降解、與人體相容性良好等現(xiàn)有材料不可比擬的優(yōu)點，因而可用作高性能的生物材料，制成傷口封閉材料和生理組織工程材料 ，如人工關(guān)節(jié) 、韌帶 、假肢 、組織修復(fù)、神經(jīng)外科及眼科等手術(shù)中的可降解超細(xì)傷口縫線等產(chǎn)品。在軍事上，具有巨大吸收力的蜘蛛絲非常適合防彈衣的制造。它可以阻擋子彈的侵入，使彈頭或彈片擊入人體內(nèi)的危險降到最低程度；也可以用來制成坦克 、飛機 、雷達(dá) 、衛(wèi)星以及軍事建筑物的理想防護(hù)罩。除此之外，蜘蛛絲還可用作結(jié)構(gòu)材料和復(fù)合材料，代替混凝土中的鋼筋，應(yīng)用于橋梁、高層建筑和民用建筑等。

不過，雖然蜘蛛絲有著優(yōu)異的性能，但它現(xiàn)在還不能被人們廣泛地使用。原因很簡單，因為蜘蛛絲還無法像蠶絲那樣被大量地生產(chǎn)。所以，要想讓蜘蛛俠真正地出現(xiàn)在我們的生活中，還需要各位同學(xué)將來致力于蜘蛛絲的人工制造事業(yè)，認(rèn)真研究基因微生物合成，才能讓神奇的蜘蛛絲真正應(yīng)用在我們生活中的方方面面。