生物學家威廉·K·珀維斯,來自哈維穆德學院,為您解答。
蜘蛛絲不是單一、獨特的材料——不同的蜘蛛種類會產生各種不同的絲。有些蜘蛛擁有多達七種不同的腺體,每種腺體產生不同的絲。
為什麼有這麼多種類的絲?每種絲都發揮著特定的作用。所有的蜘蛛都會製造所謂的牽引絲,部分作為生命線,使生物能夠懸掛在天花板上。它也作為與蛛網的 постоянная 連線,方便快速逃離危險。牽引絲也構成蛛網的放射狀輻條;橋樑絲是第一根絲線,蛛網由此懸掛在支撐物上;還有另一種絲構成巨大的螺旋。
支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
不同的絲具有獨特的物理特性,如強度、韌性和彈性,但與其他天然和合成材料相比,所有絲都非常堅固。牽引絲以非凡的程度結合了韌性和強度。在重量相同的情況下,一根牽引絲比鋼鐵強幾倍,但蜘蛛的牽引絲只有人類頭髮直徑的十分之一左右。《蜘蛛俠》電影嚴重低估了蜘蛛絲的強度——真正的牽引絲不需要像電影中我們的蜘蛛俠英雄部署的絲線那麼粗。
牽引絲是一種複合材料,由兩種不同的蛋白質組成,每種蛋白質包含三種具有不同特性的區域。其中一種形成可拉伸的非晶(非晶體)基質,賦予絲彈性。當昆蟲撞擊蛛網時,基質的拉伸使蛛網能夠吸收昆蟲飛行的動能。在兩種蛋白質的非晶部分中嵌入了兩種晶體區域,這些區域使絲變得堅韌。雖然兩種晶體區域都緊密摺疊並抵抗拉伸,但其中一種是剛性的。據認為,不太剛性的晶體區域的褶皺不僅嵌入剛性晶體的褶皺中,而且還與蛋白質中的非晶區域相互作用,從而將剛性晶體錨定到基質上。由此產生的複合材料堅固、堅韌且富有彈性。
來自密西西比州布蘭登的 M. Dawn 提出了相關問題:“為什麼蜘蛛不會粘在自己的網上?”
多年來,針對這種現象出現了三種解釋。第一種解釋是蜘蛛分泌的一種油,可以作為防粘劑。這種假設的問題在於,尚未發現這種油。
第二種情景是基於絲的多樣性。許多蛛網包括由粘性遠低於其他絲的絲製成的絲線。非粘性絲線出現在蛛網的中心、放射狀輻條以及蛛網懸掛在植物或其他支撐物上的絲線上。因此,一些研究人員推測,蜘蛛在它們的網上導航時僅使用這些絲線。然而,如果你觀察它們的行動,你會看到,儘管它們似乎確實更喜歡非粘性絲線,但蜘蛛能夠自由移動,觸控許多絲線,包括從中心螺旋向外延伸的非常粘的絲線。
有關這種複雜機制的更多資訊,請點選此處訪問 Ben Prins 製作的圖文並茂的網頁。 |
第三種解釋似乎解決了粘性絲線的問題。簡而言之,至少某些蜘蛛的腿具有一種脫離機制,使蜘蛛能夠立即從粘性絲線上脫離。這種機制涉及巧妙的解剖學適應。每條腿的末端都有一對“步行爪”,除其他功能外,還可以抓住植被,但第三隻爪子與相關的多刺彈性毛髮協作,將腿從粘性蛛網絲線上脫離。這第三隻爪子抓住絲線,將其拉向彈性毛髮,並進一步拉動它們,從而使機制處於待發狀態。當爪子放鬆時,毛髮會劇烈反彈,將絲線甩開並將腿彈開。
警察、軍隊、醫生和其他團體渴望獲得大量牽引絲,這些牽引絲可以編織或壓實以製成防彈衣、替代韌帶、醫用縫合線、釣魚線、攀巖繩索、用於在航空母艦上捕捉降落飛機的繫繩以及無數其他產品。由於蜘蛛的領地性,從蜘蛛身上收穫足夠數量的絲是不切實際的,因此生物技術專家已轉向其他來源。加拿大公司 Nexia 已經證明,可以透過基因工程改造山羊和奶牛,使其在牛奶中產生牽引絲。Nexia 旨在利用這種山羊的克隆體生產一種改良的牽引絲,他們稱之為 BioSteel,以滿足許多需求。
此答案最初發佈於 2002 年 7 月 15 日。