生物学家威廉·K·珀维斯,来自哈维穆德学院,为您解答。
蜘蛛丝不是单一、独特的材料——不同的蜘蛛种类会产生各种不同的丝。有些蜘蛛拥有多达七种不同的腺体,每种腺体产生不同的丝。
为什么有这么多种类的丝?每种丝都发挥着特定的作用。所有的蜘蛛都会制造所谓的牵引丝,部分作为生命线,使生物能够悬挂在天花板上。它也作为与蛛网的 постоянная 连接,方便快速逃离危险。牵引丝也构成蛛网的放射状辐条;桥梁丝是第一根丝线,蛛网由此悬挂在支撑物上;还有另一种丝构成巨大的螺旋。
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不同的丝具有独特的物理特性,如强度、韧性和弹性,但与其他天然和合成材料相比,所有丝都非常坚固。牵引丝以非凡的程度结合了韧性和强度。在重量相同的情况下,一根牵引丝比钢铁强几倍,但蜘蛛的牵引丝只有人类头发直径的十分之一左右。《蜘蛛侠》电影严重低估了蜘蛛丝的强度——真正的牵引丝不需要像电影中我们的蜘蛛侠英雄部署的丝线那么粗。
牵引丝是一种复合材料,由两种不同的蛋白质组成,每种蛋白质包含三种具有不同特性的区域。其中一种形成可拉伸的非晶(非晶体)基质,赋予丝弹性。当昆虫撞击蛛网时,基质的拉伸使蛛网能够吸收昆虫飞行的动能。在两种蛋白质的非晶部分中嵌入了两种晶体区域,这些区域使丝变得坚韧。虽然两种晶体区域都紧密折叠并抵抗拉伸,但其中一种是刚性的。据认为,不太刚性的晶体区域的褶皱不仅嵌入刚性晶体的褶皱中,而且还与蛋白质中的非晶区域相互作用,从而将刚性晶体锚定到基质上。由此产生的复合材料坚固、坚韧且富有弹性。
来自密西西比州布兰登的 M. Dawn 提出了相关问题:“为什么蜘蛛不会粘在自己的网上?”
多年来,针对这种现象出现了三种解释。第一种解释是蜘蛛分泌的一种油,可以作为防粘剂。这种假设的问题在于,尚未发现这种油。
第二种情景是基于丝的多样性。许多蛛网包括由粘性远低于其他丝的丝制成的丝线。非粘性丝线出现在蛛网的中心、放射状辐条以及蛛网悬挂在植物或其他支撑物上的丝线上。因此,一些研究人员推测,蜘蛛在它们的网上导航时仅使用这些丝线。然而,如果你观察它们的行动,你会看到,尽管它们似乎确实更喜欢非粘性丝线,但蜘蛛能够自由移动,触摸许多丝线,包括从中心螺旋向外延伸的非常粘的丝线。
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第三种解释似乎解决了粘性丝线的问题。简而言之,至少某些蜘蛛的腿具有一种脱离机制,使蜘蛛能够立即从粘性丝线上脱离。这种机制涉及巧妙的解剖学适应。每条腿的末端都有一对“步行爪”,除其他功能外,还可以抓住植被,但第三只爪子与相关的多刺弹性毛发协作,将腿从粘性蛛网丝线上脱离。这第三只爪子抓住丝线,将其拉向弹性毛发,并进一步拉动它们,从而使机制处于待发状态。当爪子放松时,毛发会剧烈反弹,将丝线甩开并将腿弹开。
警察、军队、医生和其他团体渴望获得大量牵引丝,这些牵引丝可以编织或压实以制成防弹衣、替代韧带、医用缝合线、钓鱼线、攀岩绳索、用于在航空母舰上捕捉降落飞机的系绳以及无数其他产品。由于蜘蛛的领地性,从蜘蛛身上收获足够数量的丝是不切实际的,因此生物技术专家已转向其他来源。加拿大公司 Nexia 已经证明,可以通过基因工程改造山羊和奶牛,使其在牛奶中产生牵引丝。Nexia 旨在利用这种山羊的克隆体生产一种改良的牵引丝,他们称之为 BioSteel,以满足许多需求。
此答案最初发布于 2002 年 7 月 15 日。