蛛絲在蜘蛛體內是液態,為什麼噴射出來後變成固態?

2020-12-01 騰訊網

在漫威超級英雄系列電影中，《蜘蛛俠》系列格外受歡迎。該系列故事緣起男主角在參觀昆蟲博物館時被一隻特別的蜘蛛咬了一口，然後他的身體開始出現異樣反應，最後他發現自己竟然能夠在手腕那裡噴射出蛛絲。許多觀眾驚訝於蜘蛛俠的蛛絲具有如此強的韌度，雖然科幻電影的塑造缺乏科學依據，但在現實中蛛絲確實是一種值得研究的東西，因為它富有韌性。

根據報導，近期《科學進展》期刊上發表了一篇關於蛛絲是如何形成的研究論文。來自日本理化學研究所的科研團隊分析出了蛛絲形成的細節原因，並且在實驗室中利用化學工具復原了蜘蛛吐絲的過程。有趣的是，我們所看到的蛛絲是固態的，而它在蜘蛛體內是液態的。那麼蛛絲是如何形成的？研究人員還發現了哪些細節？

蛛絲是如何形成的？

在該研究之前，瑞典卡羅琳斯卡研究所的科學家就曾對蛛絲的形成進行了深入研究，得到的結論是蛛絲在蜘蛛體內和體外的形態並不一樣。蜘蛛在準備噴射蛛絲時，蘊藏蛛絲的腺體就會聚集高濃度的液體，以懸浮的形式存在著。在蜘蛛將這些液體噴射出體外的瞬間，它們會結成固態，從而形成一條細絲。

雖然這一理論得到了大多數科學家的認同，但從未有科研團隊對蛛絲的形成過程進行模擬。如果科學理論無法應用到實際生活中，那麼該理論就失去了實用價值。一直以來科學家們認為蛛絲是自然界中韌度最高的物質之一，如果能夠進一步弄清楚它的形成過程，那麼將有利於研發出擁有同樣韌度甚至更高韌度的材料。

這樣的材料具有廣泛的應用途徑，例如衣物的編織、家具的編織甚至是科學設備儀器的研發。

研究人員發現了什麼？

日本理化學研究所的科學家對蜘蛛吐絲過程進行了觀察和分析，通過多種途徑證實了瑞典研究所科學家所提出的理論，即蛛絲在蜘蛛體內以液態的形式存在，但噴射到蜘蛛體外時就變成了固態。蛛絲形成之前是一種十分粘稠的液體，根據鑑定該液體的主要成分是蛋白質。蛛絲噴射出體外的瞬間通過自我摺疊的方式交織在一起，最終形成有緻密結構的物質。

在實驗室裡模擬蛛絲形成的過程中，研究人員發現要讓體內的液態蛛絲變成體外的固態蛛絲，需要將液態蛛絲裡的蛋白質抽離出來，然後營造出酸性環境讓蛋白質通過化學反應迅速地互相鎖定。在這個過程中，如何讓蛛絲蛋白從液體中抽離出來是先決條件，如何讓抽離出來的蛛絲蛋白高度濃縮在一起是關鍵步驟。

該研究有何現實意義？

這項研究揭開了蛛絲形成的謎題，讓科學家看到了研發高韌度物質的新方向。與人類相比，蜘蛛無論在體積還是個體能力上都遠比人類弱，但是它卻能夠噴射出韌度極高的蜘蛛絲，這體現了大自然的鬼斧神工。從自然進化的角度來看，產生蛛絲是蜘蛛在漫長的自然選擇作用下獲得的一種能力，否則這個物種可能早就滅絕了。

如今已經有科研人員揭開了蛛絲形成的奧秘，也成功模擬了蛛絲的形成過程，這意味著人類在仿生學領域又叩開了一座大門。儘管人類是地球上唯一的高等智慧生物，但是在身體技能方面人類比很多自然動物都要遜色，例如變色龍會通過變色來偽裝自己、鳥類可以藉助地球磁場來導航、蜘蛛能吐出堅韌的蛛絲來捕食。

這些技能都是人類自身所沒有的，但是我們可以通過研究這些技能形成的原理和機制，從而模仿這些獨特的技能。通過不斷學習來讓自己變得更強大，這也是人類與其他自然動物最大的區別之一。

資料來源

環球網 11月9日 《蜘蛛吐絲既強又韌重要機制破解》

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