對同一事物,往往是「仁者見仁,智者見智」,會產生不同的聯想。例如,就蜘蛛結網這件人們常見的事來說,詩人想起的是:「雨裡蜘蛛還結網,想晴惟有暗中絲。」(李調元:《雨村詩話》)。詩句的雙關含義何等巧妙!而數學家笛卡爾由蜘蛛在天花板上爬行並吐絲下降,卻想利用坐標(X、Y、Z)來表示空間中的點。今天,我們不妨從另外一個角度來看蜘蛛結中的科學道理。如蜘蛛雨中結網,為什麼不怕雨水打溼將墜破?蜘蛛由天花板上吐絲下降時,往往能在半空中戛然而止,不至因為倒栽蔥來個「嘴啃泥」,這又是什麼原因呢?這個謎直到最近才被揭開。有人仔細測試了某些蜘蛛絲的強度和伸長度,結果發現蜘蛛網在潮溼時變得像橡皮筋一樣富有彈性,幾乎要伸長百分之五十才能將蛛絲拉斷。而蛛絲的強度幾乎和輪胎中用的尼龍帘子線一樣結實,在斷裂時卻比尼龍絲伸長兩倍。這一特點使蜘蛛能在雨中結網,而且結成網後,也不至被每天清晨的露水重量所墜破。蜘蛛絲為什麼能獲得這種優良的性能?原來這和它的分子形狀有著密切的關係。在合成高分子化合物的溶液中,分子呈長鏈狀,像一條柔順的絲,分子形狀有顯著的幾何不對稱性,因此分子的排列是雜亂無章的。這種溶液製成的纖維,強度很低,不堪一拉。
所以在化學纖維的紡織中,用外力將剛成形還處於塑性狀態的纖維拉伸,就能使纖維中的分子長鏈順拉力方向整齊排列。這種排列整齊的分子能團結一致承受外力,纖維變得異常堅牢。這種通過拉伸使分子取一定方向來提高纖維強度的技術,是本世紀隨化學纖維的發展才在紡織工業中得到應用的,而蜘蛛在幾百萬年中就早已不斷應用這項拉伸技術了。蜘蛛吐絲時,也是通過拉伸來提高絲的強度。它有三種拉伸方法:一種是將絲液從下腹後部的一對囊袋中擠出後,蛛絲一端粘附在一個支持物,如天花板或樹枝上,然後利用蜘蛛本身的重量從空中降下,蜘蛛本身下降的速度要大於吐絲速度,這樣就將蛛絲拉伸達到一定強度後,蜘蛛停止吐絲,就能懸在半空;另一種是將蛛絲一端粘附在支持物上後,蜘蛛即迅速跑開,在走動的過程中將蛛絲拉伸第三種方法是蜘蛛利用它的四條腿,將蛛絲從囊袋中拉出。這種蜘蛛吐絲的生物化學過程,對今天的紡織工業仍有很重要的實際意義。生物體中由於分子形狀的變化而獲得新功能的現象很多,就是在人體中也不乏這樣的例子。如血液在血管中始終循環不息,一且血管破損,如果不能及時止血後果不堪設想。要等到血管癒合或者起化學變化,都已是「遠水救不了近火」了。
在這種緊迫情況下,血液有它的應急措施。這情景頗有些象盛大歡迎場合中人群向前擁擠時,前面只要有一隊手挽手排列整齊的糾察隊,就能阻擋人流一樣。血液中蛋白質裡的纖維朊在血管中的形狀呈無規則的線團狀,就象散亂的人群,一且血管破裂,流出的血液立即緊急變形,整齊排列,起了「糾察隊」的作用,使血液凝固,阻擋了血液流出。
物質分子形狀千姿百態,為了研究形態對功能的影響,近來更新興了一門形態化學,其中最有趣的是關於包接化合物的化學。所謂包接化合物就是一種分子在外面形成筒狀,把另一種分子包容在裡面。外面的分子叫做主體分子,裡面的分子叫做客體分子。包接現象經常可以看到。例如人們熟知,澱粉遇到碘就會變成藍色。這是因為澱粉是一種螺旋形分子,碘能鑽入這個螺旋形殼體中形成包接化合物。進入螺旋形殼體中的碘是每七個分子或十四個原子為一節,而其中碘原子間的距離與碘分子間的距離卻是樣的,也就是所有的碘整個形成個分子了,這個大碘分子最外層的電子流動就產生了藍色。
地中海中還有一種變色蟹,原來是黑色的,當遇到外敵時,就會變得「面紅耳赤」,擺出一副劍拔弩張的架勢,來威脅外敵,這種體色由黑變紅的過程就是體內產生包接現象造成的,一切外敵被嚇避,包接化解除,蟹殼又回到原來的黑色。包接現象可用於化學的分離、合成等操作技術中。例如化學工業中有些同分異構物,衍生物很難分離2而利用包接化就很容易分離。如要分離直鏈的烷烴及帶有支鏈的烷烴,就可用尿素作為主體分子,它能形成一個筒,中間有直徑約5~6埃的空洞,可以將一般直鏈的烷烴裝入筒中。操作方法非常簡單:將尿素與直鏈烷烴在甲醇中加熱,即生成包接化合物沉澱,通過過濾將沉澱分離,再將沉澱物倒入水中,尿素溶解,直鏈烷烴浮在水上,而帶有支鏈的烷烴裝不進筒中去,就不能形成包接化合物沉澱,因此就能將直鏈和支鏈烷烴分離開來。