科普中國·吉林行|蜘蛛吐絲的秘密

2021-02-08 掌上吉林

「小小諸葛亮,穩坐中軍帳,擺起八卦陣,單捉飛來將」,猜一種動物。相信大家很快就能猜出來,這是蜘蛛。蜘蛛一般獨行,很少群居,靠自己單打獨鬥生活在動物世界裡,而各種形狀的蜘蛛網是它們的武器。那麼所有的蜘蛛都會吐絲嗎?


答案是肯定的,但只有差不多一半的蜘蛛會織網。有的蜘蛛吐絲是為了幫助逃跑,比如吐絲包裹保護自己,又比如從天花板吊一根絲到半空或者地面。蜘蛛吐絲到底有什麼秘密呢?


不同的蛛絲在強度、彈性和韌度等特性上都有所不同,但是通過和自然材料、合成材料研究對比,發現蛛絲要比它們結實得多,每根蜘蛛絲的抗拉強度是鋼材的2倍,彈性也比人造纖維好得多。比如,蜘蛛網可以延伸到原長的10倍,而尼龍一旦延展到原長的20%就會發生斷裂。


通過觀察發現,每一種蜘蛛身後都跟著一條蛛絲,我們把它叫做牽引絲,這種絲可以說是蜘蛛的生命線,對蜘蛛起著很重要的作用。當蜘蛛從上面掉下來時,它作為保險繩,保證蜘蛛的生命安全;當蜘蛛遇到危險時,它又作為電話線,及時向蜘蛛傳遞警報,保證蜘蛛及時逃跑;同時,蛛網最重要的放射狀半徑線也是牽引絲組成的。


經過進一步研究發現,牽引絲包含兩種不同蛋白質,每種蛋白質由三個具有不同物理特性的區域組成。其中一個區域的蛋白有非晶質基質形成,這種基質延伸性很好,使蛛絲有了足夠的彈性,因此當獵物進入蛛網時,基質的延伸性可以緩解獵物帶來的衝擊力,使蛛網不被衝破,起到保護蛛網的作用。其他兩個區域的蛋白具有很強的彈性和韌性,這是蛛絲無比堅韌的原因。這兩個區域的蛋白組織結構是結晶體,一種結晶體剛性強一些,一種相對弱一些,它們相互緊緊地呈褶狀交織在一起。其中相對弱的結晶體在與強剛性的結晶體緊密相褶的同時,還與另一個區域的柔性基質相互作用結合。這樣,蛛絲的剛性部和彈性部就完美地融合在一起了,使蛛絲既有很強的堅韌性又有很強的彈性。


由於蜘蛛絲具有強度大、柔軟、彈性好等諸多特點,這種結構也逐漸為人們所認識,因此它已在很多領域有著重要的應用。利用蛛絲的抗衝擊能力,它可以用來做新型的防彈衣、防彈頭盔、降落傘。利用蛛絲的強度,它可以用來做攀巖繩、航空母艦上幫助飛機降落的繩索等;利用蛛絲的柔軟,它可以用來做全球展示會上最時尚的面料;利用蛛絲的纖細,它可以用來做手術縫合線等。隨著科技的發展,對於我們來說蛛絲的特性連同它們自身給我們帶來的靈感,都是一筆自然賜予的寶貴財富。了解蜘蛛吐絲背後這些鮮為人知的秘密,也許會給絲纖維行業帶來一場新的革命。相信在不遠的將來,蛛蛛絲會在我們日常生活中得到廣泛應用,成為新一代高級材料。

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