蜘蛛吐丝的秘密

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科普中国-科学原理一点通 2019-04-16 作者:黄少华

  “小小诸葛亮,稳坐中军帐,摆起八卦阵,单捉飞来将”,猜一种动物。相信大家很快就能猜出来,这是蜘蛛。蜘蛛一般独行,很少群居,靠自己单打独斗生活在动物世界里,而各种形状的蜘蛛网是它们的武器。那么所有的蜘蛛都会吐丝吗?

  蜘蛛吐丝的秘密 

  答案是肯定的,但只有差不多一半的蜘蛛会织网。有的蜘蛛吐丝是为了帮助逃跑,比如吐丝包裹保护自己,又比如从天花板吊一根丝到半空或者地面。蜘蛛吐丝到底有什么秘密呢?

  不同的蛛丝在强度、弹性和韧度等特性上都有所不同,但是通过和自然材料、合成材料研究对比,发现蛛丝要比它们结实得多,每根蜘蛛丝的抗拉强度是钢材的2倍,弹性也比人造纤维好得多。比如,蜘蛛网可以延伸到原长的10倍,而尼龙一旦延展到原长的20%就会发生断裂。

  通过观察发现,每一种蜘蛛身后都跟着一条蛛丝,我们把它叫做牵引丝,这种丝可以说是蜘蛛的生命线,对蜘蛛起着很重要的作用。当蜘蛛从上面掉下来时,它作为保险绳,保证蜘蛛的生命安全;当蜘蛛遇到危险时,它又作为电话线,及时向蜘蛛传递警报,保证蜘蛛及时逃跑;同时,蛛网最重要的放射状半径线也是牵引丝组成的。

  经过进一步研究发现,牵引丝包含两种不同蛋白质,每种蛋白质由三个具有不同物理特性的区域组成。其中一个区域的蛋白有非晶质基质形成,这种基质延伸性很好,使蛛丝有了足够的弹性,因此当猎物进入蛛网时,基质的延伸性可以缓解猎物带来的冲击力,使蛛网不被冲破,起到保护蛛网的作用。其他两个区域的蛋白具有很强的弹性和韧性,这是蛛丝无比坚韧的原因。这两个区域的蛋白组织结构是结晶体,一种结晶体刚性强一些,一种相对弱一些,它们相互紧紧地呈褶状交织在一起。其中相对弱的结晶体在与强刚性的结晶体紧密相褶的同时,还与另一个区域的柔性基质相互作用结合。这样,蛛丝的刚性部和弹性部就完美地融合在一起了,使蛛丝既有很强的坚韧性又有很强的弹性。

  由于蜘蛛丝具有强度大、柔软、弹性好等诸多特点,这种结构也逐渐为人们所认识,因此它已在很多领域有着重要的应用。利用蛛丝的抗冲击能力,它可以用来做新型的防弹衣、防弹头盔、降落伞。利用蛛丝的强度,它可以用来做攀岩绳、航空母舰上帮助飞机降落的绳索等;利用蛛丝的柔软,它可以用来做全球展示会上最时尚的面料;利用蛛丝的纤细,它可以用来做手术缝合线等。随着科技的发展,对于我们来说蛛丝的特性连同它们自身给我们带来的灵感,都是一笔自然赐予的宝贵财富。了解蜘蛛吐丝背后这些鲜为人知的秘密,也许会给丝纤维行业带来一场新的革命。相信在不远的将来,蛛蛛丝会在我们日常生活中得到广泛应用,成为新一代高级材料。

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