你了解蜘蛛丝的秘密吗（8个关于蜘蛛丝的迷人事实）

几个世纪以来，科学家们试图利用蜘蛛丝的令人难以置信的特性，终于开始解开它的一些秘密。（照片：Krasimir Matarov / Shutterstock）

蜘蛛网很少给人留下良好的第一印象。即使你不是他们设计捕获的昆虫之一，你的脸上突然涂上丝绸也会令人烦恼，如果你不知道蜘蛛最终会在哪里，也可能会惊慌失措。

对于我们这些足以逃脱的人来说，蜘蛛丝值得再看一眼。它的创造者不仅比人们普遍认为的对人类的危害要小得多 - 而且通常比有害的更有帮助 - 但他们的丝绸是一种被大大低估的自然奇观。虽然这种超级材料值得欣赏，即使它对我们毫无用处，但它也恰好具有人类的巨大潜力。

有很多理由喜欢（或至少容忍）我们的蜘蛛节邻居，但如果你不能自己与蜘蛛和平，至少考虑为他们的丝绸做一个例外。除了捕捉蚊子和其他麻烦的昆虫，蜘蛛丝具有令人难以置信的能力，其中许多人都想模仿。经过几个世纪的尝试利用蜘蛛丝的魔力，科学家终于揭开了一些最有希望的秘密。

以下是蜘蛛丝如此壮观的原因，既是生物学的奇迹，也是生物模拟的宝库：

蜘蛛丝的重量比钢强。

蜘蛛丝必须不仅仅是粘性的，而且还要坚固且有弹性以防止逃逸。（照片：Nechaevkon / Shutterstock）

蜘蛛丝比棉质轻，比人类头发薄1000倍，但对于这种纤细的材料来说，它也非常强大。这种超大的力量对蜘蛛来说至关重要，因为蜘蛛需要它们的丝绸抵御一系列破坏性的力量，从被困昆虫的疯狂拍打到强大的风雨。

尽管如此，对于我们这种规模的动物来说，很难掌握蜘蛛丝的比例强度，除非我们用熟悉的术语来描述它。例如，将其与钢材进行比较可能听起来很荒谬，但在每重量基础上，蜘蛛丝更强。它可能缺乏钢的刚度，但它具有相似的拉伸强度和更高的强度 - 密度比。

“从数量上看，蜘蛛丝比同直径的钢的五倍，”解释了情况说明书，从化学的布里斯托尔大学医学院。根据美国化学学会（ACS）的说法，它还与Kevlar进行了比较，Kevlar具有更高的强度等级但是比某些蜘蛛丝更低的断裂韧性。蜘蛛丝也具有高弹性，在某些情况下伸展其原始长度的四倍而不会断裂，并保持其强度低于零下​​40摄氏度。

甚至有人建议 - 但显然没有经过测试 - 一支铅笔宽的蜘蛛丝束可以阻止飞行中的波音747。然而，在更自然的弯曲中，达尔文的马达加斯加树皮蜘蛛可以将拉丝丝拉伸到大河的25米（82英尺）处，形成世界上最大的蜘蛛网。

蜘蛛丝非常多样化。

一位大型的天体织布工在澳大利亚用缠绕的丝绸包裹它的猎物。（照片：Graham Winterflood [CC BY-SA 2.0] / Flickr）

与制造昆虫只能生产一种丝绸不同，蜘蛛制作的品种很多，每种都专门用于各种用途。生物学家和蜘蛛丝专家Cheryl Hayashi最近告诉美联社，没有人确定存在多少种类型，但研究人员已经确定了几种基本类别的蜘蛛丝，每种都由不同的丝腺产生。单个蜘蛛通常可以制作至少三种或四种丝绸，一些宝珠织工可以制作七种。

这里有七种已知类型的丝腺，每种丝用于：

• Achniform：生产缠绕丝，用于包裹和固定猎物。
• 骨料：为粘丝的外部产生“胶水”液滴。
• Ampullate（主要）：产生非粘性拉索，最强的蜘蛛丝类型。牵引丝用于多种用途，包括网的非粘性辐条和蜘蛛使用的支撑线，如电梯。
• Ampullate（次要）：来自小腹腔腺的丝绸不如来自主要腺体的牵引绳强，但由于其较高的弹性，它同样坚韧。它从很多方面用于从网络建设到包装猎物。
• 圆柱形：产生较硬的丝绸用于保护卵囊。
• Flagelliform：产生网状捕获线的弹性核心纤维。这些纤维涂有来自聚集腺的胶水，它们的弹性使胶水有时间工作，然后猎物就可以从网上反弹。
• Pyriform：产生连接线，形成连接盘，将丝线固定在表面或另一个线上。

Hayashi从几十种蜘蛛物种中收集了丝腺，但她和其他科学家仍然只是在表面划过，她告诉美联社，注意到世界上有超过48,000种蜘蛛物种已为科学所知。

蜘蛛制作丝绸风筝，弹弓，潜水艇等。

婴孩菊科植物螃蟹蜘蛛从cardoon花瓣迅速增加。（照片：thatmacroguy / Shutterstock）

丝绸为蜘蛛提供了广泛的住房选择，从标志性的螺旋腹板到管道，漏斗，活板门甚至潜水艇。后者主要由半海洋物种建造，如海滩栖息的鲍勃马利蜘蛛，这使得气室能够渡过高潮，但是有一种已知的物种 - 潜水钟蜘蛛 - 几乎在水下生活。它只是让它的气室抓住猎物或补充空气供应，但即使这种情况也不会经常发生，因为丝泡可以吸收外面水中的溶解氧。

丝绸也可用于运输。许多蜘蛛制造丝绸帆，让他们乘风吹长途旅行，被称为“气球”。这是蜘蛛从其出生地分散的常见方式，但有些物种也使用航空旅行作为成年人。即使没有风，蜘蛛仍然可以通过利用地球的电场来飞行。对于较短的旅行，一些天体编织者使用丝绸在猎物身上弹弓，依靠丝绸的弹性后坐力来像火箭一样加速。

在蜘蛛丝最奇怪的用途之一中，来自亚马逊热带雨林的一种物种使得被小栅栏包围的小丝塔成为可能。关于建造者的知之甚少，因为这些建筑模仿巨石阵，因此被称为丝绸之神蜘蛛。研究人员至少已经了解了Silkhenge本身的用途：它似乎是蜘蛛宝宝的保护性围栏。

当丝绸离开蜘蛛的身体时，丝绸从液体变为固体。

蜘蛛丝的魔力部分来自蜘蛛旋转的方式。（照片：Ian Fletcher / Shutterstock）

丝腺具有称为“纺丝原液”的流体，其中称为蛛丝蛋白的蛋白质排列在液晶溶液中。这通过从丝腺到喷丝板的微小管道传播，蛋白质开始排列并部分固化涂料。根据布里斯托尔大学化学学院的研究，来自多个丝腺的液体可以形成相同的喷丝头，让蜘蛛可以制作具有特定任务特性的丝绸。当它离开喷丝头时，液体涂料是实心丝。

科学家在2011年的研究报告中指出，蜘蛛丝的特性不仅来自蛋白质，还来自蜘蛛旋转它们的方式。他们写道，当人们从蜘蛛中采取蜘蛛并试图重新创造蜘蛛丝时，所产生的纤维“显示出与蜘蛛纺成的纤维完全不同的机械性能，这表明纺纱过程也至关重要”。

这是由所示cribellate蜘蛛，一大群具有专门器官物种称为cribellum，这使得丝用“机械粘性”而不是其他蜘蛛的液体胶。与典型的喷丝板不同，crbellum有数以千计的小龙头，都生产极细的线，蜘蛛将专用的腿部刷毛梳成单根的纤维。这种丝绸的纳米纤维不是粘合剂，而是通过与昆虫身体上的蜡质涂层融合而捕获猎物。

有些蜘蛛每天更换它们的网，但回收丝绸。

在佐治亚州的玛丽埃塔（Marietta），网上有一个支持多刺的圆球织布工。（照片：Erin Cogswell / Shutterstock）

Orb编织者倾向于在相对开放的区域建立他们的标志性网，这增加了他们捕捉猎物的机会 - 以及他们维持网络受损的机会。这些蜘蛛经常每天更换它们的网状物，有时即使它们看起来仍然很好，在晚上等待猎物之前。

这可能听起来很浪费，特别是考虑到所有蛋白质蜘蛛必须首先用于生产丝绸。然而，即使一个orb weaver无法在一夜之间捕获任何昆虫，它仍然通常有足够的丝蛋白质来撕下那个网并在第二天晚上建立一个新的。那是因为蜘蛛在去除旧网时会吃掉丝绸，为下一次尝试回收蛋白质。

6.蜘蛛'调'，像吉他一样拔丝。

即使是纤维网中的最轻微的振动，蜘蛛也可以学到很多东西。（照片：Khanistha Sridonchan / Shutterstock）

任何在网上看过蜘蛛的人都知道她会密切关注甚至轻微的震动，这可能表明被困的猎物。然而，近年来，科学家发现这比看起来要复杂得多。根据牛津大学牛津丝绸集团的研究人员的说法，与其他材料相比，蜘蛛丝可以独特地调谐到各种谐波。

研究人员解释说，蜘蛛会像吉他一样“调整”他们的丝绸，调整其内在特性以及网状物中线的张力和连接。蜘蛛腿上的器官让他们感受到丝绸中的纳米振动，这传达了关于多个主题的令人惊讶的详细信息。牛津丝绸集团的Beth Mortimer在一份关于调查结果的声明中说：“丝绸的声音可以告诉他们在网中纠缠的是什么类型的食物以及潜在配偶的意图和质量。” “通过像吉他弦一样拔出丝绸并听'回声'，蜘蛛也可以评估它的网状况。”

除了对蜘蛛令人印象深刻的能力有所了解之外，科学家们还热衷于从一种将极端韧性与传输详细数据的能力相结合的材料中学习。“这些特性在轻量化工程中非常有用，”牛津丝绸集团的Fritz Vollrath表示，“并且可能会产生新颖的，内置的”智能“传感器和执行器。”

7.一些蜘蛛丝似乎具有抗菌特性。

Tegenaria domestica，被称为普通家蜘蛛或谷仓漏斗织布机，可生产抑制某些细菌生长的丝绸。（照片：John A. Anderson / Shutterstock）

这种兴趣并不新鲜，因为人类几千年来一直在选择蜘蛛丝。波利尼西亚垂钓者长期依赖其韧性来帮助他们捕鱼，例如，某些地方仍在使用的方法。古希腊和罗马士兵使用蜘​​蛛网来阻止伤口流血，而喀尔巴阡山脉的人们则使用purseweb蜘蛛丝管治疗伤口。它的韧性和弹性很可能使它非常适合覆盖伤口，但据报道蜘蛛丝也被认为具有防腐性能。

根据现代研究，这些古老的蜘蛛丝鉴赏家可能已经有了一些东西。在2012年的一项研究中，研究人员将革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌暴露于来自普通家蜘蛛（Tegenaria domestica）的丝绸中，观察每种纤维如何在有丝和无丝的情况下生长。他们发现，革兰氏阴性试验几乎没有影响，但丝抑制了革兰氏阳性细菌的生长。这种效果是暂时的，表明活性剂具有抑菌作用而不是杀菌作用，这意味着它可以阻止细菌生长，而不必杀死细菌。由于蜘蛛丝也是可生物降解的，非抗原性和非炎性的，这暗示了显着的治疗潜力。

最近，科学家们已经找到了如何提高蜘蛛丝的这种天然特性，创造出一种人造丝，其中抗生素分子与纤维化学连接。研究人员在2017年报告称，丝绸可以对其环境中的细菌数量做出反应，随着细菌的生长，释放更多的抗生素。临床上使用它还需要一段时间，但据研究人员说，它也显示出前景，他们也在寻找用于组织再生的蜘蛛丝支架。

蜘蛛丝的黄金时代可能最终会临近。

这件披肩是用120万金色宝珠织布蜘蛛的丝绸手工绣制而成的，这个过程耗时8年。据报道，鲜黄色是蜘蛛丝的天然颜色。（照片：Oli Scarff / Getty Images）

尽管我们对蜘蛛丝的长期着迷，人类也在努力利用其更大规模的力量。我们在养殖蜘蛛方面遇到了麻烦，就像我们对蚕一样，部分原因在于它的创造者具有领土性，有时甚至是同类相食。由于它们的丝绸细腻，可以生产一平方码的布料需要400只蜘蛛。例如，为了制作上图所示的蜘蛛丝披肩，一支由80人组成的团队花了8年的时间从​​马达加斯加的120万只野生黄金球形蜘蛛中收集丝绸（之后又回到了野外）。

蜘蛛养殖的替代方案是创造合成蜘蛛丝，无论如何，这对我们和蜘蛛来说都是更好的选择。然而，即使在科学家们开始揭示蜘蛛丝的化学结构之后，这也是难以捉摸的。根据“科学”杂志的报道，蜘蛛丝基因于1990年首次被克隆，让研究人员将其添加到可能更好地批量生产丝绸的其他生物体中。从那时起，各种生物经基因工程制造蜘蛛丝蛋白，包括植物，细菌，蚕甚至山羊。然而，这些蛋白质通常比真正的蜘蛛丝更短更简单，而且由于其他生物都没有喷丝头，研究人员仍然必须自己旋转丝绸。

尽管如此，经过多年的挫折，人们期待已久的合成蜘蛛丝时代可能终于临近。现在，有几家公司宣称他们有能力从大肠杆菌，酵母和蚕中制造蜘蛛丝蛋白，用于从皮肤乳液到医疗器械的各种用途。我们可能仍然需要等待防弹背心和其他由重组蜘蛛丝制成的坚韧面料 - 一个“尚未完全存在的任务”，Hayashi在2017年告诉科学 - 但与此同时，科学家们又少了一个突破着名的节肢动物产品：蜘蛛胶。

蜘蛛胶的珠子紧贴着一串捕获螺旋丝。（照片：Sarah Stellwagen [CC BY-ND 4.0] /对话）

今年6月，两位美国研究人员发表了第一个完整的两个基因序列，这些基因让蜘蛛产生胶水，这是一种粘性的改良丝绸，可以将蜘蛛的猎物粘在网上。该研究的作者解释说，这有几个原因，这是一个大问题。首先，他们使用了一种创新的方法，可以帮助科学家对更多的丝和胶基因序列进行排序，这些基因由于其长度和重复结构而难以排序。研究人员说，到目前为止，只有大约20个完整的蜘蛛丝基因已被测序，并且“与那里的相比相形见绌”。

他们补充说，最重要的是，蜘蛛胶比丝绸更容易大规模生产，并且可以提供独特的好处。虽然模仿蜘蛛将流体涂料转化为丝绸的方式仍然是一个挑战，但蜘蛛胶在所有阶段都是液体，这可能使其更容易在实验室中生产。共同作者，巴尔的摩郡马里兰大学博士后研究员Sarah Stellwagen在一份声明中表示，它也有可能进行有机害虫防治。例如，农民可以将它喷洒在谷仓壁上以保护牲畜免受叮咬昆虫的侵害，然后将其冲洗干净，而不必担心受农药污染的径流造成的水污染。它也可以喷洒在粮食作物上，遏制对人类健康没有危害的害虫，或者在蚊子叮咬的地区。

毕竟，Stellwagen指出，“这些东西演变为捕获昆虫猎物。”

现在，在蜘蛛出现3亿年后，他们的丝绸和胶水也捕获了其他东西：我们的想象力。如果蜘蛛可以帮助我们学习制作更坚韧的面料，更好的绷带，更安全的害虫控制和其他进步，也许我们甚至可以原谅他们在面部层面编织所有这些网。

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