智力抢答:谁最爱蛛丝?
哈哈,答案是:蜘蛛人!你猜到了吗?
其实,喜欢蛛丝不仅仅是蜘蛛人,还有科学家。因为,丝实在具有不少超能力。
丝的用处多
现在,丝已经被广泛运用于编织衬衫、领带等。将来,丝状管线很可能会被运用到制作非常坚韧的防弹背心,轻但非常结实的降落伞绳子,也许还能被用于一些体内的非常微妙的作业。学者们现在正在试验用丝做生长细胞的支撑,就像建筑施工队会在建筑物周围安装脚手架,以保证在施工过程中所有东西的稳定性,丝也许是一种能够保证生长细胞稳定的好材料。
科学家们认为丝很有用,它不仅非常坚硬,而还很有弹性。现在大多数坚韧有弹性的纤维材料都是用石油制品而制成的,而这些纤维里都含有太多的化学成分。如果科学家们能知道天然丝的制造者是如何造丝的,就可能不再需要那些化学物品了。
产丝的动物有哪些呢?蚕、蜘蛛……没错,科学家从它们身上学到很多关于丝的知识,不过,在对昆虫、蚂蚁和蜜蜂的研究中,更解决了不少棘手的问题。
古老的蜘蛛古老的丝
在地球上,蜘蛛是最古老的动物之一——科学家已经找到了生活在大约三亿八千万年前蜘蛛的化石!如果没有它们,我们该有多麻烦,毕竟很多害虫都被它干掉啦。可是,真正知道它们的人并不多,比如,它们种类极多,目前已知的就有37500多种(已知的鸟类只有10000种)。
还有人经常把蜘蛛和昆虫,以及壁虱、螨虫、蝎子等蛛形纲动物混为一谈。但是,蜘蛛不是昆虫!
大多数蜘蛛能吐丝,它们的腹部有专门吐丝的地方。就在它们腹部较低的地方,甚至还进化成了特殊的组织:像喷丝的水龙头一样的吐丝管。这些丝混合在腺体中,并隐藏在吐丝管的外面。蜘蛛并不能像电影里蜘蛛侠那样能远远喷出丝,但它们却能将丝系在像树枝之类的东西上,然后再以该地为起点,慢慢移动,这就是蜘蛛如何将丝拉出来的。
为了喷出不同种类的丝,一只蜘蛛通常有很多个腺体以及喷丝头。在众多的蜘蛛网中,大多数蜘蛛都用像钢铁一样坚硬的牵引丝来做外缘和辐条部分。这能保证如果它们从高架或树枝上掉下来,保护自己的安全。蜘蛛网的里面,也就是昆虫比如嗡嗡叫的苍蝇被逮住的地方,蜘蛛们经常会选用一种非常粘的丝。至于用来包裹这些新鲜的“点心”的,是另一种丝。而用来包裹和保护它们卵的,是另外一种丝,非常硬。
要注意的是,不只是蜘蛛这样会织网的才会吐丝,科学家近来发现狼蛛,这种不住网上,住在洞穴里的动物,脚的末端也有吐丝管,也能吐丝。
蚕丝蛛丝大不同
几百年来,人们就知道如何养蚕,也习惯了收集蚕丝。蚕其实是产丝的蛾的幼虫。当它要变成蛾的时候,就会从自己用很长很长丝纤维做成的茧中旋转而出。一个茧拆开的丝有600-900米长。蚕丝除了可以制成上乘的装饰、被单等,医生用来缝合伤口。但蚕丝也有缺点。蚕蛹为了紧紧包裹住自己,会把自己的蛹弄的黏黏的,而有时人会对这种黏性物质产生过敏反应。而且蚕蛹也只能释放出一种丝。
但蜘蛛就不一样了,它能吐出各种各样的丝!不过,人们无法建一个“蜘蛛饲养场”来收集丝,原因很简单,只要有桑叶可以吃,蚕蛹们并不反感挤在一起。但大多数蜘蛛喜欢独居,当它们被迫集中到一个地方时,为了争夺地盘和食物,甚至会干掉对方,因此,科学家们正在研究蜘蛛是如何制造丝的,希望这种技术能被复制,或者甚至复制到其他的动物身上。兰迪·刘易斯说:“蜘蛛丝是一种理想的原材料,如果能模仿,就能够消除现在应用人造纤维所带来的很多可怕的问题。”
蜘蛛的丝:牛!
人们研究最多的蛛丝基本来自于金丝蛛、新妇蛛、欧洲园蛛和十字园蛛。它们的丝让科学家们惊喜不已。兰迪·刘易斯认为,用蛛丝做成的直径为一英尺的线能够把波音747客机从天上拽下来。蛛丝很轻,如果用来制作贴身装甲、降落伞绳,甚至航空母舰上的绳子,将是非常好的材料。
蛛丝对人体似乎也很有用处,卡布兰说。例如,科学家们已经用牵引丝制成了很薄的薄膜,将来可以用于包扎伤口。蛛丝还能用于制作多孔的、有洞的凝胶和海绵。当海绵、纸巾、骨头以及神经元细胞中加入了蛛丝后,它们就会在生长过程中变得更加坚硬稳固。而一旦当这些细胞有足够的生长时间以后,这种丝海绵就会渐渐散开或者失去效用。
制造丝,现在开始!
神奇的蛛丝,主要组成部分是各种各样复杂的蛋白质,但蛋白质的具体种类取决于是哪那种蜘蛛吐的,以及它想吐的是什么丝。因此,想在实验室里制作,困难实在不少。
于是,许多科学家想到了其他办法,比如把这种能够制丝的基因移植到别的物种身上(像山羊)。现在,怀俄明大学有许多这样的山羊,这种产丝的基因只能被移植存在于山羊产奶的细胞中,所以当这些山羊产奶的时候,在奶中会有丝。但目前,还很难从奶中提取大量的丝。里维斯解释道,一升的奶中大概只含有15克的丝,这意味着,600加仑的奶才能做成一件防弹衣——太浪费了!里维斯说,牛奶非常容易结块,可能是因为丝蛋白容易和牛奶蛋白容易粘黏。
澳大利亚堪培拉联邦科学与工业研究组织的一位科学家塔拉·桑德兰,则致力于研究其他昆虫制造的丝(不是蚕)。要知道,许多种昆虫都能制造丝,尽管每种昆虫只能制造一种丝。桑德兰把注意力集中在蜜蜂、黄蜂和蚂蚁制造的丝上。因为蜜蜂和蚂蚁的丝尽管比不上蛛丝,但比蚕丝更结实,更稳固,而且蜜蜂的丝中所含的蛋白质较为简单,更利于科学家们制作大量的丝以供需要。
她这样描述道:“试想一下,在一个蜂窝中,每个新生的蜜蜂被包裹在一个光滑的茧里,当你把蜡拿开,看到养蜂的地方竟然有丝,美丽的一层金丝,会是什么感觉?”
桑德兰说,蜜蜂的丝是用来保护在蜂窝里的幼蜂的,蜜蜂的丝很可能有对蜂巢的支撑作用以及防止蜂蜡变热融化。
桑德兰还研究织工蚁,它们会用自己吐出的丝将树叶裹起来形成巢穴。好像只有幼织工蚁才能够吐丝,成年织工蚁拽着吐丝的幼织工蚁移动,形成它们需要的丝状巢穴。
像蜜蜂之类的有刺的昆虫,吐的丝和其他丝的结构不同,桑德兰说,它们之间的区别就像意大利面中螺纹面和扁面条一样。