达尔文树皮蛛(图片来源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bark_Spider_2011.jpg)
蜘蛛中最强的织网王者:达尔文树皮蛛
达尔文树皮蛛发现于马达加斯加的Andasibe-Mantadia国家公园,并于2009年以生物学家达尔文的名字命名,以此来纪念他的代表作《物种起源》发表150周年。
达尔文树皮蛛吐的丝强度达到了12x1010Pa。如果说普通蜘蛛的蛛丝强度在目前已知的所有天然丝和人造丝中难觅对手,那达尔文树皮蛛的蛛丝强度已然到了独孤求败的程度。这种蛛丝的硬度是杜邦公司生产的人造纤维材料凯夫拉(广泛用于坦克、装甲车以及防弹衣)的十倍,几乎可以同时逼停四辆影片中的地铁。达尔文树皮蛛还编织出了所有蜘蛛中最大的网,宽度达到了25米。而你可能会觉得这种蜘蛛一定是个庞然大物,实则不然,雌蛛身长不到2cm,只有指甲盖般大小;雄蛛的体积就更小了,只有雌蛛的五分之一。
五级结构成就蜘蛛网超强韧性
蜘蛛丝之所以有如此高的强度和韧性,与蜘蛛丝内部巧妙独特的分级结构密不可分。
首先,蜘蛛丝的一级结构是由氨基酸分子之间通过氢键(分子之间的一种相互作用力)彼此紧密相连形成的氢键β-链,氢键β-链再通过氢键相互连接够成蛛丝的二级结构——氢键β-片状纳米晶体。
氢键β-片状纳米晶体嵌入到半无定型状态的β-转角多肽链中形成α-螺旋结构,也就是蛛丝的三级结构——蛋白质纳米复合结构。这一结构是蛛丝呈现高强度和高弹性的关键因素,使得蛛丝在拉伸、弯曲等形变过程中既能有足够的相互作用力彼此牵引咬合,又能给蛛丝提供足够的活动空间,使其能产生较大的形变而不至于断裂。
由数百条三级结构形成的丝原纤维被包裹层、外表皮捆绑在一起,发挥合力作用,进一步放大了蛛丝的韧性和强度,最终形成了直径在微米级的四级结构——蜘蛛丝以及由蜘蛛丝编织成的五级结构——蜘蛛网。
蜘蛛丝应用前景广阔但难以商业化应用
蜘蛛丝具有高弹性、高韧性、高吸水性、质量轻和可生物降解等诸多优点,使得它在很多领域,如:航空航天领域(人造卫星的结构材料及复合材料和宇航服)、军事领域(坦克、装甲、飞机,防弹衣和降落伞等)、工业领域(高强度材料,车轮外胎等)、医学领域(人造组织或器官、可降解手术缝合线等生理组织和生物材料)以及纺织领域(服饰、围巾等)都有着巨大的应用前景。
但是迄今为止,蜘蛛丝的商业化应用还没有实现,这是因为蜘蛛不同于家蚕可以大规模人工饲养,蜘蛛具有自相残*、同类相食的特性。你可能注意到,生活中很难见到一张蛛网上同时生活着两只蜘蛛。不过随着科技的发展,科学家利用转基因技术,将蜘蛛丝注入到蚕卵中,这样在家蚕的基因链中就有了蜘蛛吐丝的基因,利用这种“借鸡下蛋”转基因技术,有望实现蜘蛛丝的大规模生产制备。
现实世界中的蜘蛛由于相貌多丑陋狰狞,常常令人毛骨悚然、避之不及,这种形象和影片中英俊善良的蜘蛛侠简直“判若两蛛”。
实际上,相对于人类的生活生产而言,大部分蜘蛛还是属于益虫的。因为它不破坏粮食庄稼,既能捕食苍蝇、蚊子等害虫,又能入药。即便极少数蜘蛛带有一定的毒性也很难带来致命的伤害,人被蜘蛛伤而致死的几率甚至比被蜜蜂蛰死的几率还要小得多。
在大多数情况下,蜘蛛绝不会主动攻击人类。即便攻击人类,蜘蛛的牙齿也很难刺穿人的皮肤,所以我们不能因为人家长得丑就“以貌取蛛”,这是很不客观、很不科学的。