蜘蛛絲為何堅韌無比？全靠蜘蛛這個小動作→

電影《蜘蛛俠2（Spider-Man 2）》劇照

你或許曾在《蜘蛛俠》電影中驚嘆于彼得·帕克射出的神奇蛛絲——它能拉起失控的列車，編織成比鋼鐵更堅韌的防護(hù)網(wǎng)，甚至讓超級英雄在城市天際線間自由擺蕩。

在自然界，蜘蛛絕對是一位低調(diào)的“材料大師”。它們用肉眼不可見的纖細(xì)蛛絲編織出比防彈衣更堅韌的網(wǎng)，這種看似脆弱的絲線中藏著令科學(xué)家癡迷百年的秘密。

最近，美國西北大學(xué)的團(tuán)隊終于破解了這道“蛛絲密碼”，事實上，蜘蛛在吐絲時用后腿輕輕一拽的動作，竟是一場分子級別的精密鍛造。

蜘蛛：纖維設(shè)計的天然大師

蜘蛛絲是蜘蛛腹部末端的紡器分泌出來的蛛絲蛋白和輔助蛋白遇到空氣固化，聚合成的絲狀物，用于織網(wǎng)或組建其他結(jié)構(gòu)。

蜘蛛絲可作為粘性陷阱捕捉獵物、在蜘蛛捕獵前纏住和束縛獵物、傳遞觸覺信息，或作為巢穴或繭保護(hù)后代。

蜘蛛可以用絲從高處懸掛自己、在空中漂浮或滑翔以躲避捕食者。大多數(shù)蜘蛛根據(jù)其用途會改變絲的厚度和粘性。

科學(xué)家長期關(guān)注蜘蛛絲研究，因其性能卓越：強度超過同等直徑的鋼材，韌性優(yōu)于凱夫拉（Kevlar）纖維，彈性堪比橡膠，是材料界的“六邊形戰(zhàn)士”。蜘蛛絲是最強的有機纖維，其可生物降解的特性更使其成為醫(yī)用理想材料。

例如，可用作手術(shù)縫合線或傷口閉合粘合膠，隨后這些材料可在體內(nèi)無害自然降解。但通過養(yǎng)殖蜘蛛獲取天然蛛絲成本高昂、能耗巨大且操作困難。因此，實驗室人工合成蛛絲材料成為研究重點。

多年來已有研究人員成功改造微生物生產(chǎn)蛛絲蛋白，通過手工拉伸工程蛛絲，已制出與蛛絲媲美的人工纖維。盡管我們掌握了蛛絲“配方”，紡絲過程如何改變纖維結(jié)構(gòu)與強度仍是未解之謎。

蜘蛛絲強化機制：拉伸誘導(dǎo)的分子有序化

模擬拉伸絲纖維圖

西北大學(xué)研究團(tuán)隊通過分子動力學(xué)模擬研究了拉伸如何改變蛋白質(zhì)的順序、蛋白質(zhì)之間的連接以及纖維內(nèi)分子的運動。研究發(fā)現(xiàn)，蜘蛛在紡絲過程中后肢的拉伸動作，本質(zhì)上會使蛋白質(zhì)“排列整齊”，從而增加了纖維的整體強度。

他們還發(fā)現(xiàn)拉伸可以增加氫鍵的數(shù)量，氫鍵充當(dāng)了構(gòu)成纖維的蛋白質(zhì)鏈之間的橋梁，有助于提高纖維的整體強度、韌性和彈性。與剛產(chǎn)生的蛛絲相比，拉伸至初始長度六倍的蛛絲強度會大幅提升。

這項研究不僅破解了蜘蛛絲的力學(xué)密碼，更展現(xiàn)了跨學(xué)科研究的強大生命力。從分子生物學(xué)的基因編輯，到流體力學(xué)的紡絲工藝，再到材料科學(xué)的性能優(yōu)化，多領(lǐng)域的知識融合催生了革命性技術(shù)突破。

在未來，蜘蛛絲將涉及我們生活的方方面面，從手術(shù)室的無痕縫合到火星基地的輕量化建材，這條源自蜘蛛紡器的絲線，正在編織一個更堅韌、更可持續(xù)的未來。

當(dāng)我們驚嘆于蛛絲的性能時，更應(yīng)深思其背后的自然智慧。蜘蛛不是等待被模仿的對象，而是跨越億萬年時空的導(dǎo)師。它們的紡器里旋轉(zhuǎn)的不只是絲線，更是一套歷經(jīng)自然選擇淬煉的生存策略——用最少資源獲取最大效益，在滿足功能需求的同時與生態(tài)系統(tǒng)和諧共存，這正是人類工程學(xué)追求的終極目標(biāo)。

人類或許無需幻想外星科技或反重力引擎，地球生命用38億年寫就的代碼庫中，藏著無數(shù)待解的技術(shù)密碼。正如蛛絲研究揭示的真理，最偉大的創(chuàng)新，往往始于對自然謙卑的觀察。

參考資料：

[1]https://scitechdaily.com/stronger-than-steel-tougher-than-kevlar-spider-silks-secret-finally-revealed/

[2]https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250307144702.htm

[3]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr3833

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Spider_silk

編譯：楊雨鑫

策劃：劉穎 張超 李培元 楊柳

審核：國家動物博物館科普主管 王傳齊