蜘蛛丝

人类利用蜘蛛丝始于1909年，在第二次世界大战时蜘蛛丝曾被用作望远镜、枪炮的瞄准系统中光学装置的十字准线，但20世纪90年代后开始对蜘蛛丝蛋白基因组成、结构形态、力学性能等有了深入研究，为蜘蛛丝商业化生产提供了可能性。

蜘蛛的肚子里有许多丝浆，它的尾端有很小的孔眼。结网的时候，蜘蛛便将这些丝浆喷出去。丝浆一遇到空气，就凝结成有粘性的丝，用它所结成的网，无论什么飞虫，一撞上就别想再跑掉。而蜘蛛的身上和脚上经常分泌出一层油质，粘丝是不粘油的。但是，一般飞虫是没有这层油质的，所以，蜘蛛网能牢牢地粘住飞虫却粘不住蜘蛛。

蜘蛛丝的理化性质与蚕丝相比，具有非常明显的优势，在力学强度方面，蜘蛛丝纤维与强度最高的碳纤维及高强合纤Aramid、Kevlar，等强度相接近，但它的韧性明显优于上述几种纤维。因此，蜘蛛丝纤维在国防、军事（防弹衣）、建筑等领域具有广阔的应用前景。天然蜘蛛丝主要来源于结网，产量非常低，而且蜘蛛具有同类相似的个性，无法像家蚕一样高密度养殖。所以要从天然蜘蛛中取蛛丝的数量很有限。随着现代生物工程发展，用基因工程手段人工合成蜘蛛丝蛋白是一种新突破不久就有可能成具有一定规模的人工蜘蛛丝纤维生产厂。

蜘蛛丝的主要化学成分是甘氨酸（NH-CH-COOH）、丙氨酸（NH-CH[CH]-COOH）及小部分的丝氨酸（NH-CH[CHOH]-COOH），加上其它氨基酸单体蛋白质分子链构成。外观上又细又柔软的蜘蛛丝之所以具有极好的弹性和强度，其原因在于：一方面，蜘蛛丝中具有不规则的蛋白质分子链，这使蜘蛛丝具有弹性；另一方面，蜘蛛丝中还具有规则的蛋白质分子链，这又使蜘蛛丝具有强度。

长期以来，科学家一直在研究如何大量制造蜘蛛丝的方法。丹麦阿赫斯大学的研究人员发现：蜘蛛造丝的蛋白质与酸接触时，它们之间相互叠合，连接成链状，从而使丝的强度大大增加。美国麻省的国家陆军生物化学指挥中心和加拿大魁北克内克夏生物科技公司（NexiaBiotechnologies）从蜘蛛身上抽取出蜘蛛基因植入山羊体内，让羊奶具有蜘蛛丝蛋白，再利用特殊的纺丝程序，将羊奶中的蜘蛛丝蛋白纺成人造基因蜘蛛丝，这种丝又称为生物钢（Bio-Steel）。用这种方法生产的人造基因蜘蛛丝比钢强4至5倍，而且具有如蚕丝般的柔软和光泽，可用于制造高级防弹衣。生物钢的用途广泛，还能制造战斗飞行器、坦克、雷达、卫星等装备的防护罩等。

首先让我们来看一下蛛网的结构。虽然不同种类的蜘蛛所织的网常有差异，但是一般都有放射状的蜘蛛丝和椭圆形的蜘蛛丝两种。蜘蛛在结网时，会先构筑放射状的骨架丝线———纵丝。纵丝主要是支撑蜘蛛网结构的，强度大，但无黏性。在骨架完成后，蜘蛛会接着以逆时针的方向织造螺旋状丝线，科学家称其为横丝。如果仔细观察，就会发现横丝上有水珠似的凸起，它们被称为黏珠，其黏性让误闯入的昆虫难以脱身。蜘蛛的高明之处就是它能吐出不同种类的丝。蜘蛛的腹部尾端一般有6至8个纺丝器，与每个纺丝器对应的是蜘蛛身上功能各异的腺体，每个脾体能产生不同的丝线原料，蜘蛛视需要而吐出不同的原料，从而织造出黏的和不黏的两种丝线。蜘蛛在网上活动时，会选择在没有黏性的纵丝上，避免被粘住。

大多数的蜘蛛（乃指新蛛亚目，即Araneomorphae）来说具有至少六种蜘蛛丝。不同的蜘蛛丝由不同之丝腺所生产，再经由各自的通道，最终由丝疣之处拉出。不同的蜘蛛丝也具有不同的物理性质，以达成不同的功能或建构复杂的蜘蛛网。大壶状腺丝大壶状腺丝（majorampullatesilk）是由大壶状腺所分泌，并由前丝疣拉出。其主要功能为蜘蛛随时都会牵引著的曳丝（dragsilk）、蜘蛛圆网上的辐射状丝（radiussilk）及骨架丝（framesilk）。曳丝是蜘蛛的保命绳索，避免蜘蛛突然坠落时直接坠落至地表；圆网上的纵丝及骨架丝都是作用于承受圆网上的张力，尤其是猎物冲撞上网的时候。因此，作用于这些功能时，丝必须能够承受较大的张力且不容易断裂，所以大壶状腺丝的物理性质也偏向强且硬，但缺点是延展性较低。小壶状腺丝小壶状腺丝（minorampullatesilk）由小壶状腺（minorampullategland）分泌，主要的功能与大壶状腺丝相似，但也是蜘蛛结网时暂时辅助性的鹰架，帮助蜘蛛在蜘蛛网上时固定身体与定位。鞭状腺丝鞭状腺丝（flagelliformsilk）由鞭状腺（flagelliformgland）分泌，其主要作用于圆网上螺旋状丝（spiralsilk）的轴心。当猎物上网时，猎物冲撞的能量主要由辐射状丝所承受，而具有黏性的螺旋状丝则负责将猎物纠缠住以防止猎物逃脱。为避免蜘蛛网上的猎物容易挣脱，鞭状腺作为横丝的轴心丝，虽然并不具有黏性，但具有极高的延展性使丝被拉扯再长也不易断裂。如此一来，任凭猎物再怎么拉扯，横丝依然不断地持续纠缠住猎物。聚状腺丝聚状腺丝（aggregatesilk）由聚状腺（aggregategland）分泌，负责生产黏液包覆在螺旋状丝的外部。这些水珠状的黏液，会一球一球地包覆在鞭状腺丝外侧，而达成螺旋状丝的黏性。葡萄状腺丝葡萄状腺丝（aciniformsilk）由葡萄状腺（aciniformgland）分泌。当蜘蛛逮到猎物时，蜘蛛会用第四对步足一次拉出一排一排的葡萄状腺丝将猎物包覆，使猎物不易挣扎而伤害到蜘蛛本身。换句话说，葡萄状腺丝就是猎物的裹尸袋。也因此，葡萄状腺丝具有很大的韧性，也就是需要较多的能量才能拉断它。此外，有些结网蜘蛛会在网上制作隐带（stabilimentum）。这些隐带是缠绕在网目上的丝，形成一片一片的“装饰物”，也正是以葡萄状腺丝制作。管状腺丝管状腺丝（tubuliformsilk）由管状腺（tubuliformgland）分泌。蜘蛛产卵时，雌蛛会先以蜘蛛丝制作一个卵囊，并将卵产在卵囊中使卵得到保护。管状腺的主要功能就是制作卵囊。为避免被其它动物吃掉卵囊内的卵，管状腺丝在所有不同蜘蛛丝之中具有最高的硬度。