你或許曾在《蜘蛛俠》電影中驚歎於彼得·派克射出的神奇蛛絲——它能拉起失控的列車，編織成比鋼鐵更堅韌的防護網，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的“材料大師”。它們用肉眼不可見的纖細蛛絲編織出比防彈衣更堅韌的網，這種看似脆弱的絲線中藏著令科學家癡迷百年的秘密。

最近，美國西北大學的團隊終於破解了這道“蛛絲密碼”，事實上，蜘蛛在吐絲時用後腿輕輕一拽的動作，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，用於織網或組建其他結構。

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、傳遞觸覺資訊，或作為巢穴或繭保護後代。

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。大多數蜘蛛根據其用途會改變絲的厚度和粘性。

科學家長期關注蜘蛛絲研究，因其性能卓越：強度超過同等直徑的鋼材，韌性優於凱夫拉（Kevlar）纖維，彈性堪比橡膠，是材料界的“六邊形戰士”。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用理想材料。

例如，可用作手術縫合線或傷口閉合粘合膠，隨後這些材料可在體內無害自然降解。但通過養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。儘管我們掌握了蛛絲“配方”，紡絲過程如何改變纖維結構與強度仍是未解之謎。

蜘蛛絲強化機制：拉伸誘導的分子有序化

西北大學研究團隊通過分子動力學類比研究了拉伸如何改變蛋白質的順序、蛋白質之間的連接以及纖維內分子的運動。研究發現，蜘蛛在紡絲過程中後肢的拉伸動作，本質上會使蛋白質“排列整齊”，從而增加了纖維的整體強度。

他們還發現拉伸可以增加氫鍵的數量，氫鍵充當了構成纖維的蛋白質鏈之間的橋樑，有助於提高纖維的整體強度、韌性和彈性。與剛產生的蛛絲相比，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密碼，更展現了跨學科研究的強大生命力。從分子生物學的基因編輯，到流體力學的紡絲工藝，再到材料科學的性能優化，多領域的知識融合催生了革命性技術突破。

在未來，蜘蛛絲將涉及我們生活的方方面面，從手術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、更可持續的未來。

當我們驚歎於蛛絲的性能時，更應深思其背後的自然智慧。蜘蛛不是等待被模仿的物件，而是跨越億萬年時空的導師。它們的紡器里旋轉的不只是絲線，更是一套歷經自然選擇淬鍊的生存策略——用最少資源獲取最大效益，在滿足功能需求的同時與生態系統和諧共存，這正是人類工程學追求的終極目標。

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，藏著無數待解的技術密碼。正如蛛絲研究揭示的真理，最偉大的創新，往往始於對自然謙卑的觀察。

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