神奇的蜘蛛絲｜科普小課堂

蜘蛛的絲是無限的嗎

蜘蛛的典型圓網，在雨後網上有露珠。 陳冰心攝

蜘蛛吐絲可能是世界上最神奇的事之一了。蜘蛛絲織成的網充滿彈性及韌性，不僅可以抵擋風吹雨淋，還可以捕羅各種大小蚊蟲，卻不會讓自己黏纏在絲上，於是科學家便突發奇想：善用加強蜘蛛絲的韌性，是不是可以用來護身防彈或做成像武俠小說中刀槍不入的軟金甲呢？

蜘蛛在卡通中大都扮演反派分子，大部分人對它的印象並不佳。但其實全球的4萬多種蜘蛛中，大部分都是益蟲，它們會吃掉家中的蟑螂等小昆蟲，因此如果你家打掃得乾乾淨淨，它們根本就不屑光顧。

蜘蛛屬於節肢動物門裡的蛛形綱，大多是肉食性，會運用毒液把獵物分解，再以吮吸的方法進食。蜘蛛的習性隨種類不同有很大差異，有些是遊獵性的，依靠優秀的跳躍能力和爆發力，快速撲向獵物並注射毒液；有些具保護色，會利用擬態讓昆蟲措手不及；有些則是穴居性的，挖洞以捕捉不幸的小動物。

蜘蛛的大小差異更是令人瞠目結舌，最大的比手掌還大，但大部分甚至不如小拇指的指甲大。蜘蛛還有許多令人驚歎的事蹟，如世界著名的黑寡婦蜘蛛，體長僅2。5釐米，毒素卻讓人聞之色變。

在人們的印象中，大多數蜘蛛都是結網的，而它們所結成的網也都各有自己的風格，從最常見的圓形網，到平鋪於地面的管狀網或看起來很舒適的帳幕網都曾經發現過。常去登山的人對於蜘蛛網應該不會陌生，那種可怕的延展力在登山人心中總會留下不好的回憶。

蜘蛛結網是運用尾部的絲囊分泌蜘蛛絲，以製成一層堅固的網子捕捉飛行的昆蟲或其他小動物。許多人會好奇：“為什麼蜘蛛走在網上，卻不會被自己的網子黏住？”其實，蜘蛛所織的網非常複雜，如同人類在建築時，會根據不同的功能而使用不同的原料，蜘蛛共有多種不同的腺體，每種腺體制造出來的絲，功能都不一樣。蜘蛛聰明地運用這些不同功能的絲製造完美的捕食網，有些種類的絲甚至可用以保護蜘蛛卵以免被其他生物掠食。

蜘蛛絲非常細，直徑大約1微米，約為頭髮的十分之一，強韌性卻優於同等粗細鋼絲的5倍。在電影《蜘蛛俠》中，主角曾以蜘蛛絲擋下地鐵的情節，英國萊斯特大學3名物理系學生就據此研究分析其可能性。

根據這3名學生髮表在英國《物理特殊主題》期刊上的《無所不能的蜘蛛》文章指出，若考量列車及乘客的重量是20萬公斤，列車以時速88。5公里行駛，讓列車停止所花的時間是50秒，則需花30萬牛頓的力才能使列車停下來。再假設蜘蛛人射出了6束蜘蛛絲，每束寬約5釐米，結果顯示確實有可能使快失控的地鐵停下來，由此可見蜘蛛絲超強的韌性遠超乎我們的想象。

由於蜘蛛絲是如此神奇，如何有效地生產蜘蛛絲就成了當今科學家密切關注的議題。科學家本想以大量養殖蠶寶寶的方式獲取蜘蛛絲，卻發現蜘蛛是肉食動物，具有領域性且彼此會互相殘殺，使得此路不通。但國外實驗室巧妙地找到蜘蛛絲的基因，再利用基因工程技術把這基因轉殖到蠶身上，希望能獲得有蜘蛛絲強韌性質的蠶絲。

德國一家公司也透過生物技術成功製造了類似蜘蛛絲的絲蛋白纖維，並已開始銷售，其產品應用非常廣泛，包括各類紡織纖維產品、醫藥類產品及化妝品。例如2016年11月在紐約展示了世界第一款由蜘蛛絲製成的效能鞋。這款產品擁有非常優異的強韌性和彈性，且質感非常柔軟，比起傳統的人造纖維輕百分之十五，而且還能百分之百生物降解。

人工合成蜘蛛絲具有高強度、高彈性、柔軟、質輕等特點，是目前紡織纖維產業急需發展的重要材料，若能控制成本並順利量產，未來的應用前景非常寬廣。

在軍事科學應用上，蜘蛛絲因結構特殊，具有吸收巨大沖擊能量的能力，是自然界最堅韌的材料之一，又因優異的強韌性，使其僅需極微量就可達到防彈效果，製成的防彈衣將較目前廣泛使用的防彈衣更輕盈，未來甚至可做成如T恤般的造型。

在醫療衛生應用上，在古老傳統中，蜘蛛絲曾用來治療傷口，主因是蜘蛛絲與人體的生物相容性佳，不會產生排斥現象，可降解且具殺菌性，也可抑制傷口的細菌和真菌感染。另外，蜘蛛絲的化學組成是絲蛋白，有促進凝血的功能，是非常理想的生物材料。

儘管目前以生物合成方法所獲得的蜘蛛絲，其效能無法與天然蜘蛛絲相比，但隨著科技的發展，新形態人工製造的蜘蛛絲將日趨成熟。加上伴隨著應用領域逐漸開發，在不久的未來，蜘蛛絲應用一定能廣及於紡織服裝、軍事、醫療、建築、汽車等領域。到時候，別說T恤般的防彈衣，或許連飛簷走壁展現神威的蜘蛛俠都可能出現！（王貞虎）