蜘蛛吐丝?居然被骗了这么多年!

作者:朱磊来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-09-26

蛛丝并不是“吐”出来的,而是“拉”出来的!

  最近,电影《蜘蛛侠:英雄归来》燃爆各大院线,虽然依旧是超级英雄打败暗黑小强的经典套路,但其优秀的制作仍令一众漫威迷们大呼过瘾。

图1 - 《蜘蛛侠:英雄归来》电影海报(图片来源:culturenl.co.uk)

图1 - 《蜘蛛侠:英雄归来》电影海报(图片来源:culturenl.co.uk)

  据说,这部电影还有个译名叫《蜘蛛侠:返校季》,这个名称可以说十分贴近剧情了,可对于有“开学恐惧症”的小伙伴而言无疑略显惊悚。不过,既然提到了返校,总要聊点学习上的事儿……

图2 - (网络图)

图2 - (网络图)

  我们知道,蜘蛛侠拥有自制的蛛网发射器,只需小手一抖就能蛛丝我有,自然界的蜘蛛可没有机械式的蛛网发射器,它们是怎么制造出蛛丝的呢?很多人都会说蛛丝是蜘蛛吐出来的,古人也多持此观点,比如苏拯的《蜘蛛谕》写道:“蜘蛛吐出丝,飞虫成聚血。”梅尧臣在《咏蜘蛛》一诗中则说:“日结一尺网,知吐几尺丝。”

  然而,蛛丝真的是蜘蛛“吐”出来的吗?

图3 - 蜘蛛侠的蛛丝发射器,蜘蛛纺丝的腺体可比它发达多了(图片来源:www.neogaf.com)

图3 - 蜘蛛侠的蛛丝发射器,蜘蛛纺丝的腺体可比它发达多了(图片来源:www.neogaf.com)

  蛛丝看起来十分纤细,但其机械性能却超乎寻常,它是人们迄今所知道的最结实的天然纤维,素有“生物钢”之称。实验发现,要想拉断相同粗细的蜘蛛丝和钢丝,前者所需拉力足足是后者的100倍以上。此外,蛛丝还具有优异的韧性,一只快速飞行的蜜蜂撞到蛛网上,蛛网往往毫发无损,按此推算,一束铅笔粗细的蛛丝完全能阻挡一架飞行中的波音747飞机!

图4 - 摆起八卦阵,专捉飞来将(图片来源:indianexpress.com)

图4 - 摆起八卦阵,专捉飞来将(图片来源:indianexpress.com)

  实际上,如此强悍的蛛丝并不是蜘蛛从嘴中“吐”出来的,而是由蜘蛛腹部的纺丝器纺出来的。

  一般而言,一只蜘蛛有3对纺丝器(个别有1对或4对),即前纺丝器、中纺丝器和后纺丝器,每对纺丝器的作用各不相同,纺丝器上有数个至数万个纺丝管与丝腺相连。蜘蛛历经亿万年的进化,丝腺已经高度发达,在不同的生命阶段,丝腺会产生功能各异的丝,这些蛛丝可用来制造卵袋、结网、交配、逃生或传递信息等。以生活中常见的大腹园蛛为例,它有7种专门制造蛛丝蛋白的腺体,其中大囊状腺、梨状腺与前纺丝器连接,小囊状腺、管状腺、葡萄状腺与中纺丝器连接,集合状腺、鞭毛状腺与后纺丝器连接。

图5 - 蜘蛛的纺丝器(图片来源:参考文献[5])

图5 - 蜘蛛的纺丝器(图片来源:参考文献[5])

  蜘蛛的腺体内储存着丝液,当它打算结网时,丝液就会通过S形纺丝管流出体外,在这个过程中,丝液会发生一系列物理和化学反应。聪明的蜘蛛会首先将丝液粘到一个固定物上,通过急速移动身体将丝液拉成丝线。此时如果你按住蜘蛛让它的腹部动弹不得,或者索性扯断蛛丝,你会发现它将不再“吐”丝。这表明,只要蜘蛛无法移动腹部,或者缺少固定丝线的物体,它就无法生产出蛛丝。

  科学家们进一步研究发现,蜘蛛的丝液是一种黏性液体,主要由丝蛋白组成,如果蜘蛛行动过于缓慢,丝蛋白分子间就只有相互滑动,不会发生其他物理化学变化,只有当蜘蛛迅速移动时,丝蛋白分子才会来不及流动就被拉伸开来,形成新的排列,从而产生强烈的结合力。

图6 - 蜘蛛丝的微观结构(图片来源:www.ncbi.nlm.nih.gov)

图6 - 蜘蛛丝的微观结构(图片来源:www.ncbi.nlm.nih.gov)

  可见,形成蛛丝最重要的条件是拉力,也就是说,蛛丝并不是“吐”出来的,而是“拉”出来的!

  说到这里,有小伙伴或许会疑惑:蛛丝源自蜘蛛的腹部,拉丝还可以理解,可蚕丝却是从蚕宝宝的嘴里出来的,难道也是拉出来的吗?答案是肯定的。研究发现,蚕丝的成分、结构与蛛丝很相似,产生过程也十分雷同,例如,当一只蚕宝宝准备“作茧自缚”时,它便会从嘴中分泌丝液粘到物体上,随后就开始摇头晃脑地拉丝,渐渐织出一个蚕茧。

图7 - 蚕宝宝:我才不是“吐”丝呢,我是在“拉”丝(图片来源:matter.media.mit.edu)

图7 - 蚕宝宝:我才不是“吐”丝呢,我是在“拉”丝(图片来源:matter.media.mit.edu)

  蛛丝和蚕丝的拉丝现象是流变学(注释)研究的内容之一,之所以存在这种现象,主要是因为蛛丝和蚕丝既有黏性又有弹性,黏性使丝液可以流动,这是拉丝的基本条件,而弹性则起到辅助作用,使丝液有回缩的趋势。

  其实,对于吃货们来说,拉丝的现象并不陌生:当你夹起一块拔丝苹果时,黏稠的糖稀会被拉成一条长长的丝;当你切开一块莲藕时,其中的黏液也会被拉成细丝;当你掰开一颗优质的金丝小枣时,还是会看到黏液拉丝的现象……正所谓“世事洞明皆学问”,即使从拉丝这件小事来看,吃也是一门学问。

  

注释:

流变学:研究材料的流动和变形的科学,是一门介于力学、化学、物理和工程科学之间的交叉学科。

参考文献:

[1] 潘志娟. 蜘蛛丝优异力学性能的结构机理及其模化[D]. 苏州:苏州大学,2002.

[2] 盛家镛,潘志娟,陈宇岳,等. 蜘蛛丝的化学组成与结构初探[J]. 丝绸,2000(4):8-10.

[3] 王振东. 春蚕到死丝方尽——漫话液体的拉丝现象[J]. 科学,2004,56(5):59-61.

[4] 解芳,许莹,万军军,等. 神奇的蜘蛛丝[J]. 合成纤维,2003(5):12-14.

[5] Rahul G A. 蜘蛛丝研究与应用概述[J]. 纺织导报,2006(7):26-32.

[6] 刘让同,焦云. 蜘蛛丝与蚕丝结构性能比较[J]. 广西纺织科技,2008,37(2):32-33.

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