蜘蛛絲為何兼具強度和韌性？日本科學家在實驗室用化學工具模擬了蛛絲從吐絲器官中有序噴出的過程，解密了這一自然現象背后的機制，為人類模擬蜘蛛吐絲過程，并在未來創(chuàng)造超韌可持續(xù)材料提供了理論基礎。相關研究發(fā)表在最近出版的《科學進展》雜志上。
蜘蛛絲形成初期是液體形式，但不到一秒，這種粘稠液體狀的蛋白質就發(fā)生轉變。在離開蜘蛛身體時，被稱為蜘蛛絲蛋白的物質會自我折疊并交織在一起，在不受任何外力引導的情況下，構建出高度有組織的結構。
日本理化學研究所可持續(xù)資源科學中心的結構生物學家和生物化學家阿里·馬來說：“這種自組裝過程可以制造出具有獨特性能的材料?！?/p>
多年來，科學家一直在試圖模擬蛛絲，希望創(chuàng)造出超強韌并可持續(xù)使用的材料。為此，他們一直在研究是什么化學誘因把儲存在絲腺中的液體變成了蛛絲。
此次，研究人員提出了一種新方法，在實驗室里用化學工具模擬了蛛絲從吐絲器官中有序噴出的過程。他們發(fā)現，吐絲的一個關鍵步驟是，蜘蛛要把蛛絲蛋白從包裹在絲腺內的水緩沖液中分離出來——這一步會使蛋白質高度濃縮；隨后，大量涌入的酸性物質促使蛋白質安全地互鎖。
瑞典卡羅林斯卡研究所專家安娜·瑞斯（未參與本實驗）表示，蜘蛛絲在離開蜘蛛身體時必須經歷蛻變。當蜘蛛絲蛋白還在腺體中時，它們必須以“極高濃度”的液體形式懸浮，幾乎像牙膏一樣粘稠。
研究人員還發(fā)現，液體狀的蛛絲蛋白在移動過程中的脫水是這種自我組裝的先決條件。進一步研究表明，時機和效率都是吐絲過程的關鍵要素。如果蛛絲太早變硬，就會阻塞蜘蛛的腺體；時間太晚，蜘蛛可能只吐出不成形的液體。
這篇論文用簡化的實驗室模型取代真實的蜘蛛。阿克倫大學的蜘蛛絲研究員安吉拉·阿麗西亞-塞拉諾（未參與本實驗）表示，這項有意義的研究讓人們一窺蜘蛛吐絲背后的重要機制與過程?！拔覀冊吹竭^很多這個過程的開始和結束，但沒有看到兩者之間的重要過程?！?/p>
總編輯圈點：
蜘蛛不是科學家，卻能吐出兼具強度和韌性的蛛絲，令人類科學家都嘆為觀止。這應該歸功于大自然的鬼斧神工，是漫長的自然選擇促進蜘蛛不斷進化，從而擁有了適應生存環(huán)境的神奇能力。對于類似科學奧秘的破解和模擬，屬于仿生學范疇，相關研究對于推動現有科學技術的發(fā)展大有助益。
