蜘蛛絲——引領潮流新風尚

蜘蛛絲可以算得上是自然界中最結實、最具有延展性的材料。在數百年的嘗試後，蜘蛛絲的研發終於取得了重大突破

蜘蛛絲製衣：前景廣闊

1709年，法國蒙彼利埃法院院長弗朗索瓦?席來爾（Francois Xavier Bon de Saint Hilaire）向當時的太陽王——路易十四獻上了一雙銀色的蜘蛛絲製成的長襪，這雙襪子是用幾百個精心收集的蜘蛛卵囊編織而成的。可要收集這些蜘蛛卵囊並不是件容易的事。次年，席來爾在給英國皇家學會的信中寫到：「目前唯一的困難就是蜘蛛卵囊供不應求。」而3個多世紀後的今天，這個所謂的困難已經不存在了。不單單是皇室，平凡老百姓也有機會購買蜘蛛絲製成的服飾了——位於舊金山灣區的生物技術公司Bolt Threads推出了50條限量版的深藍綠色蛛絲質領帶。

我們都知道，自古以來蜘蛛吐絲都是一件自發的事情。保羅?席亞德（Paul Hillyard）在他《蜘蛛的私生活》一書中，提到了最早發現蜘蛛吐絲的文獻記載。在紐約州距今3.8億萬年前的泥盆紀頁岩上，古生物學家發現了一個石化了的蜘蛛臀部——像一個淋浴的花灑一樣，它有20個出絲口，古老的蜘蛛就是靠這個「花灑」吐絲並組合成編線的。

從那以後，蜘蛛進化出了7種不同的高度分化的絲腺。雄性蟹蛛具有葡萄狀腺，在和雌性交配的時候會吐出葡萄狀的腺絲綁住交配對象；雌性蜘蛛具有管狀腺，它們會編織管狀的卵囊；而活板門蛛具有集合狀腺，會吐出帶有粘性的蜘蛛絲球構建層狀地層和蜘蛛絲的重型旋轉門。最有用的還是壺腹狀腺和牽引腺，蜘蛛可以用它們沿絲下降和搭建蜘蛛網。不同的蜘蛛絲彼此組合，似乎還能應用到無限種類的形式中：蜘蛛絲潛水鐘、蜘蛛絲遮陽傘、蜘蛛絲迷彩服。（席亞德注意到，「一片小的、看起來雜亂無章的白色蜘蛛絲」出人意料地像一塊鳥屎。）

天然的優秀化學家

人類對於蜘蛛絲的利用遠不及蜘蛛自己的獨創性。相傳，古希臘的人用蜘蛛卵囊包紮傷口，而新幾內亞的漁民用蜘蛛網編織漁網。但在服裝方面，蜘蛛絲一直不敵不牢固的蠶絲而處於劣勢。席萊爾認為這是人們對這種卑劣生物的偏見所導致的。除此以外，一個更實際的問題是蜘蛛很難被馴服。席萊爾寫道：「在箱中飼養蜘蛛，最後只有一種結果，那就是它們自相殘殺。」這點特別可惜，要知道蜘蛛絲是一種神奇的材料。

蜘蛛絲非常堅韌，比鋼結實，又比凱夫拉爾纖維耐撕裂。大家或許會有疑問，平時蜘蛛網是相當容易扯斷的，那是因為，那些蜘蛛絲的直徑只有3‰毫米。若按比例放大至直徑為1毫米的蜘蛛絲，據估計它可以像捕捉蒼蠅一樣纏住一架直升機。蜘蛛絲還很輕巧，且富有彈性。一些蜘蛛絲在斷裂前可以拉伸的長度長達原來的5倍，而一根可以繞地球一圈的蛛絲在重量上只有1磅。蜘蛛還是優秀的化學家，它們不斷進化，使自己的絲變得防水且具有抑菌特性。

在這種誘惑下，小部分迷戀於蜘蛛絲的創業者紛紛追隨席萊爾的腳步，做起了蜘蛛絲的生意，但最終都在沒有失敗的情況下遇到了規模問題。南北戰爭期間有一個叫伯特?懷爾德（Burt Green Wilder）的外科醫生，他因首次使用「神經元」這一術語以及收集腌制大腦而出名。他在馬薩諸塞州第54志願步兵團服役的時候，曾從一個大圓網蛛里拉出了150碼的金絲線。於是，受到啟發的他發明了一個簡單的去絲機，將蜘蛛的頭、腿固定在鉸鏈木板的一邊，腹部固定在另一邊，通過一個手搖捲軸將絲拉出來。這個設計雖然很好，但懷爾德之後發現，編織一條簡單的蜘蛛絲連衣裙需要5 000隻蜘蛛。在隨後的100年里，這個問題並沒有得到很大程度的解決。1982年，北卡羅來納州立大學的研究人員發表了有關強制拉絲裝置和技術的論文，但實際上仍是懷爾德發明的裝置的升級版，只不過它能一次性拉幾十隻蜘蛛的絲。

基因工程助力蜘蛛絲製造工程

90年代的基因革命可以通過DNA賦予更多溫順的動物製造蜘蛛絲的能力。培育圓網蛛這個大麻煩已經無需顧及，轉基因大腸桿菌、酵母菌、煙草植物，甚至是山羊都能製造蜘蛛絲了。（國防部曾經資助過一家叫Biosteel的生物技術公司，這家公司拿山羊喝的奶做文章，希望通過山羊製造出蜘蛛絲，很可惜，最後沒能成功。目前這些山羊的遺骸存放在了猶他大學。）

可Bolt公司總裁丹?維德邁爾（Dan Widmaier）提出：「就算不需要蜘蛛產蜘蛛絲，這個過程還存在很大的困難。」Bolt公司選擇在不鏽鋼的罐子里，用水和糖發酵後生成的啤酒酵母製作蜘蛛絲。可最後得到的絲質成品在DNA上有很大的缺陷，正常的蜘蛛絲DNA有4個分子，而Bolt得到的絲只有兩個，這意味著這種絲是高度重複的並且很容易斷裂。維德邁爾說：「要製作不同的絲蛋白，修補酵母的DNA序列是一件非常麻煩的事情，自Bolt公司2009年成立以來，我們嘗試了至少4 000種配方。一旦你完成發酵，並且絲蛋白也沒有問題了，那麼之後你要考慮的就是如何得到高質量、純凈的蜘蛛原液進行紡紗。換句話說，酵母必須保證有分泌出絲的能力，這樣在最後生產的時候才能順利進行。」等到絲蛋白從Bolt的發酵罐里的含糖酵母水分離出來以後，它們要提煉成粉末。維德邁爾說：「它看上去就像是在超市買來促進肌肉生長的健身奶粉。」這些粉末要與溶劑混合，使自身具有橡膠粘合劑般的粘性，所形成的膠水叫做紡絲原液，並可以經過模具的擠壓產成纖維。（從本質上說，蜘蛛是依靠推拉機制將自身的原液轉變成絲線的：血壓突然降低，迫使粘性絲蛋白從腹部的花灑狀出口中出來，然後蜘蛛靠自己的腿和體重將這些黏黏的小球牽引成一縷縷蜘蛛絲。）維德邁爾說：「在紡線的時候會出現很多失誤。」只要蛋白質純度、粘性、PH值以及溫度有稍稍的變化，紡絲原液就會變成一團粘稠的混合物，從而形成小珠子，而不是絲線。因此，維德邁爾為自己公司能生產出50條領帶而感到特別自豪，每條領帶相當於拉了將近90千米的牽引腺蜘蛛絲。

除了Bolt Threads和國防部資助的Biosteel公司以外，還有很多公司在從事通過基因工程製造蜘蛛絲的研究。

2016年，日本一家名為Spiber的公司用大腸桿菌制絲，為樂斯菲斯製作了一件一次性的派克大衣。而阿迪達斯和德國的一家生物材料公司AMSilk合作，生產出蜘蛛絲運動鞋。但就產量來說，Bolt還是拔得頭籌，生產的數量是如此之少，他們還要靠隨機搖號的方式確定買家。就目前來說，雖然這50條領帶還沒能比鋼結實，但防彈、防水且延展性非常強，維德邁爾建議要精心打理它們。他透露，目前Bolt正在和Patagonia合作開發更多更好的、更有利於環境的產品。無論在哪個部門，紡織工業所產出的廢水是最具有污染性的，主要原因是合成染料，因此Bolt正在研製一種能分泌出顏色和蜘蛛絲的酵母菌株。維德邁爾說：「從長期來看，我打算減少酵母中的玉米葡萄糖以及纖維素基葡萄糖。玉米葡萄糖可以給人食用，而纖維素基葡萄糖是由廢紙、木屑、污水污泥生成的。」先前的仿生纖維領域已經有了一次重大的突破，尼龍、氨綸這類材質就是環境友好型的，因此，蛛絲的改進更令人期待。

Bolt公司的產品不僅超越了普通領帶，還超越了絲綢。維德邁爾說：「終有一天，我們要製成摸起來就像是幾乎任何你想要的東西——羊毛、尼龍或者任何全新材質的蛋白質纖維，它們具有橫截面、紋理和屬性。」在未來，生物絲綢領域可能會像軍事武器、製藥領域一樣，產出豐富的產品。而維德邁爾的夢想卻很簡單：生產出更好、更耐穿、更舒適的長袖運動衫。他說：「雖然這個夢想很小，但這是一件真正能讓我感到興奮的事情。」

江澤珍/編譯 世界科學（World-Science）

本文作者：尼古拉?特威利（Nicola Twilley）是《紐約客》的專欄作家，也是《食物地理》博客的作者，同時是Gastropod播客的共同主持人，目前她正撰寫一本關於製冷的書。

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