网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

蜘蛛侠荡过大厦的那根线,蜘蛛到底怎么造出来的?

0
分享至

纽约的高楼之间,Peter Parker 从楼顶纵身跃下,右手一扬,一根细细的丝线射向对面的玻璃幕墙。等他下坠到最低点,蛛丝猛地绷紧,又把他像钟摆一样甩向下一栋楼。


这个画面几乎是所有蜘蛛侠电影的标配:蛛丝没有断,肩膀没有脱臼,人在半空中划出一道完美的弧线。

电影宇宙里,Peter 被蜘蛛咬了一口,也就顺便拥有了喷射蛛丝的能力。但如果把这根丝放回真实的生命科学里,它可能恰好是整个故事中最难解释、也最让人着迷的部分。因为它不只是挑战了我们对“材料到底能有多强”的直觉, 它背后还有一套蜘蛛在常温常压下完成的精密加工过程,以及人类花了上百年时间,想要复制这套过程的历史。

一根丝,首先是一整个工厂

大多数人印象中的蜘蛛丝,就是蜘蛛吊在墙角时屁股上垂下来的那根"安全绳"。但把一只蜘蛛解剖来看,会发现蛛丝远不是一种材料,而是一整个产品家族。

同一只蜘蛛身上,不同丝腺会分泌不同配方的蛛丝。结网需要既稳定承重、又有韧性的"拖曳丝"和"网架丝";捕捉飞虫的捕获螺旋核心,要像生物弹簧一样极高延展,让撞上来的虫子不被弹飞;包裹猎物有适合反复缠绕的"包裹丝";固定网结构的附着盘丝,更像铆钉和胶水的组合。


这些丝的成分都是蛛丝蛋白,但氨基酸序列的排列方式不同,最终的力学性格也截然不同。

其中真正让材料学家眼红的,是性能最强的拖曳丝。它的秘密不只在蛋白质本身,也藏在蜘蛛怎样把这些蛋白质从液体变成固体的整个过程里。

在蜘蛛体内,蛛丝蛋白以高浓度水溶液的形式储存。浓度可以达到百分之三四十,甚至更高,但它们却不会提前在腺体里凝成乱糟糟的一团。

纺丝液被推出体内时,要经过一条越来越窄的纺丝管。这里会发生一连串化学变化:pH 从中性附近降到偏酸性,钠离子和氯离子减少,钾离子和磷酸根离子比例改变,水分被逐渐抽走,蛋白链同时受到剪切和拉伸。


于是,原本松散柔软的蛋白链沿着纤维方向排列起来。其中富含丙氨酸的片段折叠成紧密的 β-折叠纳米晶区,像材料里嵌进去的"硬结点";而富含甘氨酸的片段则保持柔软无序,形成允许拉伸和回缩的非晶区。

所以,蜘蛛并不是把一滴液体挤出来,再挂在那里慢慢晾干。它是在体温下,直接从一份蛋白质水溶液里“纺”出了一根纳米复合材料纤维。没有高温,没有高压,也不需要有毒溶剂。人类生产高性能纤维,往往需要耗能、排放和精密控温;蜘蛛只需要先消化几只苍蝇。

它到底有多强?

判断一根纤维好不好,最忌只用一个词。"硬"不等于"强","强"也不等于"韧",这几个词其实说的并不是一回事。

钢丝的抗拉强度很高,不容易拉断,但它几乎没有延展,一拉就崩。橡皮筋弹性极好,但强度很低,轻轻一拽就断。大多数材料只能在这两者之间二选一。

拖曳丝罕见的地方,在于它同时做到了又强又韧。

蛛网蛛丝的断裂强度约 1 GPa——这个量级和钢相当;断裂应变约 30%,可以拉长接近三分之一才断;韧性约 130 MJ/m³,超过防弹衣材料凯夫拉。

强度高、延展好、吸能能力强,这三个指标在一般材料里几乎互斥,蜘蛛丝却把它们整合进了一根丝里。

另外蜘蛛丝还有一个经常被忽略的优势:轻。同样承重需求下,蛛丝用的材料非常少。这让它在安全绳、捕虫网这类应用里有天然优势。

我们可以想象一下:钢丝能扛很大的静态拉力,但如果突然给它一个冲击——比如一块石头砸在挂半空的人身上——钢丝的能量吸收能力有限,震动会直接传递到人体。蛛丝则像一条细而韧的减震带,能把冲击能量吃掉一部分,再慢慢把人拉回来。

蜘蛛用它接住高速飞来的昆虫,电影里的 Peter 用它兜住下坠的车辆,这两件事在材料逻辑上其实是一回事。

人类想偷蜘蛛的配方,偷了快三百年

这么好的材料,人类当然不会放过。

最早的尝试可以追溯到 1709 年,一个法国人试图把蜘蛛丝做成手套和袜子。思路很直接:既然蚕丝能纺织,蜘蛛丝为什么不行?

问题很快就暴露了——蜘蛛养不起来。蚕老实、群居、吃桑叶;蜘蛛有领地意识,会互相捕食,而且吃肉。高密度圈养蜘蛛,最后通常只剩一只。

2009 年,英国 V&A 博物馆展示了一件金色蛛丝披风。来自马达加斯加的制作团队前后收集了大约 120 万只蜘蛛的丝,才织成一件衣服。

120 万只蜘蛛的产能养不起一个产业,但这个数字本身成了一个绝佳的注脚:天然蜘蛛丝极难规模化。

真正改变局面的是合成生物学。科学家不再指望蜘蛛自己吐丝,而是把蛛丝蛋白的基因放进适合大规模培养的细胞里,让大肠杆菌、酵母或家蚕来生产蛛丝蛋白,再通过人工纺丝装置把蛋白溶液变成固体纤维。


这条路线听起来顺理成章,实际操作中却卡在一个微妙的地方。蜘蛛的纺丝管,本身就是一台极其精密的加工设备。只有蛋白没有纺丝管,就像有面粉没有烤炉。

研究者们尝试用微流控装置和机械纺丝设备模拟蜘蛛腺体里的 pH、离子和剪切力变化,希望把重组的蛛丝蛋白拉成稳定纤维。目前各大公司和实验室的技术路线各不相同,也都有进展,但整体仍处于"能生产蛋白、能拉出丝,稳定性和产能还没达到大规模替代"的阶段。

假设 Peter 真的自己吐丝,他得吃多少鸡蛋?

托比版蜘蛛侠最"生物"的设定,是从手腕直接射出有机蛛丝。这个设定在漫画里从来不是主流——原版漫画里的蛛丝来自 Peter 自己发明的发射器——但它带来一个很有趣的生物学问题:如果人体真的现场合成蛛丝,供得起吗?

Peter 体重 75 千克,想沿一根丝爬上 100 层楼,总高度约 350 米。拖曳丝密度取 1300 千克每立方米,抗拉强度取 1.0—1.5 GPa。要安全吊住自己,只算静态承重、取安全系数 5,他需要的干蛛丝质量大约是 1.1—1.7 千克。

这还只是非常保守的估计,没算锚点、打结、磨损和动态冲击。天然拖曳丝只有几微米粗,这次爬楼需要的丝束等效直径大约 2 毫米,其实是几十万根细丝绑在一起。

1.1 到 1.7 千克听起来不算离谱。但关键在于,这些丝是蛋白质。一个成年男性全身蛋白质总量大约 10 到 11 千克,这一次爬楼的蛛丝就相当于全身蛋白质的 10%—15%。

而且身体里的蛛丝蛋白溶液不是 100% 蛋白。按 30%—50% 的蛋白浓度倒算,他得在体内储存和处理 2.2—5.7 千克的纺丝液。

更难的是饮食上的换算:即使荒唐地假设吃进去的蛋白质能 100% 转化成蛛丝,1.1—1.7 千克也相当于 180—280 个鸡蛋的蛋白质含量。

所以如果 Peter 真的靠体内吐丝,他最需要的超能力大概不是爬墙,而是每天早上吃下三桶鸡蛋而不吐。

材料是奇迹,但系统才是真正的问题

还有一件事容易被"蛛丝很厉害"遮蔽:一根再强的丝,只有被正确地连接、施加、控制时才有意义。

有一个计算很能说明问题。Peter 单手抓丝从高楼摆荡,假设体重 75 千克、摆荡半径 20 米、最低点速度 20 米每秒,蛛丝张力约 2.2 千牛,接近三倍体重。

如果速度提到 30 米每秒、半径缩短到 15 米,张力会超过 5 千牛,相当于七倍体重。这还只是匀速摆荡。如果先自由下落再急刹,峰值力会更高。

蛛丝可能没断,但人的肩关节——那块连接盂窝和肱骨的浅而松弛的结构——早就该脱臼了。


这也是蜘蛛丝研究最本质的启示之一:蜘蛛的惊人之处,从来不在于某一种"超强材料"的单项数值,而在于它把材料性能、纺丝加工、器官结构和身体力学打包成了一整套系统。人类研究蜘蛛丝时,起初只看到"强韧"两个字,后来才逐渐意识到,真正难复制的是那一整套常温常压的工厂。

当有一天我们真的造出大规模且性能稳定的重组蛛丝纤维,最有趣的也许不是用它造出超级英雄的绳索,而是它会强迫我们重新审视一个问题:我们该如何设计材料,让它轻、强、韧,又被温柔地制造出来。蜘蛛用几亿年进化交出的答案,目前人类还只是一个刚开始抄作业的学生。

(本期内容原创,由AI辅助排版与润色)


特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
53比48翻盘!以色列大选变天, 内塔尼亚胡还没下台, 反对派先内讧

53比48翻盘!以色列大选变天, 内塔尼亚胡还没下台, 反对派先内讧

杰丝聊古今
2026-10-29 11:37:07
顿巴斯迎生死局,日本无人机参战,普京连发三问,请泽连斯基回答

顿巴斯迎生死局,日本无人机参战,普京连发三问,请泽连斯基回答

军情观察家
2026-10-27 20:15:37
卡里克命悬一线!曼联锁定世界级名帅!他就是下一个穆里尼奥

卡里克命悬一线!曼联锁定世界级名帅!他就是下一个穆里尼奥

澜归序
2026-10-30 10:01:35
林楚茵再次发布不当言论!

林楚茵再次发布不当言论!

故事终将光明磊落
2026-10-30 12:13:08
普京低头承认,要想让俄罗斯立于不败之地,必须向美国学一样东西

普京低头承认,要想让俄罗斯立于不败之地,必须向美国学一样东西

麓谷隐士
2026-10-30 08:21:24
法国主席足协:姆巴佩道歉了,这事应该翻篇了

法国主席足协:姆巴佩道歉了,这事应该翻篇了

懂球帝
2026-10-29 19:01:10
外媒爆:德国带头反对后,加拿大和欧盟从联合声明中删除“联席成员”表述

外媒爆:德国带头反对后,加拿大和欧盟从联合声明中删除“联席成员”表述

环球网资讯
2026-10-29 12:08:12
真不敢想!上海六旬老人两天骑车百公里,穿睡衣、骑共享单车走失,在张家港被平安寻回;两天两夜风餐露宿,老人近半个月已是第三次走失

真不敢想!上海六旬老人两天骑车百公里,穿睡衣、骑共享单车走失,在张家港被平安寻回;两天两夜风餐露宿,老人近半个月已是第三次走失

扬子晚报
2026-10-30 14:20:40
记者:斯卢茨基现身云南是去丽江旅游,与玉昆毫无关系

记者:斯卢茨基现身云南是去丽江旅游,与玉昆毫无关系

懂球帝
2026-10-30 16:55:56
杀害“徽剑”人员曝光,接单人赵冰判死缓,备受关注的“少校”竟然是中国人

杀害“徽剑”人员曝光,接单人赵冰判死缓,备受关注的“少校”竟然是中国人

平老师666
2026-10-30 10:27:22
A股市场全线下跌,沪指下跌52点,双创指数跌超4%再创新低

A股市场全线下跌,沪指下跌52点,双创指数跌超4%再创新低

投资观
2026-10-30 15:11:29
重磅!美职联改为跨年制,梅西迎历史最短赛季:3个月18场定冠军

重磅!美职联改为跨年制,梅西迎历史最短赛季:3个月18场定冠军

球场没跑道
2026-10-30 15:26:27
78人共用针头不是意外,有人因此感染艾滋、丙肝

78人共用针头不是意外,有人因此感染艾滋、丙肝

开箱见山
2026-10-30 17:43:46
如果不是日媒披露:谁都不敢相信,如今的中国竟然强大到如此地步

如果不是日媒披露:谁都不敢相信,如今的中国竟然强大到如此地步

战域笔墨
2026-10-30 17:53:40
15岁女孩胁迫13岁闺蜜多次卖淫,一审被判强奸罪,获刑五年六个月;10名嫖客均被判强奸罪

15岁女孩胁迫13岁闺蜜多次卖淫,一审被判强奸罪,获刑五年六个月;10名嫖客均被判强奸罪

大风新闻
2026-10-30 18:31:04
兆易创新朱一明高位套现44亿,葛卫东夫妇持股市值缩水逾百亿

兆易创新朱一明高位套现44亿,葛卫东夫妇持股市值缩水逾百亿

第一财经资讯
2026-10-30 17:19:25
太恶心了!闻到屎臭味:陕西妇科医护发文吐槽阴超接诊经历,患者检查后诊室全面消杀,评论区吵成一片

太恶心了!闻到屎臭味:陕西妇科医护发文吐槽阴超接诊经历,患者检查后诊室全面消杀,评论区吵成一片

火山詩话
2026-10-29 09:31:30
天津老两口把房卖了去广西定居,去了没几个月哭了:这哪是养老

天津老两口把房卖了去广西定居,去了没几个月哭了:这哪是养老

笔墨V
2026-10-29 19:01:57
10架美军大型运输机紧急飞抵以色列两个空军基地,向以军运送大批防空导弹和拦截导弹,大批美国军机同步降落在约旦、沙特和卡塔尔军事基地

10架美军大型运输机紧急飞抵以色列两个空军基地,向以军运送大批防空导弹和拦截导弹,大批美国军机同步降落在约旦、沙特和卡塔尔军事基地

政知新媒体
2026-10-30 08:02:14
国务院决定,刘金波不再担任中投公司执行董事职务

国务院决定,刘金波不再担任中投公司执行董事职务

大象新闻
2026-10-30 18:40:02
2026-10-30 19:08:49
biokiwi incentive-icons
biokiwi
用生命科学的角度看世界!
181文章数 566关注度
往期回顾 全部

娱乐要闻

李冰冰任泉亲密照流出,情谊胜过夫妻

头条要闻

网红边牧被盗遭宰杀犬主人接受30万赔偿 称将全部捐出

头条要闻

网红边牧被盗遭宰杀犬主人接受30万赔偿 称将全部捐出

体育要闻

第三年合同获保障 杨瀚森在垃圾时间抢饭碗

财经要闻

直播退烧,品牌迎来梦醒时分

科技要闻

谷歌一天跌没5000亿美元!AI烧钱吓傻华尔街

汽车要闻

全能百变空间 神行者8五座版便捷更实用

态度原创

时尚
教育
艺术
健康
军事航空

内娱流量生,扎堆假结婚?

教育要闻

还在为几何题发愁?阴影部分面积推导过程全解析!

艺术要闻

Emile Claus:比利时著名印象派画家

查不出猝死风险?可能是项目没做对

军事要闻

10架美国军机飞抵以色列空军基地

无障碍浏览 进入关怀版