蜘蛛为什么可以吐丝结网(蜘蛛屁股为什么会吐丝)

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）

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）

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）

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）

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]）

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）

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.e

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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