观察大自然一直让猫子着迷。
在野外,猫子很幸运地目睹了许多壮观的野生动物遭遇——比如一只游隼在羽毛的爆炸中殴打一只斑鸠——但通常,是普通而渺小的事物带来最大的快乐。
蜘蛛网就是这样的东西,是勤劳的蜘蛛的杰作,无论它挂在寒冷的秋天早晨,在草茎之间闪闪发光,还是用一层连续的闪亮的薄纱覆盖着花草。
一个有趣的例子是水蜘蛛(ArgyronetaAquatica),它在水下结有紧密的网。它是唯一可以永久生活在水下的蜘蛛——通过浮到水面并在腹部的毛发中捕捉气泡来实现这一点,然后将其运送回它的迷你充气亚特兰蒂斯。在那里它生活、交配和进食,就像电影中的海王一样。
虽然所有的蜘蛛都会生产丝,但并不是所有都依赖结网来捕捉猎物——只有大约一半的蜘蛛会这样做。其他的,比如活板门蜘蛛会从隐蔽处猛扑;狼蛛,它会追捕,咬猎物,吸干它们,吐丝为幼崽建造一个托儿所;而可可爱爱的小跳蛛,在各种追猎伏击方面更是通才。
蛛丝
蛛丝的用途有很多,从庇护所、藏身之处到交友平台,更不用说分别为雄性和雌性携带精子和卵子的"手提袋"。
有些网简单实用,但另一些则可能很奇怪——喷吐蜘蛛(胸纹花皮蛛Scytodesthoracica)可以“远程攻击”——喷出一团粘稠的有毒丝来捕获猎物——这会将受害者固定在原地,绝望地等待这些微型刺客的致命一击。
对于小蜘蛛来说,丝也相当于飞机——空中快速运输工具。
与昆虫不同,蜘蛛在其生命周期中没有幼虫或蛹阶段:它们主要在秋季从卵中以蜘蛛幼体的形式出现。
这时我们会看到乡村挂满了小丝带:这些丝线是小蜘蛛进入广阔世界的结果——每只小蜘蛛都尽可能地爬高,迎着风,抬起腹部分泌出一根丝,随后小蜘蛛化身为风,开始一段开盲盒般的旅程。
同等重量、同等粗细
许多文章在描述蛛丝时,说它们比钢铁更强。并不是,或者说不严谨。
世界上大约有5万种蜘蛛,它们各自编织出不同类型的丝——复杂蛋白质分子来决定蜘蛛产生的丝的类型,这些丝的厚度、粘性和弹性各不相同,从而使丝具有适合特定任务的适当强度和灵活性。
另一方面,钢铁是合金,金属的混合物,种类也很多。
在同等粗细的情况下,一些特殊钢材(比如,马氏体时效钢)实际上比最强蜘蛛丝更强。(这个“强”是——抗拉强度)
但蛛丝确实是自然界中已知的、最坚韧的纤维——它比钢和制作防弹背心的凯夫拉纤维更坚韧、有更大的弹性——注意,比较的先决条件是「同等重量的」钢铁和人造纤维。
正因如此,蜘蛛丝备受推崇,成为急需探索的战略资源。但找到一种蜘蛛丝的大规模生产技术并不是一件容易的事。
蚕是优秀员工。它们挤在一起工作,任劳任怨。
蜘蛛绝对不是。它们倾向于吃掉同事,拒绝长时间工作(结网)。
因此,几十年来,科学家们一直试图对各种生物体——包括细菌、酵母、小鼠、仓鼠甚至山羊——进行基因改造来生产蜘蛛丝,但只取得了部分成功。
新技术
现在(今年10月份发表的论文),我国研究人员首次从转基因蚕中提取出纯蜘蛛丝——硬度是防弹背心中使用的凯夫拉纤维的六倍。
虽然这些丝比起蜘蛛出产的“原版”丝,依旧在坚固和弹性上都差一些,不过,这绝对是一种巨大的进步——之前任何国家、机构在此类相关研究,都仅收获了含有30%至50%蜘蛛丝的较弱纤维混合物。
在这项新研究中,我国研究人员使用基因工具CRISPR/Cas9将制造蜘蛛丝蛋白的完整指令插入到蚕体内,并确保该蛋白缠绕在蚕的造丝腺中——这样就能够利用昆虫的自然机制。
经过改造,蚕从父母双方继承了蜘蛛丝基因,这意味着它们可以一代代持续产生出纯净的蜘蛛丝。
如果有一天这种丝绸走出实验室,医生就有了超坚固的缝线;警察、士兵可以穿上更坚固的装甲背心;更环保的纤维可以取代尼龙和聚酯等常见合成材料。
写在最后
蚕是此类基因工程最有吸引力的候选者之一。
因为大多数其他改良生物仅产生少量可用纤维,部分原因是它们的酶会破坏负责蜘蛛丝蛋白的DNA。
接下来的事,最重要的可能是需要确认这些蚕中诱导的基因变化将持续几代。如果不能一直传承下去,大规模生产技术的成本就会上升。
但无论如何,我国科研工作者的这一壮举,是有朝一日大规模生产强韧轻质纤维迈出的关键一步。
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