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多聞明王 發問時間: 科學動物學 · 2 0 年前

請問一下蜘蛛絲為何如此堅韌?成分是什麼?

請問一下各位大大蜘蛛絲為何如此堅韌?成分是什麼?

2 個解答

評分
  • 匿名使用者
    2 0 年前
    最佳解答

    形成蜘蛛網放射狀輻條的牽引絲,係由兩種蛋白質組成,使得它既堅固又有彈性。這兩種蛋白都含有三個部分,各具特色。第一個部分形成非結晶式的網狀構造,具有伸展性,提供了蜘蛛絲彈性。當昆蟲撞上蜘蛛網,便將該網狀結構拉長,以吸收昆蟲撞擊的動能。而在這兩種蛋白質的非結晶部分當中,含有兩個形成結晶的部位,能增加蜘蛛絲的強度。這兩個部位編織得非常緊密,不容易伸展,其中之一甚至是堅硬的。我們認為,堅硬的結晶是靠著不那麼堅硬的部位形成的皺摺,給固定在網狀結構當中。

    蜘蛛牽引絲的直徑只有人髮的1/10那麼寬,卻比同樣重量的鋼絲還要強韌好幾倍。最近的電影「蜘蛛人」嚴重低估了蜘蛛絲的強度:真正導索蛛絲的寬度,並不需要像電影裡那位到處盪來盪去的英雄,所使用的繩索那麼粗。(

  • 匿名使用者
    2 0 年前

    或許您會納悶,改編自漫畫的電影「蜘蛛俠」(Spider Man)片中男主角Tobey Maguire的招牌交通工具蜘蛛絲,為何如此神奇﹖他能利用蜘蛛絲以每小時90哩的速度在牆壁、天花板上行走,穿梭摩天大廈林立的紐約市中,更能從手腕放射出蜘蛛網打擊犯罪。問題是神秘武器蜘蛛絲在現實世界裡是否真如此神奇? 蜘蛛的英文「Spider」,源自於紡織機「Spinner」之古字。自古以來蜘蛛在各文化中代表的是妒忌、神秘、智慧、喜氣、迷藥甚至是補品。其實蜘蛛是一種四億年前便存在於地球的古老生物,他不是昆蟲,而是節肢動物,專以昆蟲或小動物為食,其種類計有101科4萬餘種之多。它們都有8條腿、不但能拉絲結網,還能眼觀四方,而且都有毒牙。千萬別以為只要被任何一種蜘蛛咬一口,都有可能致命。事實上,除非有特殊的過敏體質,否則在四萬種不同的蜘蛛中,只有黑寡婦與棕色隱者兩種蜘蛛,會有致命的傷害力。 一、謎樣的夢幻材 … 蜘蛛絲 地球上會織網的蜘蛛有2萬多種,所吐出的絲是蜘蛛捕捉獵物的武器、跳躍、逃跑時的生命線,對科學家而言它則是不可思議的纖維材料。但科學家們在讚嘆之餘,仍苦於無法合成出任何足以媲美天然蜘蛛絲之纖維。 (引用自www.kth.ed.jp網站)蜘蛛絲纖維STM圖對於蜘蛛絲,我們已知它是目前生物界中最具韌性之蛋白質纖維,一般是由數十至數百根微絲抱合而成絲,兼具輕量、柔軟、彈性、生物可分解、生體適合性和自我組裝修補等特性。蜘蛛絲的主要成分為蛋白質胺基酸,其中60﹪化學成分是丙胺酸(Alanine)、甘胺酸(Glycine),其他則是由20餘種次要胺基酸組合而成的,也有某些蜘蛛絲化學成分多達300種以上,非常的複雜,目前無法以人工方式加以完全合成仿製。 二、蜘蛛吐絲的謎團 ■ 蜘蛛奇妙的乾式紡絲 蜘蛛吐絲的第一個特徵是蜘蛛體內所生成的胺基酸在絲囊內時呈液態狀,在吐出與空氣接觸呈纖維狀的同時,水分會快速散去,進而形成固狀結晶的非水溶性蜘蛛絲。說穿了也就是乾式紡絲。 目前我們謹知,絲囊內呈液態狀水溶性的胺基酸蛋白分子鏈(3萬分子量的小蛋白質)並未形成結晶,所以沒有固定的排列方式。只有在水溶性的蛋白質蛛絲溶液受到蜘蛛腹部的壓力,被擠壓通過腺體前狹窄的紡管時,蛋白分子鏈才會因為受高剪切力作用而順項排列成液晶態溶液。吐絲時液晶態溶液通過紡口,因水份的散去蛋白分子鏈會轉移成含有不溶性摺疊β-sheet結晶而成之蜘蛛絲。 ■ 常溫常壓下紡絲 蜘蛛在吐絲時還有另外一項特點,就是它和蠶一樣能在常溫常壓下製絲。但不同的是,蜘蛛絲的玻璃轉移溫度(Tg)非常低,甚至能在零下40℃極為寒冷的環境下吐絲結網。蜘蛛能在室溫下輕易紡出不溶性解具韌性之纖維製程,為需高溫的化學紡絲製程所不及,令科學家稱羨。 ■ 只需以水為溶劑 蜘蛛在不同溫度、溼度下所吐出的絲會有些許差異,但特殊的是只需以水為溶劑,蜘蛛便能順利吐絲。蜘蛛能先在體內腺體水中合成出十分濃縮的絲蛋白質水溶液,再利用他紡出纖維來。目前謹知水分對於胺基酸在聚合成絲後的強韌度影響很大。但現有之技術仍無法模仿出此蛋白質水溶液,只能使用強烈的化學溶劑,但如此一來會破壞了蛋白質的折疊方式。 ■ 精密的紡絲過程控制 我們謹知,蜘蛛吐絲的過程控制是造就絲品質的重要關鍵。至於吐絲過程與機制,很遺憾的目前尚無法完全知曉,具關鍵性的拔絲技巧,現行科技技術也無法模仿。 一般蜘蛛吐絲是利用紡絲器(Spinneret)上之噴口(Spigot)排出,但視蜘蛛種類及需求不同,其紡絲器通常有3~4對,其內擁有5~8個紡嘴板。若再加上每個紡嘴板上有200~300個噴口,算來蜘蛛有著非常強的紡絲能力。若簡單地將蜘蛛吐絲過程,對照化纖廠裡抽絲設備,蜘蛛的「紡絲器」便類似於「紡嘴」,不同的是蜘蛛身上每個紡絲器各有其相對應的腺體功能,各有所司,分工精良。 (Nature. 410, 541–548, 2001) 7種不同蜘蛛絲及其成分結構 通常一個紡績器上有數百個小孔,經由這些孔可抽出數百條的小絲。此時之絲蛋白質分子量大約是原來液態蛋白質分子量的10倍,甚至高至20~30萬。接下來蜘蛛會利用它那有力的鉤爪拉扯抽出後經櫛器刷毛整理,使部份蛋白分子鏈能呈現皺摺狀整齊地排列在一起,再藉側鏈氫鍵結合的作用力,形成一種具高抗拉強度的結晶絲,然後將其放置至適當的位置上,構築成蜘蛛網。 (引用自inpaku.kajima.co.jp網站) 紡絲器 蜘蛛會利用鉤爪拉扯整理纖維 ■ 聰明的酸化處理 丹麥科學家對「十字園蜘蛛」的吐絲過程進行研究後發現,其實蜘蛛會利用酸來使自己的絲變得堅韌。因為其蜘蛛絲蛋白在流經導管(Duct)溝槽時,體內某種特殊細胞會自動抽取蜘蛛絲蛋白水分內的氫原子,在將其集中形成酸浴後,蜘蛛會利用滲透過程對吐出的絲進行酸化處理。以一程序讓蜘蛛絲蛋白接觸到酸時,會折疊起來相互形成橋樑結構,從而增強硬度。

    參考資料: 知識+
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