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丝的诱惑
央视国际 2004年10月14日 16:49
如果不是因为丝绸，估计没有多少人会认识这些可爱的蚕宝宝。它的一生从蚕卵开始，历经卵、幼虫、蛹、成虫四个阶段，在不到两个月的时间便会完成一个生命世代。它会花上一生四分之三的时间来准备吐丝结茧，吐丝又似乎专为人类而作。然而，人类最早对它们的认识，却不是蚕茧上的丝，而是蚕茧里面的蚕蛹，这究竟是怎么回事呢？
早在人类驯化以前，它们原本是野生在桑树上，以吃桑叶为主的害虫，与如今我们所见的野蚕可算是同祖同宗。我们的祖先在野外采食时，偶然中发现了这些野蚕茧子。起初，他们觉着这些茧子柔软坚韧，很是好玩，于是，便用锋利的石头试探着打开茧子，居然发现了里面有好吃的东西，这就是蚕蛹。后来，在切割时，他们发现包裹蚕蛹的茧子其实是一种可以被抽出来的丝。经过多次实践，他们发现蚕丝又细又牢，比麻葛好多了。于是，这种新型的纺织纤维──丝纤维，从此诞生了。
采访卫正国（苏州大学农业科技学院 博士）：1926年的时候，在山西夏县考古过程中发现一个切割过的蚕茧，这个蚕茧被切割了，当然切割不是其他目的，当然是找里面的东西吃了，否则这个切割就没有意义，在吃的过程中发现丝是可以利用的。从考古来看，我们祖先最迟在5000年前，我们就已经能够把蚕丝做成丝织品了。
黄帝，是新石器时代的部落联盟首领，也就是在黄帝时期，野蚕被开始驯化家养了。从此，栽桑养蚕成了古代农业的重要生产方式，男耕女织的社会形态也由此诞生。而我们的祖也从不自觉到自觉地完成了向蚕学习的第一步。但是，养上这么多的蚕，又该如何抽出它们的丝呢？
采访卫正国：古代我们一般都认为是黄帝的妃子嫘祖这样一个人她带领人们开始发明缫丝、织绸，这样一种工艺，是她发明的，所以我们现在祭祀她，以她作为家蚕的祖先。说嫘祖在桑园里喝茶，水很烫，想凉一会儿，一颗茧子掉进去了，掉进去了，等筷子一捞的时候，就把丝捞出来了，丝就可以连续不断地可以（被）拉出来。
现在，缫丝厂在缫丝时，一般把八个蚕茧的丝并在一起，并且根据客户的不同需要生产出不同长度的生丝，有的甚至长达几十万米，其中却没有拼接的痕迹。那么，蚕丝为何能够粘在一起，蚕究竟又吐出了怎样的丝呢？
公元前138年，汉武帝派张骞出使西域，张骞带上了丝绸和其他许多贵重物品，经过中亚细亚，到达了波斯、罗马，直到地中海领域。从此，通过当时连接欧亚大陆这条最长的商旅要道，把中国的丝绸连同文化一并传到了西方，后来它被誉为丝绸之路。当西方人穿戴起丝绸做成的衣服时，发现丝绸柔软舒适、光彩艳丽、极易显示形体，拥有丝绸甚至成了当时贵族身份的象征。于是，中国成了他们想象中遥不可及奇妙而又神秘的国度，丝绸也同样是他们心中难解的神秘之谜。
采访卫正国：丝绸是我们中国一个非常优势的产业，因为当时只有中国才有，是（有）非常优势的，好多西方人都不知道，只知道这么漂亮的丝绸，不知道是怎么来的，长途贩运过去，价格非常之贵，可以达到跟黄金等价的这样一个东西，当时欧洲人不知道，以为是树上长的什么东西，以为是某种树叶，用木梳刷刷，水里洗洗就出来了丝绸。实际上根本就不是这么一回事，当时的一种传说，大家在猜测，后来慢慢他们也知道可能是蚕吐丝，这样一种虫子吐出来的。当然他们也想办法把它搞过去。
为了获取丝绸，西方人费劲了心思，他们纷纷来到中国，希望得到养蚕真传，但是多次努力都告失败。有记载说，直到公元五百多年隋文帝时期，才有两个教徒把蚕卵偷偷带进了君士坦丁堡，从此开始了西方种桑养蚕的历史。然而，善于通过解剖来了解事物的欧洲人，反而先于我们发现了蚕的吐丝秘密。
采访卫正国：从家蚕吐丝的过程当中来看，因为家蚕吐丝，它有一对比较特殊的这样一个吐丝机构，我们叫做绢丝腺，或者叫做丝腺。它吐出来的丝是两种成分，一种成分我们叫丝素，是丝的主要成分，这是纤维分子，基本的丝素分子，然后形成丝的主要成分，还有一种就是丝胶，丝胶是一种球形的蛋白，带有粘性。
蚕吐丝的时候，首先在绢丝腺后部分泌丝素分子，向前运输到中部时，马上被粘性的丝胶包围起来，使丝素完全被包在中间。然后继续向前运输，丝素和丝胶便狭窄的通道紧紧地挤压在一起，在到达吐丝孔之前，左右两股液体还将汇合在一起，一旦从吐丝孔中吐出，遇到空气马上硬化成一根茧丝。
因此，我们所看到的一根茧丝其实是由两根丝纤维并列抱合在一起的。每一根单纤维的中心是丝素，外面包裹的是丝胶。原来，蚕在吐丝的时候，就已经把丝胶准备好了，不仅帮助蚕织出结实的蚕茧，也帮我们顺利抽丝。如果我们愿意，粘性能够帮助我们做成任何粗细长短的丝，丝毫不会露出拼接的痕迹。
虽然蚕无意中为人类利用它设计了种种方便，但毕竟桑树和蚕还是有限的。于是，人们寄希望获得一种人工制造纤维的方法，此时，蚕让人类找到了的灵感。蚕吐丝的经验告诉我们，要想获得纤维，则必须设法让液态原料从一个小孔中喷出来，并在空气中固化变成固体纤维。许多人都相信，如果能够发明人造纤维以代替蚕丝，这将是一件非常了不得的事情，其经济和社会效益都无法估量。自从19世纪开始，各国科学家都相继投入到了这一研究领域当中。奇迹在1930年诞生了，美国杜邦公司的工程师卡罗泽斯第一次在实验室成功合成了实用的人造纤维，他把这种纤维取名为尼龙。1938年，杜邦公司实现了尼龙的工业化生产。
采访卫正国：最早的话，成功的是在上个世纪40年代的时候，美国杜邦公司开发出来，就是替代蚕，替代蚕丝的，做尼龙丝袜，因为最早的尼龙丝袜全部是用蚕丝做的，然后它可以开发出化纤来做。
尼龙丝袜发明几年后，迅速风靡了全世界。成为当时女士们最喜欢的物品。甚至成为丈夫送给妻子，老板送给职员的最好礼物。从此，人类摆脱了从自然界中获得纤维的惟一途径，转而在化工厂就可以完成了。它甚至被认为是二十世纪最有影响的发明之一。
采访卫正国：从第一次有这样一种替代蚕丝的纤维出来，以后逐渐到现代，替代蚕丝的，模仿蚕丝所造的纤维越来越多，现在市场上到处都是，包括我们穿的什么衣服，绝大多数都是一种化纤类的东西。
如今，继尼龙发明以后，我们生活中的化纤产品越来越多，先后出现了锦纶、丙纶、涤纶、维纶、腈纶等等。不仅解决了人类对纤维的供需矛盾，又让我们把生活装扮得更加精彩。
如果你穿过丝绸的衣服，你会感觉到非常舒适。因为蚕丝与人体皮肤一样，都是由蛋白质构成的。你还会发现，夏天的时候穿着丝绸的衣服不觉热，那是因为蚕丝内部有占总容积25%的空隙，具有吸湿性，一旦出汗，蚕丝纤维就能够吸收汗液，让我们感觉很凉爽。而且，丝绸有非常柔和的光泽，就像珍珠上看到的光，很有富贵气，这其实也是与蚕丝的结构有关的。因为蚕丝外层是丝胶，它是一种球蛋白，表面凹凸不平。所以对光形成了一种漫反射，也就是漫无目的的反射，光被反射得很散，到处可以看到，但不刺眼，反倒显得很有富贵气。所以，丝绸一露面，就给大家带来了非常好的印象。然而，尽管我们能够模拟蚕丝发明出化学纤维，但是我们还不能实现化工生产出像蚕丝一样柔软纤细的纤维，为此，许多科学家仍在做着研究。而此时，还有一种能够吐丝的昆虫，也同样引起了科学家的注意，因为它吐的丝非常坚韧，这在军事和民用上的用途让科学家眼睛一亮。那么，这究竟是怎样的一种丝？
“小小诸葛亮，稳坐中军帐，摆起八卦阵，单捉飞来将”，打一种动物。这个谜语，也许很多人小时候都猜过，那么谜底是什么呢？它就是蜘蛛。夏天，这是农村孩子爱玩的一种游戏。用芦苇做成一个框框，粘满蜘蛛网，用来捕捉蜻蜓等小昆虫。借用蜘蛛的网，每次都会满载而归。然而，在蜘蛛世界里，这样的故事每天都在上演。
在昆虫王国里，蜘蛛是独行侠，它们极少群居，解决问题多靠单枪匹马，而它们的武器便是这张充满了艺术色彩的网。无论这个网是吊床、漏斗还是精致的圆，蛛网都能给它们立下赫赫战功。每一种蜘蛛的猎食都充满着传奇色彩，所有的都会吐丝，而它们当中多数又都会结网，布下一件艺术品作为陷阱。一切准备妥当后，它们便守在自己的作品旁边，耐心地等候那些造访的不速之客。在捕食时，蛛网多半都不会失败，这引起了越来越多科学家的关注。
采访潘志娟（苏州大学材料工程学院 教授）像搞材料、搞生物的这些研究人员对它感兴趣，是要到20世纪90年代中后期的时候，从那个时候开始一直到现在为止，蜘蛛丝就受到很多人的关注，然后对它做到了一系列的研究，这个可能也有一个原因，因为就是说，发现它抗冲击的能力很强，所以最早想到要研究它，就是想用来做防弹衣，防弹头盔。
蜘蛛需要将高速飞行的昆虫网住并捕获它，这是对蛛丝性能的最好考验。当猎物撞到网上以后，相信你同我们一样，都在担心猎物在蜘蛛网上拼命挣扎时网会破掉，然而，这种担心是多余的，大多时候，蛛网都能保证吸收猎物挣扎时所产生的巨大能量而不发生反弹。这与防弹衣的原理极为相似，因为防弹衣的原理也是要吸收和耗散弹头的能量。蜘蛛丝理所当然成了制造防弹衣的理想材料。
这是漏斗蛛，它的捕食简直像在表演，利用这张还不够一毫克重的蛛网，伸伸腿就结束了战斗。你想，如果有足够的蛛丝，我们就可以做成不会破的蛛丝衣服，像普通T恤一样的防弹背心，甚至用蛛丝来建造房屋，抵抗不可预测的地震。有人曾经做过这样一个理论推算，如果采用相当于铅笔粗细的蜘蛛丝来织网，织成的网完全可以拦住一架全速飞行的喷气式客机。
蜘蛛网，也许算得上是用世界上最细的线做成的最为精巧的构造。蛛丝的直径只有几微米，但强度是钢的五倍，弹性是尼龙的两倍，如今，这种细线结构也逐渐为人们所认识。在高倍电子显微镜下，可以看到蛛丝周围覆盖着一层胶质液体微滴，每个微滴中包含着一团丝线。如果有猎物撞到网上，微滴中的卷起来的丝团便会迅速放出来卷起猎物，从而消除猎物撞上时带来的冲力。然而，蜘蛛是怎样吐出如此坚韧蛛丝的，其中原因仍然是个未解之谜。
采访潘志娟：它吃的东西，它都是吃一些，它首先要吃活的东西，死的东西它是不吃的，它吃的东西，吃的食物都是蛋白质，它和蚕不一样，蚕都是吃桑叶，吃桑叶以后再利用（桑叶的）氨基酸、蛋白质，现在蜘蛛吃的就是蛋白质。
蜘蛛对吃的东西非常讲究，它首先吸食的是猎物的体液。如果不立即食用，它只会麻醉而不杀死猎物，饥饿时才会过来饱餐一顿，也许这种方式能够保证丝质原料的质量。
坐落在苏州古城的苏州大学材料工程学院，潘志娟教授的课题组正在解剖大腹圆蛛，这是我国南方常见的结圆网蜘蛛，这样的解剖能够帮助我们了解掌管蜘蛛吐丝的机构。原来，大腹圆蛛共有七个腺体，能够吐出七种不同的丝，而一件蛛网作品至少也需要三种丝。
采访潘志娟：它这个网就像它的家一样，这个框架就是相当于是一个骨架，就像房子的骨架一样，相当于就是骨架，这个骨架光有外面几个多边形的骨架，那肯定是不行的。就像这个房子只有墙上面的几个柱子不行，那肯定还要上面的梁了。辐射状丝就像这个梁一样，它要把那些昆虫粘住的话，就需要螺旋状的丝在上面。
然而，在蜘蛛的所有丝产品中，科学家最感兴趣的是一种叫做牵引丝的蛛丝。
采访潘志娟：逃生的时候这种丝就叫做牵引丝，为了保证它自己生命安全的，或者是从上面掉下来，或者是遇到其他侵害的时候，它逃跑时要用的。
蜘蛛行走时尾部拖着便是牵引丝，由于逃生的需要，这种丝的强度和韧性都是最大的。蜘蛛在一起时会互相残杀，这种肉食性动物的独行习性，使得我们无法通过群居养殖来获取蛛丝。不过实验室仍可以养上少量蜘蛛来做研究。固定好蜘蛛，然后抽出丝头绕在卷筒上，采用电动方式从蜘蛛体内抽丝，抽出的便是牵引丝。它将会被用来研究蜘蛛体内丝蛋白溶液和蛛丝之间的奥秘。
采访潘志娟：要把蛋白质溶液变成我们最后看到的又细又长的固体状的纤维，所以它实际上就是说，是一个由液体变成固体的过程，但是这个液体变成固体的过程当中，它的变化是非常多的，最重要的就是说，这个液体首先要经过一个漏斗状的这样一个东西，突然间粗细发生变化的漏斗状的这样一个部分，经过这个漏斗状的部分，它会受到力的作用，然后经过一个很长的细管子，在这个细管子里面，它就逐渐地由液体变成固体，到最后在细管子的尾部的地方就完全变成固体。
这与蚕丝不同，蚕丝的丝液是在遇到空气后才凝固成丝的，而蛛丝在体内就变成了丝。科学家发现，蜘蛛实际不是在吐丝，而是用双脚拉丝。如果分解它们的动作，可以看到它其中的两条腿不停地动，一条腿把丝拖出来传给另外一条腿，另一条腿接着再把丝安放到网上。通过这样不厌其烦的动作，才算得到合格的蜘蛛丝产品。
采访潘志娟：在空气当中它又受到脚的拉力的作用，又被进一步地拉，一拉，你想，比如说，原来一个卷的分子链，一拉以后，它就要拉直，原来排得比较乱的分子链，一拉以后就排得整齐了，实际上内部结构就发生变化了，最后就得到我们现在看到的丝。
但是，蜘蛛丝复杂的产生过程令科学家很是头疼，要模仿它，简直是困难重重。幸运的是，如今科学家已经找到了蜘蛛丝的基因，正试图通过生物工程技术，合成大量的丝蛋白。科学家看中了山羊的乳腺，用它作为复制蛋白的天然载体，这样，山羊在挤奶的时候便会有丝蛋白产生，而产量将会让蜘蛛望尘莫及。
采访潘志娟：人工合成丝蛋白，当然了，在我们蜘蛛丝的仿生当中是很重要的一个环节，但是如果说这个丝蛋白出来以后没有一个合适的纺丝工艺，纺丝过程的话，那肯定是不行的。所以我们目前就是在做蜘蛛丝的纺丝过程的仿制，最关键的一点就是说，首先把纺丝过程搞清起，它自然天然的纺丝过程搞清楚，就是把它的纺丝机理搞清楚。然后做这样一个纺丝的装置，把人工合成的丝蛋白溶液变成我们理想中，想要的这样一个人工制造的蜘蛛丝。
目前，也有科学家正试图把蜘蛛丝的基因转移到蚕身体中，希望让蚕吐出蜘蛛丝。蚕也许是一个现成的纺丝器官，然而，蚕和蜘蛛的吐丝过程却有较大的差别，因此，这种丝的性能如何依然是个未知数。
从获取丝蛋白到吐丝结网，蜘蛛完成一幅这样的作品似乎非常简单，甚至于刚从卵中孵出来的幼蛛，都能够完成这么一件细致入微的工作。然而，我们稍加回顾便会发现，为了完成这样一个过程，蜘蛛历经了近四亿年的漫长进化历史。虽然人工制造蛛丝的道路漫长，但我们已经迈开了步伐，这将是一个希望的开始。
不论是蚕丝，还是蜘蛛丝，尽管它们的吐丝方式不同，但它们的产品连同它们自身给我们带来的灵感，对我们来说，都是一笔自然赐予的宝贵财富。在我们模仿吐丝的道路上，丝是重要的，但更重要的在于，了解吐丝背后这些鲜为人知的秘密，也许会给丝纤维行业带来一场新的革命。
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