黏滿 了 學問 全 世界 大概 有 將近 四萬多 種 蜘蛛 並 不 是 每 一 種 蜘蛛 牠 都 會 結網 大概 只 有 一半 左右 的 蜘蛛 會 利用 蜘蛛絲 結成 網子 來去 捕捉 昆蟲 在 這些 會 結網 的 蜘蛛 當中 呢 基本 上 呢 可以 分成 兩 個 大 的 類型 那 第一 個 大 的 類型 牠們 是 結 所謂 的 圓網 也就是說 牠們 的 網子 呢 是 只 有 二 度 空間 平平 的 有時候 這 個 網子 可能 是 垂直 的 那 第二 種 的話 呢 就 是 看起來 是 比較 立體 的 那 我們 稱之為 是 立體網 因為 蜘蛛 會 花 比較 多 的 絲 做出 一 個 比較 複雜 的 結構 通常 它 在 野外 也 可以 放 得 比較 久 那 圓網 呢 通常 結構 比較 簡單 所以 在 野外 通常 比較 不耐 環境 當中 的 一些 風 啊 雨 啊 蜘蛛網 具有 黏性 能夠 捕捉 獵物 那麼 蜘蛛 會不會 被 自己 的 網 給 黏住 了 呢 蜘蛛 的 腹部 尾端 有 六 到 八 個 紡絲器 對應 不同 的 腺體 吐出 的 絲 有 不同 功能 有的 特別 有 韌性 有的 則 是 有 黏性 其實 會 黏 的 部分 不 是 輻射狀 的 絲 而是 這些 同心圓狀 的 絲 蜘蛛 體 內 另外 還 有 一 種 腺體 叫做 集合腺 集合腺 呢 會 噴出 黏液 以至於 當 它 拉出來 的 時候 這 個 會 有 這 個 黏液 塗抹 在 上面 以致 蜘蛛網 本身 會 帶有 黏性 蜘蛛網 除了 捕捉 獵物 之外 還 有 其他 的 功能 嗎 蜘蛛網 呢 它 也 可以 作為 蜘蛛 牠 的 一 個 觸覺 或者 是 感覺 的 延伸 牠 基本 上 是 靠 著 觸覺 或者 是 靠 著 一些 其他 的 感覺 去 感受到 環境 當中 的 振動 訊號 啦 或者 是 聲音 立體網 的 功能 之 一 就 是 來 保護 蜘蛛 牠 可以 很 有效 的 去 防止 捕食 者 的 攻擊 所有 的 蜘蛛 牠們 都 會 利用 絲 至少 會 去 行使 這 幾 個 基本 的 功能 那 當然 大概 只有 一半 左右 的 蜘蛛 會 再 進一步 的 用 不同 的 絲 來 做成 陷阱 也 就 是 所謂 的 蜘蛛網 來去 捕捉 獵物 有些 蜘蛛 不會 結網 但是 牠們 仍然 可以 吐 絲 對 跳蛛 來 說 曳絲 就 是 幫助 牠們 在 跳躍 時 保持 身體 平衡 的 利器 當 牠 在 走 的 時候 會 在 牠 的 身體 後面 拖 一 條 絲 牠 那 個 絲 呢 我們 就 叫做 曳絲 要 從 高處 往 下 跳 的 時候 可以 充當 一 個 安全鎖 的 功能 在 降落 的 時候 有 絲 的 時候 牠 可以 安然 地 降落 但是 在 沒有 絲 的 時候 牠 沒有 辦法 成功 地 降落 就是 很 不 穩定 的 曳絲 除了 幫助 蜘蛛 在 樹枝 間 移動 位置 外 也 是 結網 工程 中 的 重要 步驟 蜘蛛 尋找 上風處 藉著 風力 將 蛛絲 送出 來回 固定 絲線 後 在 絲橋 下方 吐出 一 條 較 寬鬆 的 蛛絲 接著 牠 爬到 寬鬆 蛛絲 的 中央 利用 垂絲 向 下 垂降 形成 Y字型 絲架 是 最 基本 的 三 條 輻絲 蜘蛛 從 中央 再 織出 更多 放射狀 的 輻絲 這些 是 牠 行走 的 主要 路經 所以 不 具 黏性 最後 牠 從 中心 開始 以 逆 時鐘 方向 由 裡 而 外 架設 緊密 且 具 黏性 的 橫絲 完成 後 回到 中心點 守株待兔 你 要 製造 一 個 結構 很 精密 的 蜘蛛網 事實 上 是 很 耗費 能量 的 有 一些 蜘蛛 牠們 可以 製造 好幾 種 不同 的 絲 來 完成 一 個 精密 的 結構 可是 在 演化 上 這 一 類 的 蜘蛛 數量 並 不 多 多 種 功能 的 蜘蛛絲 對 蜘蛛 來說 非常 重要 從 移動 獵食 產卵 都 要 靠 它 它 對 蜘蛛 來 說 是 珍貴 的 資源 來自 消化 獵物 的 蛋白質 並 重新 合成 所以 很多 蜘蛛 會 吃掉 自己 的 蛛網 再 織成 新 網 我們 發現 蜘蛛 其實 牠 是 根據 環境 當中 的 各 種 獵物 的 變化 甚至於 是 風 的 變化 去 調整 材料 跟 結構 的 特性 蜘蛛絲 更 是 目前 生物界 中 最 具 韌性 的 蛋白質 纖維 兼具 輕量 柔軟 彈性 生物 可 分解 與 生體 適合性 這 個 蜘蛛絲 是 拿來 攔截 空中 快速 飛行 的 大型 昆蟲 所以 呢 對 蜘蛛 來 講 的話 這 個 蜘蛛絲 的 材料 上面 它 的 要求 就 比較 高 所以 呢 你 可想而知 它 的 一 個 材料 跟 它 的 一 個 強度 啊 硬度 啊 都 會 比 蠶絲 來得 好 一 縷 蜘蛛絲 可以 延伸 約 20% ~ 27% 而 不會 斷裂 電影 蜘蛛人 中 成束 的 蜘蛛絲 可 擋下 疾駛 中 的 地鐵 雖然 是 電影 特效 但是 如果 用 鉛 筆桿 一樣 粗細 的 蜘蛛絲 來 結成 網 是 可以 攔截住 一 架 飛行 中 的 波音 747 客機 國家 同步 輻射 中心 的 許火順 博士 以 輻射 X 光 繞射 觀察 蜘蛛絲 的 晶體 結構 蜘蛛絲 呢 尤其 像 人 面蜘蛛 人面 蜘蛛 的 拖曳線 泡到 水 裡面 大概 五 分鐘 就 夠 了 五 分鐘 以後 呢 這 個 拖曳線 的 長度 呢 從 原來 的 長度 呢 縮短 縮短 到 剩下 一半 長度 這 是 叫做 超 收縮 現象 蜘蛛絲 當 它 超 收縮 以後 呢 它 的 延展 性質 變 得 比 原來 的 延展 性質 要好 一千 倍 蜘蛛絲 的 承載力 比 同樣 粗細 的 鋼絲 大 五 倍 如果 有 一 天 我們 真的 可以 用 蜘蛛絲 來 代替 鋼絲 的 話 不只 可以 省下 許多 開採 礦物 與 冶鐵 的 成本 更 是 合乎 環保 訴求 的 天然 產物 這 是 近 三百 年 歷史 的 國家 一級 古蹟 鹿港 龍山寺 它 跟 仿生 科技 有 什麼 關係 呢 原來 是 在 入口 後 的 戲臺 有 一 個 台灣 最 美 的 天花板 稱為 藻井 它 也 叫 蜘蛛 結網亭 是 模仿 蜘蛛網 的 結構 所 設計 有 一些 建築物 就 是 模仿 蜘蛛網 的 這樣子 的 一 個 結構 來去 建造 尤其 是 像 圓網 這樣 的 結構 上面 去 瞭解 說 它 用 什麼 樣 的 一 個 幾何 結構 方式 能夠 讓 建築物 更 穩固 藻井 最早 的 功用 是 支撐 天窗 由 無數 的 小 塊 香木 榫接 而 成 後來 演變成 匠師 競技 的 場所 結構 變 得 越來越 複雜 是 中國 建築 特有 的 天花板 結構 及 裝飾 手法 1988年 韓國 奧運 巨蛋 體操館 是 工程師 David Geiger 所 設計 的 全 拉力 纜索 圓頂 系統 今日 許多 大型 場館 的 屋頂 也 使用 這 項 技術 它 的 靈感 也 都 是 來自 蜘蛛網 的 結構 蛛網 的 結構 固然 有趣 但是 神奇 的 蜘蛛絲 到底 是 如何 製成 的 呢 蜘蛛絲 的 原料 在 絲囊 內 是 液狀 的 可溶性 蛋白質 被 擠壓 通過 腺體 前 狹窄 的 管子 時 蛋白 分子鏈 才 會 因為 受到 高剪 切力 作用 而 排列成 液晶態 溶液 接觸 空氣 後 成為 蜘蛛絲 蜘蛛絲 裡面 呢 它 的 主要 一 個 強度 來源 呢 是 因為 它 裡面 有 晶體 有 結晶 結晶 的 東西 它 是 一些 原子 排列 很 規則 的 東西 那 如果 我們 要 研究到 原子級 結構 的話 目前 的 方式 除了 非常 非常 高解析度 的 電子 顯微鏡 之外 X 光 繞射 是 又 方便 又 好用 那 大家 都 在 用 的 一 個 方法 一 條 蜘蛛絲 上 擁有 兩 種 蛋白 奈米 晶體 一 種 是 排列 整齊 的 結晶β 另 一 種 是 不 規則 的 混亂 結晶 α 結構 鬆散 的 α 螺旋 能 增加 蜘蛛絲 的 彈性 堅硬 的 β結晶 則 讓 蜘蛛絲 更 強韌 兩 者 相互 纏繞 形成 堅硬 但 又 有 彈性 的 蜘蛛絲 蜘蛛絲 呢 自古以來 一直 都 是 人類 很 想要 利用 的 材料 在 生物 科技 還 沒有 非常 發達 之前 其實 人類 就 已經 開始 利用 蜘蛛絲 譬如說 一些 槍砲 在 它 的 瞄準器 上面 做 準線 之 用 而 老 祖先 們 則 是 觀察 蜘蛛網 來 預測 天氣 一般來說 早晨 看到 蜘蛛網 上 有 水滴 天 會 放 晴 當 天氣 好 時 日夜 溫差 就 會 變 大 遇到 冷 空氣 的 水蒸氣 就 附著 在 蛛網 上 變成 小 水滴 不只 人類 喜愛 蜘蛛絲 有 種 叫 黑枕藍鶲 的 鳥兒 會 在 林 中 尋找 蜘蛛網 並 來回 以 身體 衝撞 蛛網 藉 此 收集 蜘蛛絲 帶回 巢 中 利用 蜘蛛絲 的 黏性 黏附 樹枝 樹葉 讓 巢穴 更加 穩固 巢穴 上 可 見 的 白色 球狀 物體 就 是 牠們 蒐集 而 來 的 蜘蛛絲 蜘蛛絲蛋白 具有 生物 相容性 及 抗菌性 可 供 做 手術 縫合線 人工 韌帶 人工 皮膚 等 移植 材料 手術 需要 一些 縫合線 那 如果 像 蜘蛛絲 的 話 它 可以 非常 的 細 就 達到 足夠 的 強韌度 做出來 就 是 一 個 沒有 痕跡 的 手術 而且 你 也 不用 拆 線 因為 它 是 蛋白質 這麼 完美 的 纖維 我們 可以 透過 豢養 的 方式 大量 取得 蜘蛛絲 嗎 這 個 蜘蛛絲 太 難 太 難 去 獲得 了 我們 不可能 做 一 個 蜘蛛 農場 就 像 養 蠶 一樣 幾萬 隻 幾十萬 隻 養 在一起 去 抽絲 蜘蛛 是 捕食 者 如果說 你 大量 的 把 很多 蜘蛛 養 在 一 個 侷限 的 空間 的話 牠們 會 彼此 互相 吃來吃去 再 加上 牠 的 絲 並 不 多 所以 一直 都 沒有 辦法 能夠 成為 人類 一 個 拿去 人工 養殖 獲得 材料 的 一 種 動物 既然 蜘蛛 無法 像 蠶 一樣 飼養 取 絲 科學家 們 該 如何 以 人工 方式 仿製 蜘蛛絲 呢 楊正昌 教授 採用 近 幾 年 在 高分子 材料 上 被 普遍 運用 的 靜電 紡絲 技術 靜電 紡絲 的 方式 它 可以 把 毫克級 的 原料 把 它 做成 奈米級 的 細度 的 纖維 把 絲 取出來 之後 重新 熔解掉 去 模仿 說 如果說 原料 的 部分 生產 的 部分 如果 克服 的話 我們 可以 運用 這樣 的 方式 把 它 紡成 纖維 我們 基本 上 可以 還原 到 90% ~ 95% 以上 的 物性 所以 就 紡絲 的 製程 上面 來 講 是 克服 了 那 現在 反而 剩下 就 是 原料 端 要 取得 製造 蜘蛛絲 的 原料 其實 非常 困難 蜘蛛絲 被 蜘蛛 抽出來 的 時候 這 當中 到底 有 哪些 有 哪些 組成 的 要素 以致於 蜘蛛 牠 能夠 產生 這麼樣 堅韌 的 蜘蛛絲 比較 大 的 瓶頸 有 幾 個 第一 個 就 是 在 基因 的 層面 我們 還 不 太 了 解 這 個 基因 的 組成 是 怎麼樣 這 個 蜘蛛絲 的 基因 它 事實 上 有 很多 重複 序列 每 一 個 重複 序列 裡面 又 有 各式各樣 不同 的 功能 有的 負責 它 的 強度 彈性 韌度 就 每 部分 負責 不 一樣 的 東西