超神奇蜘蛛丝！人类如何突破万难催生纺织史上超强材质

在电影《蜘蛛人：返校日》（Spiderman: Homecoming）中，“钢铁人”东尼史塔克为“蜘蛛人”彼得帕克打造了五花八门的多功能蜘蛛丝武器，而彼得帕克趁著学校实验室的实验空档，也偷偷自行研发了好几代的蜘蛛丝液。不过在现实世界里，尽管人类早就清楚蜘蛛丝的神奇妙用，但不论是想要抽取真正的蜘蛛丝，或是透过技术研发生产人造蜘蛛丝，其实都不如想像中的容易。

蜘蛛丝制品的无限延伸 1709年，法国财务大臣François Xavier Bon de Saint Hilaire向当时的法国国王路易十四，献上一双由蜘蛛丝制成的银色长袜，显然人类早早就在打蜘蛛丝的主意了。

但在18世纪初，有许多技术上的门槛是当年的法国人无法克服的，光是那一双长袜，得从数百颗蜘蛛卵囊辛苦收集到够多的丝线再进行编织，François Xavier Bon de Saint Hilaire在隔年写给英国皇家科学院的信件中指出：“目前唯一的困难在于，要取得足够数量的蜘蛛卵囊，才能制作任何较大型的物品。”

三个多世纪后的今天，这个问题终于在科技的进步之下得以解决，而且蜘蛛丝制品也终于不再是皇家的专利。来自美国湾区的生物科技公司Bolt Threads，推出限量款的深蓝色蜘蛛丝编织领带。

蜘蛛丝虽然看起来都一样，但其实蜘蛛在漫长的演化中，为了满足不同的需求，发展出七种不同性质的丝线。公蟹蛛会在交配前会制造葡萄状腺丝（aciniform silk）缠住母蟹蛛；母蜘蛛会织出柔软光滑的管状卵囊（tubuliform egg sacs）；暗门蜘蛛会制造特殊有黏性的蜘蛛丝球，以构筑它们用层层土壤和蜘蛛丝打造的沉重旋转门；不过最通用的类型要数壶状腺丝（ampullate silk），也就是牵引丝，蜘蛛用它们来沿绳下降以及架构蜘蛛网。

将这些不同的蜘蛛丝结合运用，似乎能有各种无限的延伸：蜘蛛丝潜水钟、蜘蛛丝遮阳伞，甚至是蜘蛛丝迷彩服。而在英国伦敦的维多利亚与亚伯特博物馆（Victoria & Albert Museum，V&A Museum）就曾首度展示过一件黄金蜘蛛丝斗篷。这件耗时三年、收集了超过120万只母金丝蜘蛛才得以完成的斗篷，原料取得相当不易，每天必须动用60至80不等的人力，在非洲马达加斯加高地不断寻找，每只蜘蛛只会让它吐出约30至50米不等的蜘蛛丝，如此长度的蜘蛛丝大约25分钟即可取得，等蜘蛛吐完丝后，再将它们送回野外放生。

原来蜘蛛丝如此神奇 相传古希腊时期，人们会用蜘蛛卵囊来包扎伤口，新几内亚的渔夫会将圆蛛的蜘蛛网编织成鱼网，但在服装上的应用，反而是较不强韧的蚕丝取得了绝对优势。François Xavier Bon de Saint Hilaire认为，这是人类对“如此卑劣的昆虫”的偏见，但更实际的原因是，蜘蛛难以驯养，“把年幼的蜘蛛饲养在不同隔间中”，François Xavier Bon de Saint Hilaire补充说明，最终下场总是一样的：它们会相互攻击并吃掉彼此。

这固然相当可惜，因为蜘蛛丝是一种相当神奇的材质，它比钢铁更坚硬，比防弹纤维Kevlar更有韧性。虽然人类可以相对轻松地穿越一个蜘蛛网，但那是因为每条蜘蛛丝的直径只有千分之三毫米，假如把蜘蛛丝加粗到直径一毫米，预估那样的蜘蛛网是足以抓住一台直升机的，就如同它现在捕捉苍蝇般那么有效。

除了出了名的坚韧，蜘蛛丝也具有高度延展性，有些蜘蛛丝能够伸展到五倍的长度都不断，而且蜘蛛丝极度轻盈，一条长度足以环绕地球一圈的蜘蛛丝，重量只有约一磅（约453.59公克）出头而已。此外，蜘蛛丝还有防水及抑菌等特性。

这么好的材质，自然有许多人跟着François Xavier Bon de Saint Hilaire的脚步持续研发，希望能将蜘蛛丝商业化。美国南北战争时的一名医官Burt Green Wilder，因首次使用“神经元”（neuron）这个术语以及收集浸泡在溶液中的大脑而闻名。

当他在南卡罗来纳州的Folly Island与非裔美国人组成的第54麻州志愿步兵团一起服役时，曾经从一只大型圆蛛身上取出150码金丝线。受到启发的Burt Green Wilder，后来设计了一个小型取丝装置：一个加装了铰链的木板，能将蜘蛛的头和脚固定在一侧，而它的腹部则是在另一侧，透过手摇绕线筒取出蜘蛛丝。

但Burt Green Wilder也承认，即便有装置辅助，要产出足以制作一件洋装的蜘蛛丝，至少需要超过5,000只蜘蛛才行。

基因革命催生人造蜘蛛丝 在接下来的一百年，人类依旧拿蜘蛛丝没办法，即便不断改进装置，就是难以实现规模化生产，直到1990年代，基因科技拥有突破性发展，一切才有所变化。人类找到了制造蜘蛛丝的关键DNA，并将此基因移植到其他的生物上，从此我们不再需要蜘蛛牧场，基因改造的大肠杆菌、酵母菌、烟草植物、甚至山羊都能够制造蜘蛛丝了。

虽然现在已经不需要活蜘蛛，但真正麻烦的事情还在后头，积极研发人造蜘蛛丝的新创科技公司Bolt Threads首席执行官暨共同创办人Dan Widmaier表示，公司是使用啤酒酵母制造蜘蛛丝，将它放在装有水和糖的不锈钢容器中发酵，这是个相当简单明嘹的设置。

但编码制造蜘蛛丝的基因序列，在组成DNA的四个分子中，几乎就占了两个，也就是说，它们高度重复，而且很容易被破坏。修补那些序列，好让酵母能生成不同的丝蛋白，Dan Widmaier说，这个过程是“很痛苦的”，他们自2009年公司成立至今，至少试了4,000种排列组合才找到正确的序列。

蛋白质对了，接下来的问题就是如何将这些蛋白质以一种高品质与纯度的流体形式作为纺织的原料。为了不让所有人还得从一个个细胞中进行萃取，Bolt Threads又调整了酵母的基因，让酵母自己把蛋白质释放出来。

丝蛋白从Bolt Threads发酵槽中的酵母糖水分离后，被纯化成粉状，这些粉末接着会混入一种溶剂，直到它呈现有如橡胶胶水般的黏性，这个胶状的黏糊物体便是一般所称的纺丝液，经纺丝机喷出后制作成纤维。

Dan Widmaier指出，在纺纱的过程中，有许多繁琐的平凡事物都可能会出错。不论是任何蛋白质纯度、黏稠度、酸碱值和温度的细微调整，都可能让纺丝液形成小圆珠，而不是丝线，也会因此让机台堵塞。

也因此，目前蜘蛛丝领带的产量还不算太高，这一波制作的50条领带，每条领带都用了超过90公里长的蜘蛛丝。

Bolt Threads并不是现在唯一一间运用基因工程生产人造蜘蛛丝的公司。与它同期的还有一家位于美国犹他州的生物科技公司Biosteel，他们想从基因改造的山羊乳汁中萃取蜘蛛丝蛋白，但最后却不幸破产。2016年，日本的Spiber用大肠杆菌为The North Face制作了一件实验性的蜘蛛丝派克大衣，来自德国的生物材质公司AMSilk也与Adidas合作，开发出蜘蛛丝编织的运动鞋。

虽然产量少到要用抽签的方式决定谁能购买，但Bolt Threads是第一间真正达成蜘蛛丝商业化应用的公司，尽管目前这条领带并未坚韧如钢铁，无法防弹、无法防水，也不具有超级的弹性，但他们已经开始与美国户外用品品牌Patagonia携手研发更多的相关产品。

现今纺织印染所产生的废水，占全球工业废水污染的五分之一，Bolt Threads目前正在研究如何让酵母菌分泌有色丝蛋白，这样就能够省去染整的步骤，减少对环境的污染。

Bolt Threads的野心不只在蜘蛛丝而已，Dan Widmaier表示，“最终我们制作的蛋白质纤维，它所拥有横切面、质感和特性，让它摸起来几乎就像你想要的任何材质—羊毛、尼龙或是全新的材质。”或许未来这种生物丝还可以拿来制作军队盔甲，或用来包装特殊化学药品，但Dan Widmaier的梦想很简单：一件更好、更耐穿、更舒服的长袖毛衣。“我知道这不是太空升降梯，但这是我真正感到兴奋的事物。”

责任编辑：Linden Chen、Ivana Yang 资料来源：The New Yorker、索尼影业、Shutterstock、Bolt Threads

---