蜘蛛侠徒手停火车 蛛丝真有那么厉害？

最近，随着漫威超级英雄电影《蜘蛛侠:英雄远征》的热映，蜘蛛侠彼得·帕克，一个因被放射性蜘蛛咬伤而拥有超能力的高中生，在《复仇者联盟4》之后会见了粉丝。尽管他不再受钢铁侠的照顾，也不再受美国船长的指挥，但他再次成为了漫威宇宙中的孤独英雄。

(照片来源:电影海报)

像所有以前的蜘蛛侠电影一样，《蜘蛛侠》依靠他自己发明的人造物品——蜘蛛网发射器，继续发挥他进入天空和爬过屋檐的超能力。当面临关键时刻时，蜘蛛侠会启动藏在他手掌里的蜘蛛网发射器开关，从蜘蛛网发射器中迅速喷出粘稠液体，遇到空气后迅速凝固，形成蜘蛛网状的绳索。

(资料来源:https://giphy.com/)

蜘蛛丝的力量在以前的电影中被认为是被欣赏的。它不仅可以拖着蜘蛛侠在高楼林立的城市空气中*移动，快乐地摇摆。

(资料来源:https://giphy.com/)

甚至把分裂的巨型飞船拉在一起。

(电影来源:作者)

蜘蛛人用这种薄薄的丝绸，一次又一次地扭转了过去到现在的潮流，帮助建设到现在，把人们从水火中拯救出来，深刻地解释了什么是侠，为国家和人民服务。

真正的蜘蛛丝并不比电影里的差。

然而，你可能会说，这毕竟是科幻电影中的一集。这部电影是随心所欲地拍摄的，但这只是导演和编剧拍脑袋的问题。现实世界中的蜘蛛丝可以用竹竿折断它。它怎么会这么强？事实上，蜘蛛丝在自然界中的坚固性并不比电影中的弱。它很容易被打破只有一个原因——它太薄了！

六种蜘蛛丝和悬挂在蜘蛛丝上用来捕捉猎物的粘性液滴(图片来源:参考)

上图为环甲蛛、三叉蛛、金龟子蛛和三种仅在国外分布的蜘蛛的显微照片。

蜘蛛丝通常直径小于0.01毫米(10微米)，比我们的发丝薄四到五倍，所以它总是给人一种印象，它可以被炸弹炸碎。它的直径已经超过了我们肉眼能看到的最小尺寸。事实上，我们每天看到的蜘蛛丝不仅仅是裸露的纯蜘蛛丝，它的表面覆盖着蜘蛛分泌的粘性液滴来捕捉食物。

当蜘蛛丝变得足够厚时，效果就完全不同了。蜘蛛丝的断裂强度为1.75 ×1010帕，是人骨的135倍，是高强度合金钢的25倍，是钻石的6倍。断裂强度比我们目前知道和使用的所有天然丝和人造丝都要大。取蜘蛛丝和相同厚度的钢丝进行拉伸试验，弄断蜘蛛丝所需的能量是弄断钢丝所需能量的100倍。

以中国特有的蜘蛛蜘蛛蜘蛛为例，研究表明，当蜘蛛丝像铅笔一样粗时，它甚至可以支撑一架180吨重的波音747，以每秒80米的速度着陆！

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蜘蛛十字花园(照片来源:https://www.veer.com/photo/132680760)

蜘蛛侠赤手空拳停下火车需要多大的压力？

让我们以“蜘蛛侠2”中最经典的一集——蜘蛛侠赤手空拳拦火车为例。英国莱斯特大学的詹姆斯·福斯特和其他人计算了蜘蛛人蛛丝在这个过程中必须承受的张力。

他们以纽约地铁4段R160为模型进行计算，每节车厢都坐满了246人，4段车厢和人的总重量约为200吨。电影中的地铁以每秒24米的速度全速行驶。蜘蛛侠将在大约50秒内平稳安全地停止它，这需要蜘蛛丝给它30万牛顿的拉力。下图中蜘蛛丝与蜘蛛人手臂的比例可以粗略估计:蜘蛛丝的直径约为1.75毫米，由此可以计算出蜘蛛人蜘蛛丝的抗拉强度至少为3.12×1010帕，是人骨的240倍，是高强度合金钢的45倍，是钻石的11倍！

(照片来源:http://app.tongbu.com和作者)

虽然这种强度要求确实超过了普通蜘蛛丝的最大强度，但达尔文吠蛛并不完全能够通过在地面上“摩擦”蜘蛛家族的所有成员来保持住。

达尔文吠蛛(图片来源:https://commons.wikimedia.org/wiki/file:吠蛛2011.jpg)

蜘蛛中最强壮的织网者:达尔文吠蛛

2009年，为了纪念达尔文的杰作《物种起源》出版150周年，达尔文的树皮蜘蛛在马达加斯加的安达西比-曼塔迪亚国家公园被发现，并以生物学家达尔文的名字命名。

达尔文吠蛛的丝强度达到12×1010帕。如果说普通蜘蛛的蜘蛛丝强度在目前已知的所有天然丝和人造丝中很难找到对手，那么达尔文吠蛛的蜘蛛丝强度已经达到了独孤求败的水平。这种蜘蛛丝的硬度是kevlar的十倍，kevlar是杜邦公司生产的人造纤维材料(广泛用于坦克、装甲车和防弹背心)，几乎可以同时用四层薄膜堵住地铁。达尔文的树皮蜘蛛也编织了所有蜘蛛中最大的网，宽达25米。然而，你可能认为这只蜘蛛一定是个怪物，但事实上它不是。雌蜘蛛不到2厘米长，只有指甲那么大。雄性蜘蛛甚至更小，只有雌性蜘蛛的五分之一大。

五层结构实现蜘蛛网的超强韧性

蜘蛛丝之所以具有如此高的强度和韧性，与蜘蛛丝内部巧妙而独特的层次结构密切相关。

蜘蛛丝的层次结构(图像来源:参考文献和作者处理)

首先，蜘蛛丝的一级结构是由氨基酸分子通过氢键(分子间的相互作用力)紧密连接而形成的氢键β链。氢键β链通过氢键相互连接，形成蜘蛛丝-氢键β片纳米晶体的二级结构。

氢键β片纳米晶嵌入半无定形的β角多肽链形成α螺旋结构，这是蜘蛛丝蛋白纳米复合结构的三级结构。这种结构是蜘蛛丝表现出高强度和高弹性的关键因素，使蜘蛛丝在拉伸、弯曲等变形过程中有足够的相互作用力来相互拉咬，同时也为蜘蛛丝提供了足够的活动空间，使其能够产生较大的变形而不断裂。

由数百个三级结构形成的丝原纤维通过包裹层和外皮结合在一起，产生合力，进一步扩大蜘蛛丝的韧性和强度，最终形成直径为微米蜘蛛丝的四级结构和蜘蛛丝-蜘蛛网编织的五级结构。

蜘蛛丝具有广阔的应用前景，但很难商业化。

蜘蛛丝具有高弹性、高韧性、高吸水性、轻质和可生物降解性等诸多优点，在航空航天领域(人造卫星和宇航服的结构材料和复合材料)、军事领域(坦克、装甲、飞机、防弹夹克和降落伞等)具有广阔的应用前景。)，工业领域(高强度材料、车轮轮胎等。)、医学领域(人造组织或器官、生理组织和生物材料如可降解手术缝合线)和纺织领域(服装、围巾等。)。

但是到目前为止，蜘蛛丝的商业应用还没有实现，因为蜘蛛不像蚕，可以大规模人工饲养。蜘蛛有同类相食和同类相食的特点。你可能会注意到，很难看到两只蜘蛛生活在蜘蛛网上。然而，随着科学技术的发展，科学家们利用转基因技术将蜘蛛丝注入蚕卵中，从而在蚕的基因链中有了蜘蛛丝基因。利用这种“鸡生蛋”转基因技术，有望实现蜘蛛丝的大规模生产和制备。

现实世界中的蜘蛛经常令人毛骨悚然，并且因为它们丑陋而凶猛的外表而被避开。这个形象与电影中英俊善良的蜘蛛侠完全不同。

事实上，与人类的生活和生产相比，大多数蜘蛛都是有益的昆虫。因为它不破坏粮食作物，它不仅可以捕食苍蝇、蚊子和其他害虫，还可以用作药物。即使一些蜘蛛有一定的毒性，也很难带来致命的伤害。蜘蛛受伤致死的概率甚至比被蜜蜂蛰伤致死的概率小得多。

在大多数情况下，蜘蛛永远不会主动攻击人类。即使它攻击人类，蜘蛛的牙齿也很难刺穿人类的皮肤，所以我们不能仅仅因为蜘蛛长得丑就“以貌取人”。这是非个人的，也不科学。

例如，下图中的白额高脚蜘蛛，对蟑螂就像中国人对小龙虾一样，可以说是蟑螂的头号天敌，可以一次捕食几只蟑螂。它拒绝接受任何东西，拥抱它，吃了它，然后吃了它。此外，它生性胆小，喜欢溜进人类的房子。可以说它对人类和动物无害。它已经逐渐成为家中杀死生物蟑螂的宠儿(当然，它只限于那些半夜醒来，看到这东西倒挂在天花板上，而且嘴里还有蟑螂的尸体并能睡觉的人)。

(电影来源:作者)