编者按：蜘蛛肚子里有许多丝浆，将这些丝浆喷出去就形成了蜘蛛丝。蜘蛛丝与蚕丝相比，有非常明显的优势，有很大的潜在利用价值。但由于蜘蛛丝难以量产，科学家们正在研究吐丝技术，Nicola Twilley为我们详细介绍了目前科研情况。
在1709年，法国蒙彼利埃法庭院长François Xavier Bon de Saint Hilaire先生向路易十四赠送了一双银色的蜘蛛丝长袜，它是由数百个精心收集的卵囊编织的。“现在唯一的困难在于采购足够数量的‘蜘蛛卵袋’来做大量的工作。”Bon在第二年给英国皇家学会的一封信中写道。三个多世纪以后，这个难以克服的困难已经得到解决，并且非王室的人第一次有机会购买蜘蛛丝服装——一个深蓝绿色的领带，由位于湾区的一个生物科技公司Bolt Threads生产，限量50个。
当然，蜘蛛自古以来都是为了它们自己的目的而生产蜘蛛丝。据《蜘蛛的私生活》的作者Paul Hillyard所述，最早的证据来自纽约州的有着三百八十万年历史的泥盆纪页岩，在那里，古生物学家发现了已经石化了的蜘蛛的臀部——一种具有二十个闸口的蛛形纲动物的莲蓬头，古老的蜘蛛通过它们将蜘蛛丝拉出，然后将这些蜘蛛丝组合成单个线。
从那时起，蜘蛛型已经进化成了七种不同的高度分化的丝腺。雄性蟹蛛在交配前会制造葡萄状腺丝绑住它们的雌性蟹蛛；雌蜘蛛会编织卵形管状卵囊；而活板门蜘蛛会生成特殊的粘性的蜘蛛丝球，用于构建层状地层和蜘蛛丝的重型回转门。不过，最万能的类型还是壶腹状或体后避敌丝，蜘蛛用它们来沿绳下降和构建蜘蛛网。综合起来，这些不同种类的蜘蛛丝可以被运用到似乎无限种类的形式中：蜘蛛丝潜水钟、蜘蛛丝遮阳伞，甚至蜘蛛丝迷彩服。（Hillyard 注意到，“一片小的、看起来杂乱无章的白色蜘蛛丝”出人意料地像一块鸟粪。）
人类对蜘蛛丝的利用落后于蛛形纲动物自己的独创性。据说，古希腊人使用卵囊来包扎伤口，而新几内亚渔民们则知道将结网性蜘蛛结的网编织成渔网。然而在服装方面，家蚕结的不牢固的网占据了主宰地位。Bon将此归因于人类对“如此卑鄙的昆虫”的偏见，但更实际的原因是蜘蛛已被证明对驯化有抵抗力。“在房间里饲养年幼的蜘蛛，”Bon着重提到，总会以一种方式收尾：它们互相搏斗并吃掉对方。这很可惜，因为蜘蛛丝是一种神奇的材料。
蜘蛛丝非常坚韧，比钢铁还要坚固，并且比凯夫拉尔纤维还耐撕裂。虽然人类可以相对容易地穿过蜘蛛网，这是因为每条线的直径只有千分之三毫米。如果将其扩展到超过一毫米，估计一张蜘蛛网可以像捕捉苍蝇一样捕捉住一架直升飞机。蜘蛛丝同样还非常有弹性并且轻巧；一些蜘蛛丝在断裂前可以拉伸到长达原长度的五倍，并且长度足以绕地球一圈的蜘蛛丝的重量只有超过一磅。蜘蛛还是优秀的化学家，常常使它们的蜘蛛丝变得防水且具有抑菌特性。
在这种诱惑下，有少数迷恋于蜘蛛丝的创业者们几年来都试图追上Bon的脚步——并且在没有失败的情况下，遇到了同样的规模问题。南北战争的外科医生Burt Green Wilder，他因在所有人之前使用术语“神经元”并且收集腌制的大脑而被人熟知。他报告说，当他在南卡罗来纳州的Folly Island上与一个由非洲裔美国人组成的第五十四马萨诸塞州志愿步兵团一起服役时，从一个大型圆蜘蛛中提取出了一百五十码的金线。受到启发的Wilder继续设计出了一个非常微小的去丝机：有一块铰链木板将蜘蛛的头部和腿部固定在一侧，将其腹部固定在另一侧，手摇捲轴将蜘蛛丝拉出。这是一个聪明的装置，但是Wilder后来得出结论，编织一只蜘蛛丝连衣裙需要五千只动物的原料。一个多世纪以后，科学并没有得到太多的发展。在1982年，北卡罗来纳州立大学的研究人员仍在发表论文，描述“强制蜘蛛吐丝的装置和技术”——本质上来说是Wilder发明的装置的升级版，能够一次容纳数十只蜘蛛。
然后是九十年代的基因革命，可以通过DNA赋予更多温顺的物种来制造蜘蛛丝。不再需要一个圆蛛的乳制场和农场；转基因大肠杆菌、酵母菌、烟草植物、甚至山羊都可以制造蜘蛛丝。（生物科技公司在山羊牛奶中饲养它们生产蜘蛛丝失败后，国防部资助的Biosteel山羊的遗骸目前被存放在犹他州立大学内。）
根据Bolt的首席执行官兼联合创始人Dan Widmaier所述，问题在于，即使把活的蜘蛛从这个方程式中移走了，这个过程仍然存在。该公司选择在不锈钢罐内使用水和糖进行发酵后生成的啤酒酵母制作蜘蛛丝——一个相当简单的装置。但是编码蜘蛛丝所生成的基因序列几乎完全由DNA的四个分子中的两个所构成，这意味着它们是高度重复的并且易被破坏。Widmaier说，修补这些序列以使酵母表达不同的丝蛋白的过程是“痛苦的”; 据他估算，自2009年成立以来，Bolt已经使用了四千多种配方。“然后，一旦你完成了发酵，并且虫子已经制成了所有这些漂亮的蛋白质，那么你的下一个问题就是如何将它们以一种高品质、纯净的流体的形式用作你的纺织原料。”他说道。换句话说，这种酵母不得不被分解出来，所以Widmaier和他的同事们不用再被迫地去分离每一个细胞。
将丝蛋白从Bolt的发酵罐中的含糖酵母水分离后，将其纯化成粉末。“它看起来就像一个你从GNC(健安喜，营养食品公司）买来晃动你的肌肉的东西。” 然后将粉末与溶剂混合，直到其承受橡胶粘合剂的粘度：所得到的泡沫称为纺丝原液，并且可以通过模具挤出以产生纤维。（从本质上来说，蜘蛛依赖于推拉机制将其自旋涂料转化为螺纹：血压的突然下降迫使粘性丝蛋白从其腹部的淋浴头状喷嘴中喷出来，然后蜘蛛使用其腿部和体重的力量将这些小球牵引成蜘蛛丝。）“在旋转中，有很多繁琐的、普通的事情出了问题。”Widmaier说道。任何蛋白质纯度、粘度、pH以及温度的微小调整都能够将纺丝原液转化成粘稠的混合物，从而形成小珠子，而不是丝线或堵塞。因此，Widmaier的骄傲在于他生产了五十条领带，每条领带都相当于拉了九十公里的蜘蛛丝。
Bolt Threads和犹他州Biosteel山羊背后的破产公司在追求基因工程的蜘蛛丝的路上并不孤单。
去年，一家名为Spiber的日本公司使用大肠杆菌为The North Face制作了一次性的大衣，而Adidas与德国生物材料公司AMSilk合作，制造了蜘蛛丝运动鞋。但是，是Bolt赢得了这个制造商业产品的竞争，即使其生产的数量是如此之小，以至于公司通过随机摇号来选择买家。目前，这些领带没有钢铁坚固，它们防弹、防水且弹性非常强——Widmaier建议精心打理它们——但是，回到实验室里，他表示，公司正在和Patagonia公司合作开发更多野心勃勃的产品。公司也正在努力提高其对环境的影响。相比于任何其他行业，纺织工业会生产出污染最严重的废水，主要是由于合成染料的原因，所以Bolt正在研制一种可以排出颜色和蜘蛛丝的酵母菌株。而从长远来看，Widmaier说，他的目标是让酵母菌脱离玉米糖，它是一种可以被人类食用的作物，以及从废纸、锯屑和污水污泥中生成的纤维素基糖。仿生纤维已经在行业的上一次重大飞跃中提供了重要的环境优势——以石油化工为基础的织物，如尼龙和氨纶。
该公司所做的不仅已经超越了领带，还超越了丝绸。“从某种程度上来说，这是一个研究所研究的残存物，称之为蜘蛛丝。” Widmaier说道，“考虑了所有的情况之后，我们正在制作蛋白质纤维，它们具有横截面、纹理和属性，这使它们摸起来就像是几乎任何你想要的东西——羊毛、尼龙或者一个全新的东西。” 在未来，生物丝绸可能会以军用装甲和药品包装的形式出现，但是Widmaier自己的梦想却很简单：生产出更好、更耐用、更舒适的长袖毛衣。“ 我知道这不是一个太空升降舱，”他说道，“但是这是一件真正能让我感到兴奋的事情。”
翻译来自：虫洞翻翻 译者ID：盖里君 编辑：杨志芳