纽约州伊萨卡城康奈尔大学的科学家们已经向着实现让遗传工程植物长出像钢一样坚韧、能用于多种用途的纤维的目标迈进了一步。他们弄清了自然界中一种最引人注目的物质金色球形网蜘蛛拉线状丝的部分分子结构。

“别指望植物就会长出可用来制造防弹背心或超轻型降落伞的纤维——至少现在不行——虽然美国军方对我们的工作非常感兴趣”,康奈尔大学工程学教授和康奈尔生物技术计划高技术中心（CAT）主任林恩 · 杰林斯基（Lynn W. Jelinski）这样说。“但我们已经能够毫不含糊地指出拉线状丝的晶体区和无序区，这就使我们向着在实际生活中应用这种物质的目标靠近了一两步。”

在一次华盛顿举行的美国化学学会会议上，杰林斯基、亚历山大 · 西蒙斯（Alexande simmons）和爱德华 · 雷（Edward Ray）报告了他们对蜘蛛丝进行核磁共振（NMR）分析的结果。西蒙斯是一位博士后研究人员，雷是康奈尔生物技术计划中的一名本科生。康奈尔生物技术计划是寻求将基础研究的发现应用于解决现实世界的问题，其中之一就是需要一种更坚韧、更轻的纤维。

（这项研究由美国国家科学基金会和加拿大自然科学和工程研究委员会资助。康奈尔的生物高技术中心是由纽约州科学技术基金会资助的。）

蜘蛛丝——特别是金色球形网蜘蛛最先产生的用于支持蛛网其余部分的拉线状丝——具有跟直径相同的钢丝同样的抗张强度，还能够被拉长到原来长度的至少十倍，而且可以再恢复原状。这种性能比任何金属或合成纤维都更好。

让蜘蛛不停地工作来获取蜘蛛丝做超级纤维看上去似乎是合乎逻辑的，只是要400只以上的蜘蛛才能够生产出足够的丝来织成一平方码（0.84平方米）的布。康奈尔的研究者们一次能够从一只蜘蛛拉出大约40码（36米）的拉线状丝来，这已经完全足够给他们做NMR分析了，但要织出任何实用的东西还远远不够。

从蜘蛛获取丝成本太高，使得它的应用只限于枪支的十字瞄准线和测量员的经纬仪。在二战后随着合成纤维和新技术的出现，甚至已经不再需要蜘蛛丝了。

在生物技术时代，杰林斯基又恢复了对蜘蛛丝潜力的兴趣，他希望发展出新的多聚体能够模仿牢固而又有弹性的蜘蛛丝。“也许能够从遗传改造过的专门用来生产丝的植物中抽提出一种和蜘蛛丝腺里的液体相似的原材料”，杰林斯基说，“这些材料将依靠一种可更新的资源——植物——而不是通常用于制造聚酯和尼龙的化石燃料。”

据认为，拉线状丝的机械特性部分程度上是取决于液态多聚体所经历的加工过程，康奈尔的研究组希望能找到在蜘蛛腹部里发生的过程的线索。丝多聚体离开产生它的腺体后，必须经过一段复杂的管道。这条管道比从内腺体到蜘蛛吐丝器的距离的5倍还要长。“在通过管道的过程中，丝分子发生自身重排，变得有条理而且部分变为晶体状”，西蒙斯注意到这一点。“这个过程持续到一条定向的固体丝出现，这就是拉线状丝。”

因此康奈尔的研究组采用了和医院里用的NMR一样的技术来显示蜘蛛的内部结构，即使他们面临着一个大挑战：虽然现在对人体的内部结构已经了解了很多，医学NMR影像的显示也相当直观，但蜘蛛的腹部却是未知的领域。生物学家们解剖蜘蛛腹部和研究它内部结构的努力往往失败，因为充满液体的囊一被刺破就崩溃了，内在器官的方向性就被破坏了。

康奈尔研究组的NMR影像是第一次获得的蜘蛛的影像，虽然他们对译释影像还感到很困难，杰林斯基说。但是，通过把从NMR影像来的数字信息和从光学显微镜得来的影像结合起来，生物物理学家们希望观察到蜘蛛腹部的腺体结构并且监视丝的产生过程。

他们设计了一种方法，利用IBM动力成像系统把二维影像叠加起来产生三维的“真实的蜘蛛”。每一影像包含了10万多个像素（图像上单个的、可辨认的元素），需要有几百张的影像来构建三维的模拟蜘蛛。这个真实的蜘蛛可以用计算机来解剖，展现腺体系统的解剖学，提供生物物理学家们寻找的生理过程信息。

康奈尔的生物物理学家们通过在分子水平上对网丝多聚体，特别是对组成它的结构单位的氨基酸的研究，来加深对丝的认识。运用诸如固态NMR光谱学和同步加速器X-射线衍射之类的技术来确定分子结构，他们进一步认识到不同氨基酸在决定丝的独特性质方面的作用。

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