瑞士科学家近日宣称,他们在一块琥珀中发现了一束1.3亿年前的蜘蛛丝。2003年7月22日,瑞士巴塞尔大学的科学家们在黎巴嫩杰津附近的琥珀矿中发现了这束古老的蜘蛛丝,他们还在蜘蛛丝上发现了蜘蛛腺体分泌出的粘液。巴塞尔大学的塞缪尔乔克说,这个标本的意义不仅在于它是源自远古时代的蜘蛛丝,更重要的是它比过去在波罗的海的琥珀矿中发现的最古老的蜘蛛丝还要早9000万年。

在此之前,科学家已从古代的化石样本中得知,早在4.1亿年前蜘蛛就已具有造丝的腺体,但他们尚不知道蜘蛛是从什么时候开始具备织网能力的。这束古老的蜘蛛丝可以帮助科学家研究蜘蛛究竟何时开始织网。

揭开蛛网之谜

世界上一批顶尖的科学家正在试图解开一个化学上的秘密:是什么东西使柔软光亮的蜘蛛网如此有力却又如此轻巧呢?

蛛网研究人士、麻省理工学院化学工程副教授保拉 · 哈蒙德说,按每克测算,蜘蛛网的强度要胜于钢材,但又异常轻巧、富有弹性并可降解。虽然蜘蛛网的这种特性早已为人熟知,但人类只是到了最近才能够复制它们。现在军方和企业界对蜘蛛网的潜在应用前景非常着迷,这些应用包括防弹衣、人体肌腱替换、医疗外科手术缝合或登山运动人士用的爬绳等各个方面。

另外一些研究人员则通过提取蜘蛛的脱氧核糖核酸(DNA),将其植入山羊体内,然后从山羊奶中采集蛛丝蛋白质。加拿大蒙特利尔Nexia生物技术公司就使用这种方法。该公司基于蛛丝蛋白质重组体及其转基因山羊技术,开发了一种名为“生物钢”的产品。

蜘蛛织网时,会分泌一种纤维性流体蛋白质,然后固化——人们仍在探索这一过程的机理。哈蒙德说,她的研究小组已经在实验室发明了‘第一代’蛛丝材料。哈蒙德领导的5位麻省理工学院科学家采用了一个新方法。他们分解蛛丝的化学成分,然后以合成聚合物的典型办法进行复制。然后判定化学结构的变化如何影响蛛丝的物理性能。

哈蒙德称,他们的最终目标是建立一个体系,使大量生产有蛛丝特性的材料变得容易并且能够赚钱,而不必依靠自然界的神奇力量。该项目“纺织”部分的负责人、麻省理工学院机械工程教授格加雷思 · 麦金利说,他们的第二步是要开发合适的方法,将蛛丝似的材料“纺织成”具体应用时需要的样式。哈蒙德估计他们的5年工作计划进程已经完成了一半。

哈蒙德说,Nexia采用山羊体的方法已取得了积极的效果。但她认为这种方法代价过于昂贵,难以进行大批量生产来满足广泛的需求。Nexia公司称,他们正在准备临床数据,准备将其蛛丝产品用于外科手术缝合,并向美国食品和药物管理局提出上市申请。

麻省理工学院的蛛丝研究计划原来是和美国航空航天局一道发起的,现得到了美国陆军的军人微技术研究院的资助。该项目2003年5月在麻省理工学院正式启动,美国陆军的首批资助资金达5000万美元。

化工和纺织品巨头杜邦公司的化学师和研究经理韦恩 · 马什称,杜邦也是该项目的支持者之一,该公司提供了财力和人力资助。杜邦公司2000年向麻省理工学院提供了3500万美元赞助,在生物科技和材料科学领域同这家位于马萨诸塞州剑桥市的大学进行合作。他说,杜邦曾试图独自揭开蛛丝之谜,但5年前放弃了这项研究,原因是他们无法解决这个难题。不过,该公司目前能够向麻省理工学院的研究项目提供设备以及在纺织技术方面的专长。马什说,如果有价值,杜邦公司愿意下一步进行批量生产,并提供杜邦的部分专长和纺织设备。

美国陆军实验室微生物学家和研究人员史蒂夫 · 阿西迪亚科诺称,他们对蛛丝的研究已经进行了几年,已能够制造出类似天然蛛丝的纤维,但不能完全复制。他表示,他们的研究人员用细菌发酵办法制造出类似于蛛丝的蛋白质,成果令人鼓舞,但问题是细菌生产的蛋白质不多,其中缘由他们也不是特别清楚,尽管他们的产品足够在实验室进行拉力测试。

蛛丝制成纳米管

如果实验成功的话,蜘蛛丝有可能成为今后的通信导线管材料。2003年2月,美国研究人员发明了一种用蜘蛛丝制成中空纤维的技术。这样就有可能通过极小型的电路传送数据,比目前使用的光学纤维更高效。

通常,要制成比人的头发细得多的微型中空纤维一般需要很复杂的聚合物。现在大多数的纤维都太粗,用它们制成的中空管最细也有25纳米宽。而大部分蜘蛛丝都非常精细,问题是如何使它们变为中空。

科学家们从一种巨型的马达加斯加新妇蛛身上取了1厘米的蛛丝。先将蛛丝的两端粘在一张卡片上,然后把蛛丝多次浸入四乙基原硅酸盐溶剂中,将它晾干后用420度的高温烘烤。高温使它的外层缩小为原来的五分之一,只剩下中空的二氧化硅管,直径仅1微米。

科学家准备将这种简单易行的方法用于更细的蜘蛛丝。不同的蜘蛛丝可以制出不同直径的纤维管,用于目前使用碳纳米管的各个应用领域。蛛丝纤维还可用于光学显微镜,或在微型传感器中作为纳米实验管使用。

研究人员指出,新型空心纤维不仅适用于光学网络中的数据传输,而且可以生产用于研究现行纳米系统中化学工艺过程的纳米管。现在为了达到这些目的通常是用碳纳米管,但是在某些情况下需要具有不同性能的纳米材料。借助于新型蜘蛛丝空心纤维可以制成观察尺寸小于可见光波长物体的显微镜,更重要的是,在使用这种显微镜进行观察时不会像使用电子显微镜那样损伤样品,这一特性使它非常适合生物学家使用。

制造高强度材料

通过科学实验发现,蜘蛛丝的强度至少比钢强硬5倍。蜘蛛丝也比一种用来制造防弹用的塑料纤维有韧性。韧性是一种物质遭受突然的撞击力而不会破损的能力。蜘蛛丝的韧性到底有多大,有实验表明,同样粗细的钢丝和蜘蛛丝一起接受拉力实验,扯断蜘蛛丝所需的能量比扯断钢丝的能量足足大上100倍,引得材料科学家与纤维制造商不禁连声赞叹大自然的神奇。

当然,科学家还是制造了“人造蜘蛛丝”,掌握了氨基酸在聚合成丝时的水分影响,知道自然界蜘蛛在吐丝时,因为大气湿度影响了蜘蛛丝的韧性。俄罗斯科学院基因生物学研究所专家正在积极研究用蜘蛛丝制造的高强度材料。

蜘蛛腹部后方有一纺绩器,内通纺绩腺。该腺体分泌的蛋白质粘液能够在空气中凝结成极牢固的丝。

用这种丝编结成的、具有一定厚度的材料,其硬度比同样厚度的钢材高9倍,弹性比最具弹力的其他合成材料高两倍。专家认为,对上述蛛丝材料进一步加工后,可用其制造轻型防弹背心、武器装备防护材料、车轮外胎、整形手术用具和高强度鱼网等产品。

可能成为医学新宠

欧洲科学家正在进行一项号称“蜘蛛人”的研究计划,旨在要尝试用蜘蛛丝制出人造组织,以期在医学领域获得广泛用途。蜘蛛丝主要成分实践证明,疫苗接种确实能收到“较少投资,较大成果”之事半功倍的效益。

相对来说,投资疫苗开发的成效,比投资迄今新开发的任何医疗方法都要好得多。未雨绸缪,防患于未然。发病后治病的代价高,还是预防发病的费用大?这里面的经济账相信人人都会自明其理。就拿我们的家庭来说吧,作为父母亲,我们一定要让自己的孩子们去接受国家的免费预防接种,这样就从生命的初期阶段保障了孩子有一个健康的体魄。在这方面,疫苗的威力功不可没。

现在的疫苗供应量,每年能拯救大约300万名孩子的生命。不过,这些孩子只能说是有幸享受到医疗保健系统的幸运儿。据统计,在全球范围的贫困人群中,每天生活开支不足1美元的穷人约在10亿人以上。不安全的饮用水和恶劣的卫生环境,再加上无法满足的食品供给等,其状况只能造成这些人勉强糊口度日,其他则无从谈起。

由于营养不良和寄生虫造成的疾病,夺去了孩子们的健康体魄。麻疹、百口咳和病毒性髓膜炎等,很容易在这些贫困地区形成恶性蔓延和灾难性的循环态势。对于贫困地区的孩子来说,如何早日接种上疫苗,确实是一个生死攸关的天大问题。究竟采用什么样的方法才能安全有效地接种好疫苗,从技术角度讲,它完全不应受人们所生存的环境条件所左右。为了保护那些发展中国家的孩子远离疾病传染症,我们约在1年之前就与这些国家的有关部门合作,共同发起了声势浩大的卫生保健宣传活动。其主要目的,就是要让全世界所有的孩子都能享受到接种疫苗的医疗恩惠。

在今后5年内,如果投入40亿美元的话,估计有可能使生活在发展中国家的几乎所有的儿童都能普遍享受到预防性接种疫苗的保障。购置大量的疫苗并且要及时地送往广大贫困地区的每一户贫困人家,这就需要政府出面建立一整套行之有效的疫苗接种行政体系。我们恳切希望有更多的民间企业、团体与政府合作,共同来完成这一神圣的慈善事业和历史使命。以美国政府为主,各国政府和联合国卫生组织、联合国儿童基金组织以及世界银行等,都对我们的慈善之举给予过鼎力支持。

当前,为了通过疫苗接种方式来实现拯救儿童生命的目标,我们大声呼吁国际社会要努力加强合作。在70年代,能享受到预防接种疫苗的儿童,据统计只占总量的5%。而现在,这一比率已达到70~80%。当然,疫苗接种需要金钱,每一个孩子需支付15~20美元。但疫苗接种的微薄投资,却能换来极其美好和丰硕的经济、社会效益。我们期待着这——天的早日到来。

人类的命运是同生死共患难。他人得不到的幸福你本人也很难十分圆满地享受到。消极主义和私欲膨胀,用数学上的术语来讲,也会受到“黄金分割规则”的惩罚。因为世界上的任何事物都存在着两重性。我们由衷期望全世界的孩子们都拥有一个非常健康的身体,都能免受可怕的病魔的侵袭。相信疫苗接种的推广普及,不仅会给整个世界带来美好希望,同时更会给孩子及孩子们的父母带来无限欢乐和幸福。