（文／Tim Adams）在牛津大学动物系，弗利兹•沃尔拉斯（Fritz Vollrath）教授的实验室屋顶上，有一间临时搭建的温室，里面养着他最喜爱的蜘蛛——络新妇（Nephila spp.）。走在那间温室里，有点像是置身达米恩•赫斯特（Damien Hirst）那些将生死戏剧化地凝固于玻璃橱窗中的展览。伴着苍蝇乱哄哄的响声，空气中弥漫着浓重的烂水果味道。抬眼观瞧，只见十来只宽达3英寸（约7.6厘米）的非洲蜘蛛于树叶之间精致的网上端踞，显然小日子过得悠然自得。成千上万只细小的幼蛛正在下方的叶子上疾走如飞。
我问他当初究竟怎么会对蜘蛛及蛛丝感兴趣，他笑着把问题抛了回来。他说：“让我感觉奇怪的是这样一个问题：科学家对它们的兴趣为什么没有更浓厚一些。我是说，这种生物——按它的大小——能够在一夜之间从自己的身体里造出一个足球场大小的结构，夜夜如此，还能在其中捉住相当于一架飞机的猎物。你怎么会不想研究一下它是如何做到的呢？”
落入网中
也有更加实际的原因。沃尔拉斯开始认真审视蛛网和蛛丝时，还是一名神经生理学研究生。“在神经生理学领域随便想做点什么，你都要阅读大量的文献，而我发现关于蜘蛛的文献几乎没有。你可以只看蜘蛛就好了。”
他对蛛丝的着迷开始于1972年，当时他在慕尼黑上大学。弗雷•奥托（Frei Otto）模仿蛛网结构设计的慕尼黑奥林匹克公园轻便而坚固，为建筑学开创了一片新的创想空间。沃尔拉斯推测蛛丝可能会在新兴的生物材料领域催生类似的革命性变化，于是就这么落入了网中。
从那些年开始，他用于研究蜘蛛每日里如何吐丝结网的时间可能比任何人都多。他给蜘蛛喂药，一滴一滴的安非他命和咖啡因，然后测定药物对蜘蛛结网戏剧化的干扰效果。他曾经测试用一把音叉训练蜘蛛，还发现了让它们在网上“写字”的方法——1988年，沃尔拉斯制作的圣诞卡上印着一副蛛网的图片。在那张网上，他通过在一只蜘蛛工作时摆弄蛛网的方向，“教”它写出了数字“88”。不过，沃尔拉斯最主要的成就还是创造了一个开创性的研究领域——研究蛛丝的性质。这种材料不仅会令各高分子聚合物产业的面貌焕然一新，还可能让人类在从膝关节置换到神经修复以及心脏移植等方面享受到医疗上的好处。
“我开始起步的时候，没人对蜘蛛感兴趣。”沃尔拉斯说：“现在感兴趣的人可多去了。”沃尔拉斯在牛津丝材料团队已经运作了大约15年。最近，小组完善了直接从蜘蛛体内抽丝的技术。沃尔拉斯给我播放了一段演示视频。在影片中，一只被绑缚的金蛛受激产生蛛丝，蛛丝通过一台小机械装置被缠到一个线轴上。有时候蜘蛛能够持续抽丝8小时。沃尔拉斯的团队可以在不同的温度以及各种精心控制的条件下人工抽丝。通过这种方式，他们可以在蛛丝产生的同时观察其分子特性和X射线衍射图案。“我们发现在抽丝环境和材料特性之间存在着巨大的关联。”沃尔拉斯说：“这非常有趣，因为这正是高分子那帮人在行的。”
视频说明：牛津丝材料团队完善了人工从蜘蛛体内抽丝的技术，一只被绑缚的金蛛受激产生蛛丝，蛛丝通过一台小机械装置被缠到一个线轴上。来源：Oxford Silk Group
蜘蛛丝差不多是地球上最强韧的材料。直径相等的情况下，它比钢丝更强，比凯夫拉纤维（Kevlar）更软、更耐久。它还对环境条件非常敏感，能在湿度和温度变化时自我调节以保持张力。这就是蛛丝成为制作光学仪器十字准线最佳材料的原因之一，也解释了法老墓中的蜘蛛网为什么能够保存完好。在工作时，蜘蛛通过控制抽丝速度等方法调整各种成分的浓度，由此分别为蛛网的不同位置制造出不同类型的丝——有的几乎通体透明而且非常稳定，有的则比较浑浊但非常柔韧。
生命的材料
不过，等到沃尔拉斯开始解释蛛丝的纳米结构时，事情才真正变得有趣。“通过在蛛丝制造出来的同时研究它，我们有了一些发现。”他说：“在分子级别上有些特别之处。一种小小的肽分子，像是曲子里重复的旋律一般，在蛛丝中反复出现。蛛丝正是借助这种分子具备了全然有序的结构。我们不清楚为什么蛛丝会有这种蛋白分子，但我们确实知道，维持人体细胞的肌纤维中也含有同样的分子。3个氨基酸分子给了它们一种独特的标记。人体细胞接触到蛛丝中的这种分子结构时，似乎能识别它。人体细胞认出了这种结构，并且作为回应会依附它生长。”
成果及转化
（右图：沃尔拉斯在牛津丝材料实验室里研究蛛丝。摄影: Adrian Arbib/Oxford Silk Group）这一发现可能意义深远。作为实验室工作的成果转化，沃尔拉斯的团队与商业组织牛津生物材料有限公司（Oxford Biomaterials）建立了合作。这家公司关注丝材料科技的实际应用，大部分都与医学相关。“蚕丝很可能是最古老的缝合材料。”沃尔拉斯说：“它又细又坚韧，在体内可生物降解。在所有文化中都有使用蛛网疗伤的证据。在地里干活的农民都懂得，万一被割伤就抓一些蜘蛛丝覆在创口上。蛛丝帮助血液凝结，而且很多蛛网具有杀菌的微生物特性。这都是经验。问题在于，我们能否更充分地利用它？”
为了解答这个问题，牛津生物材料有限公司开展了数个沃尔拉斯参与指导的项目。“有一个项目在研究用蛛丝制造心肌。”他说：“我们发现，如果你这样把心肌细胞放在一种蛛丝上，这些细胞很自然就会生长、开始跳动。丝是很柔软的。于是我们制造了一点能够跳动的心肌。丝还是可以生物降解，因此可以植入一些你希望等细胞长上去后就消失的东西。
“再生医学的覆盖面相当之广。好比说你的膝盖出了毛病。现在的解决方案是用一个新的钛制膝关节来代替它。如此而已。细胞修复不了任何东西。但是为了帮助身体自我修复，你需要植入某种能够为细胞的生长提供合适环境的东西。这正是蛛丝可以大显身手的地方。我们可以分解蛛丝并且调整成分，使它的力学性能与被植入部位原有的组织一致，别管那里是骨头还是软骨还是什么。在那样的环境下，人体组织会受激自我修复。”
在牛津生物材料有限公司的组织下，沃尔拉斯的团队还有一个制造半月板植入体的项目。在这项研究中，他们把丝溶解在溴化锂（“一种非常活泼的化学品，是唯一能溶解它的东西”）中，然后再使其凝固。由此生成的材料异常强硬，而且与人体结合的潜力超过了任何一种塑料。这种半月板产品目前还处于动物试验阶段，沃尔拉斯说，如果效果令人满意，将在一两年之内应用于人类。利用同样的方法，他们还在研究疝气补片和类骨结构，并寻求方法让蛛丝成为药物在体内的靶向载体——“通过调节使药物在数周乃至数年的时间内缓慢释放”。
未来的目标
不过，将蛛丝应用于神经修复和再生才是这一研究领域的圣杯。这也是全世界很多其他团队孜孜以求的目标。“你可以制作很长的纤维，神经细胞有可能沿着它生长。”沃尔拉斯说：“我们已经可以修补细小的断裂，但是长的还不行。终极目标是利用这种方法修复脊髓。”
这个目标还很遥远，尽管沃尔拉斯对其可行性信心十足。对蛛丝的利用仍旧还面临着巨大的挑战，其中之一便是无法以任何合理规模生产它。蜘蛛与蚕不同，蚕茧可以密集培育和采集，但是蜘蛛领地意识很强，而且会同类相食，因此“无法像放牛那样养”。基于这个原因，蛛丝将永远不会具备蚕丝产品的商业潜力。
沃尔拉斯认为，印度的一种蚕可能会成为这一问题的解决方案之一。这种蚕吐的丝在很多方面与蛛丝接近，也携带着人体细胞中的那种关键的三氨基酸特征结构。“这种野蚕丝格外难解开。”沃尔拉斯说——构成一颗蚕茧的丝可长达1000多米。“但我想我们已经找到了方法。”
投入就会有产出，尤其是考虑到产丝过程中节省下来的能量。“大部分与之有可比性的高分子材料需要大量的热量才会飘垂。”沃尔拉斯说：“而蛛丝在室温下稍微受一点外力便能飘垂。我们已经证明，制作蛛丝织物要比制作塑料织物节能1000倍。”
你和沃尔拉斯谈得越多，就越能体会到蛛丝和蚕丝是最基本的、带有生命的材料。他是这样认为的吗？
“一点不假。”他说：“丝是进行中的蛋白质折叠，从这个意义上讲，它是构成生命的组件。蜘蛛结网时发生的事情，可以看作是一种非常不稳定的活体分子死后稳定下来。这实际上是一种变性过程。活着的时候，分子四处游弋，但是稍微施加一点压力，辅以些许化学变化，它就会变得稳定。我们已经能够观察这种转变的发生。”
在这一方面，蛛丝的行为与人脑中淀粉样蛋白的形成非常接近——而淀粉样蛋白是包括帕金森氏病及阿尔茨海默氏病在内的许多种神经退行性疾病的一种可能原因。这个想法令沃尔拉斯又回到了原点——他上学时的专业。“如果我们能够研究出蜘蛛和蚕如何控制这一过程，”他说：“那么我们就有可能理解人体内的类似过程为什么会发生，并掌握阻止它的潜在方法。”
与沃尔拉斯交谈的过程中，他在介绍这些科学概念时运用音乐术语之频繁令我惊异不已。这让我联想起最近一位日本研究者用蛛丝制作音高小提琴琴弦的事情。结果沃尔拉斯他们自己的一位研究人员也在研究这种材料的音质，也就是“能够在纳米级的幅度上被蜘蛛所理解”的优美振颤。正是这种音乐令蜘蛛对它的网上发生的事情无论巨细皆洞若观火，“这也是为什么蛛丝是如此地纯净，无论在结构上还是分子构成上”，沃尔拉斯说道。他沉默了片刻。“我们的了解一直在逐步深入。”
他带着特有的激情谈论着一种已经发展了几百万年的物质。他说，在这期间，蜘蛛应对过各种各样的结构和分子难题。如今这些难题困扰着全世界最优秀的高分子科学家（以及建筑师和神经生物学家），“而它们最终得到的，是历经演化的完美方案。”
蜘蛛是如何利用蛛丝的。制图：Pete Guest 来源：guardian.co.uk
编译自：《卫报》，Fritz Vollrath: 'Who wouldn't want to work with spiders?'
文章图片：Oxford Silk Group；[信息图示] Guardian