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蜘蛛人要吃什麼當早餐?

作者/洛許(Mark Lorch,英國赫爾大學生物化學系講座教授)
譯/吳京
source:comicvine

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當我悶在某間飯店的客房時,2002年版的蜘蛛人電影讓我看到入迷。一個想法閃入腦海:彼得帕克一定得吃極大量的高蛋白質食物才能產出所有被他用掉的蜘蛛絲。身為一個科學宅,我想知道他到底消化了多少蛋白質來維持這種打擊犯罪的生活形態。

我想憑著中學等級的物理、數學及生物化學的基礎知識便可得到解答。我們要求出蜘蛛人的絲有多強韌、計算蜘蛛人會施加多少力量在其絲上,之後就可得知讓他飛簷走壁需要何種蛋白質及其數量。

讓我們假設蜘蛛人的絲和在歐洲很普遍的十字園蛛(Araneus diadematus)所吐出之曳引絲相仿,也就是說絲的張力強度可比擬鋼琴弦,張力強度(tensile strength)是指一個材料在被拉斷前所能承受的最大應力。

一根鋼琴弦的張力強度為11億帕斯卡,帕斯卡是量測壓力的單位,即每單位面積上的力。

根據漫威字典,蜘蛛人的體重為75公斤,再依牛頓第一運動定律,我們可以計算他所施加的向下力道約為735牛頓,即體質量乘地球的重力加速度所得的質。

有了這兩個數字後,我們用向下力道除以絲的張力強度,就可以算出絲的截面積。不用算得太精準,結論是厚度不到1公厘的絲就可讓蜘蛛人吊在天花板上。

現在我們要來算算所有絲纖維相當於多少量了,如果蜘蛛人在午餐前這段拯救世界的班表中需要100公尺的絲,而絲稍重於水,可算出100公尺的絲約為87公克。

每顆雞蛋約有6公克的蛋白質,如此看來,如果蜘蛛人打算用100公尺的絲,他只要吃約15顆的雞蛋,這看起來不算太糟。

但蜘蛛絲的主要成份為一種特定的蛋白質,稱為絲素蛋白(fibroin)。不同蛋白質由不同成份的胺基酸組成,絲素蛋白中約有42%的甘胺酸(glycine),雞蛋則只含有10.7%的甘胺酸及絲胺酸(serine)(我把絲胺酸納入計算,因為它可以輕易地轉變為甘胺酸)。所以事實上蜘蛛人從雞蛋攝取的蛋白質必須高於造絲所需的四倍以上,如此他實際上要吃60顆雞蛋才能造出100公尺的絲。

更多蛋,謝謝! Credit:Tonymadrid Photography

更多蛋,謝謝!Credit:Tonymadrid Photography

然而故事還沒結束,畢竟蜘蛛人還要從高樓上跳下去救瑪麗珍並且射出保命蜘蛛網來轉危為安,電影演到一半時他就是這樣幹的。

在那一幕中,蛛仔從陽台躍出,經過7秒後蜘蛛絲才抑止了下墜之勢。他還要抓著一個瑪麗珍,我們就說總重為125公斤好了。光這個動作就要多少蜘蛛絲啊?

從蛛仔下墜的時間算來,大約是落下了240公尺(哇!好高的陽台!)。此外,假設蛛絲延伸一段減速停止的距離才來到最大長度,這落下的距離就跟艾菲爾鐵塔一般高了。為了緩衝下墜而施加到絲索上的衝擊力道則大約是35乘與他們的體重。

這比蛛仔吃飽太閒地懸掛在蜘蛛絲上的力量還要高出6倍(譯註:(35*125)/(9.8*75) ≅6 )。把墜落距離(240公尺)和額外力量一起考量,他需要1.3公斤的絲才能接住這次下墜。所以我估算他那天早餐必須吃上900顆蛋才有足夠的絲完成那一幕。我想梅嬸應該早就注意到了吧!

本文轉載自吳京的量子咖啡館

參考資料:

  1. What does Spider-Man eat for breakfast? The Conversation, 29 Jan. 2015.

關於作者

吳京

正職是二個娃兒的奶爸,副業為部落格《吳京的量子咖啡館》之館主。為人雜學而無術、滑稽而多辯,喜讀科學文章,再用自認有趣的方式轉述,企圖塑造博學又詼諧的假象。被吐嘈時會辯稱:「不是我冷,是你們不懂我的幽默。」