能「吐絲」的蝦子

大家應該都知道蜘蛛絲是世界最強的蛋白質吧？完全由丙氨酸（alanine）與甘氨酸（glycine）兩種氨基酸所構成β-板（β-sheet）所組成的蜘蛛絲（見下圖），其強度可達1.5GPa，與同樣粗細的鋼絲差不多硬呢！

不過，最近科學家們在笠螺（limpets，Patella vulgata）的發現，可能要請蜘蛛絲讓出寶座了。

笠螺這種看來不起眼的軟體動物，一生就是在淺水區的石頭跟沙子裡，用牠的牙齒磨啊磨地找食物；也就是因為這樣，所以牠的牙齒（由蛋白質構成）的強度比蜘蛛絲還強，大約介於3到6.5GPa之間吧！

雖然這個強度比一些人造的物質（如：石墨烯）尚有不如，但也已經遠遠贏過蜘蛛絲了！如果您想知道什麼時候我們可以有笠螺材質的假牙？答案是不知道，就像當初發現蜘蛛絲比鋼絲還強的時候，也有人想開發蜘蛛絲，不過光是要合成就不容易，而要讓蜘蛛為我們繅絲，對不起，蜘蛛可不是蠶寶寶，當然笠螺也不見得多聽話啊！

原刊轉載自作者部落格。

參考文獻：

1. David Shultz. 2015/2/17. Spider silk dethroned as nature’s toughest fiber. Science Now.

牛津研究團隊發現了一種學名為Crassicorophium bonellii的蝦子，能夠吐絲來固定牠用沙粒所造的房子。牠所製造的細絲結合了藤壺膠的生物學和蜘蛛絲生產的技術，帶有黏性且抗鹹水，是一種以自然方法所製造出的新高功能材料。他們的發現發表在Naturwissenschaften期刊，該研究的其中一名作者，牛津大學教授Fritz Vollrath解釋，這種蝦子是藉由腿上的管道釋放出材料：「牠利用這些纖維來固定沙粒、植物、藻類，甚至是自己的糞便來蓋房子。」

雖然科學家已經了解這種蝦子可以從腳製造出帶有黏性的物質，科學家更發現牠們會像蜘蛛一樣將這些物質織成有功能的細絲。然而，除了知道這個材質抗鹽分和水分之外，研究團隊對於這項材料的其他性質的了解非常少。「我們猜測它(細絲)擁有和蜘蛛絲一樣堅固且具延展性的特性，但這種細絲已經演化成能夠存在於海底並能在海底紡織，它應該擁有一些讓它在海裡表現的技巧。」

科學家團隊希望能夠藉由揭開這個材料的秘密，來奠定相關產品的基礎，例如船用黏膠或抗藤壺附著的塗料。舉例來說，若能夠徹底了解藤壺附著的機制，科學家就能夠發展出防止藤壺附著的塗料。「(因為藤壺)遠洋海運每年要多花四億美金來拖運，如果你有辦法使船底乾淨就能夠省下這筆花費。」對於這樣的發現，Vollrath教授表示「我們並不是想從自然界中複製物品，我們更想要從自然界的運作中找到靈感。」

資料來源：Shrimp has ‘silk-spinning skills’[15 November 2011]

編譯：Vivian Yang

建築物的玻璃是造成鳥類死亡的首要威脅，據估計在美國每年造成5.5億隻鳥類死亡。這個問題讓世界各地的鳥類學家傷透腦筋，雖然設計了防鳥撞擊玻璃的貼紙和膠帶，但是成效有限。德國慕尼黑海拉布倫動物園(Hellabrunn Zoo)召集的合作團隊經過八年的苦思，直到蜘蛛網給了個好點子，設計一種特製玻璃。經過測試後，66%的鳥隻會閃避特製玻璃，即將登場大幅降低鳥類撞裂成仁的悲劇。

每年五億五千萬隻鳥撞裂成仁

美國林務署(United State Department of Agriculture, Forest Service; USDA Forest Service)在2005年的評估報告中指出^[1]，鳥類因人為因素死亡的主要原因是撞擊建築物玻璃致死。估計在美國每年造成5億5千萬隻鳥類死亡，占總數的58.2%，其餘因素分別是電線(1.3億隻)、野貓(1億隻)、車輛(8千萬隻)、殺蟲劑(6千7百萬隻)、基地台鐵塔(450萬隻)、風力發電機(2.85萬隻)、飛機(2.5萬隻)及其他(漏油汙染、漁業混獲等)。尤其在春天鳥類繁殖季時，以及秋天鳥類遷徙時，更是撞擊致死的高峰。

無論是巨大的玻璃帷幕建築、還是自家住宅的小窗戶，都會引起鳥類撞擊玻璃而死。主要是因為鳥類看不見透明的玻璃，或是玻璃上的風景鏡像，都讓鳥類毫無顧忌的快速飛去，結果卻是通往另一個世界。這個問題困擾鳥類學家已久，曾經設計過防鳥擊的猛禽貼紙、膠帶、塗料、毛玻璃等方法，但是成效有限，也影響建築物原先設計的的採光和美觀，不容易大幅推廣。

那些蜘蛛教我的事

德國慕尼黑海拉布倫動物園的強化玻璃觀賞窗也面臨同樣的問題。園長Andras Knieriem不忍心園區內的野生繁殖鳥和候鳥因此於動物園終結一生，決定要解決這個問題，與玻璃公司Aronld Glas的研發員Christian Irmscher及鳥類學家Wolfgang Fieldler合作。Christian Irmscher為這個問題苦思了八年，嘗試過各式各樣的方法，或是在窗前栽種竹籬。但是，這些讓玻璃不透明的方法，都會影響遊客觀賞動物的視線。Christian Irmscher 說：「不影響玻璃的透明度，但是要讓鳥有所警覺。」

最後，大自然給了他一個解決之道。

為了避免鳥類毀了蜘蛛耗費大量能量製作的蜘蛛網，有些蜘蛛絲能夠反射紫外線。鳥類的視網膜上除了具備人類也有的三種的錐狀細胞：紅色、綠色和藍色，還有一種接收紫外線的錐狀細胞。大多數的鳥類都有紫外線視覺，用來尋找食物(由花瓣和田鼠的尿痕反射)和伴侶(由異性體羽反射)^[2]。這個知識讓Christian Irmsche在玻璃中加上能反射紫外線的材質，並且設計成網狀，作為防止鳥擊的專屬玻璃(anti-bird-strike glass)。在鳥類的視覺裡，是一片帶有不透明網狀圖樣的玻璃；在人類的視覺裡，那仍然是一片透明無瑕的玻璃。

快來試試看效果如何！

鳥類學家 Wolfgang Fieldler 趕緊測試特製玻璃的效果。他在僅一面牆有窗戶的暗房中做測試，窗戶分別裝上特製玻璃和一般的玻璃。為了避免鳥撞上玻璃而受傷，在窗戶前架了一個安全防護網。以一些常見的鶇科(Turdidae)和山雀科(Paridae)鳥類做測試，如黑鶇(Turdus merula) 和大山雀(Parus major)。受測鳥類會從包著黑布的鳥籠中飛出，將特製玻璃視為障礙物的大山雀，會在特製玻璃前徘徊一陣之後，轉而向一般玻璃飛去。最終的測試結果，共有66%的鳥隻會將特製玻璃視為障礙物。 Wolfgang Fieldler 說：「雖然不及我們所期望的達到100%或95%，但是這樣的比例告訴我們，已經可以救回非常多的小鳥。」

這些特製玻璃先安裝在北極熊區和鵜鶘區，遊客不僅能在安全無虞的狀況下觀賞動物；園區內的野鳥，也能盡情地飛翔。

動物園園長 Andras Knieriem 說：「從此以後，再也沒有翠鳥撞上玻璃了。」

延伸閱讀

• ORNILUX Bird Protection Glass，這段故事的影片
• American Bird Conservancy 的鳥類防撞計畫，以及一些防護措施
• Fatal Light Awareness Program (FLAP) 保護候鳥在城市環境中生存安全的非營利組織
• FLAP Mapper FLAP所建置的地圖系統，除了呈現現有資料，任何人也都可以回報
• 我在台灣，我要猛禽防撞貼紙，請按這裡，與路殺社聯繫
• 吾非鳥，亦知鳥之樂與殤 —《鳥的感官：當一隻鳥是什麼感覺？》

引用文獻

1. Erickson, W. P. et al. 2005.  A summary and comparison of bird mortality from anthropogenic causes with an emphasis on collisions. USDA Forest Service General Technical Report. PSW-GTR-191.
2. Cuthill, I. C. 2006. Color perception. Pages 3–40. in Hill, G. E. and K. J. McGraw, editors. eds. Bird Coloration, vol. 1: Methods and Mechanisms. Harvard University Press.

日本科學家利用上千條蜘蛛絲，編成一根小提琴弦。蜘蛛琴弦演奏的音色較傳統羊腸弦或鋼弦還「柔軟而有深度」。可能因為蜘蛛弦的結構，沒有任何縫隙。研究成果將發表在《物理綜合評論通訊》（Physical Review Letters）中。

奈良醫學大學（Nara Medical University）的大崎重吉（Osaki Shigeyoshi），多年以來對蜘蛛絲的機械特性深感興趣。像是他量化蜘蛛曳絲的強度研究，在2007年發表在《聚合物期刊》（Polymer Journal）。

大崎博士有一套完美的方法，能從飼養的蜘蛛獲取大量的絲。現在他將研究方向轉為如何應用蜘蛛絲這獨特的材料。他提到：「弦樂已經被許多科學家研究，不過並不是所有細節都有受到關注。許多演奏者對琴身有興趣，而非琴弦。」

大崎博士利用300隻雌人面蜘蛛（Nephila maculata），供應足夠的絲線，由三千和五千條絲線，編成一股；再由相反的方向將三股編成一根弦，接著他測量琴弦的張力。張力對提琴手而言非常重要，因為他們可不希望演奏過程中，琴弦突然斷掉。

結果顯示，蜘蛛琴弦和傳統羊腸線相比，較不能抵抗張力，但卻比尼龍弦強韌。再利用電子顯微鏡觀察發現，弦整體完整；剖面結構也顯示弦內沒有多餘的縫隙。大崎博士認為，正是因為蜘蛛弦結構的特性，才能如此強韌且發特殊的音色。他說：「幾位專業提琴手使用蜘蛛弦之後，認為這完美的音色能寫出新的音樂。」新的蜘蛛弦是新穎的高附加價值產品，且為全世界演奏家和愛樂者提供了新型態的音色。

（蜘蛛絲小提琴演奏連結）

資料來源：BBC News: Spider silk spun into violin strings [5 March 2012]