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能「吐絲」的蝦子

NTHU_BARON
・2011/11/29 ・580字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 497 ・六年級

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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

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蜘蛛絲退位!世界最強的蛋白質是…?
葉綠舒
・2015/06/02 ・603字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 447 ・四年級

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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!

Structure_of_spider_silk_thread_Modified.svg
蜘蛛絲的結構。圖片來源: “Structure of spider silk thread Modified” by Chen-Pan Liao. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons.

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。

Common_limpets1
笠螺 圖片來源:”Common limpets1″ by Tango22 – Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons.

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!

Napfschnecken_Galizien2005
笠螺的「牙齒」(左上角)。 圖片來源:”Napfschnecken Galizien2005″. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons.

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.

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能「吐絲」的蝦子
NTHU_BARON
・2011/11/29 ・580字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 497 ・六年級

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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

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不再讓鳥撞裂成仁:蜘蛛網的好點子
林大利_96
・2014/05/18 ・1829字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 484 ・五年級

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在加拿大多倫多蒐集撞擊玻璃而死的鳥類屍體 photo by Kenneth Herdy, Fatal Light Awareness Program (FLAP)

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。

紫外線視覺下的特製玻璃。圖片來源:ORNILUX Bird Protection Glass
紫外線視覺下的特製玻璃。圖片來源:ORNILUX Bird Protection Glass

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

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.
林大利_96
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來自森林系,目前於特有生物研究保育中心服務。興趣廣泛,主要研究小鳥、森林和野生動物的棲地。出門一定要帶書、對著地圖發呆很久、算清楚自己看過幾種鳥。是個龜毛的讀者,認為龜毛是一種科學寫作的美德。

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蜘蛛絲小提琴弦
陸子鈞
・2012/03/05 ・636字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 546 ・八年級

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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]

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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能「吐絲」的蝦子
NTHU_BARON
・2011/11/29 ・580字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 497 ・六年級

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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

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