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蜘蛛在地球上至少结了1.4亿年的网,只是过于寻常,所以它一直默默无闻,也很少有诗文抒颂。但近些年来,蜘蛛突然红火了起来,它先后被请进了电影《蜘蛛侠》和多名科学家的实验室。美国麻省理工学院的材料工程师马库斯·比埃勒就認为蜘蛛编织网的过程,很像一个人正在作曲,因而,他带领团队成员试图将蜘蛛的“曲谱”转化为音乐旋律。
蜘蛛织网看起来很复杂,实际上蜘蛛只用不到一个小时就能织成。它是先悬一根丝,从中心向外拉几条成辐射状的主丝,像伞撑开后的骨架;其次,拉几道网孔很大的临时螺旋丝来固定骨架,到此,它拉的丝都没有黏性;然后,它会从外围正式向内安置带黏性且紧密的螺旋丝,并把临时螺旋丝吃掉,等织到了中心后,一张极其对称的“八卦”网便大功告成;最后,它潇洒离开网,躲藏了起来。
蜘蛛的视力不太好,又躲藏起来了,那么,它怎么知道自投罗网的是什么物体呢?原来,它依靠的是网丝的振动。蜘蛛的丝是一种骨蛋白,初为黏稠的液体,遇到空气便很快凝结,且强韧而富有弹性。它的腿上有裂缝状的振动感受器,通过网丝振动的频率,就能准确地判断是风还是叶,或是大小昆虫来到了自己的“餐厅”,并能毫厘不差地定位猎物,快速地通过无黏性的“跑道”将其捕获。
在普通人看来,蜘蛛丝都是一样的,为什么频率不同呢?这是因为蛋白质分子中含有20种氨基酸,而每一种氨基酸发出的频率并不相同,所以蜘蛛将氨基酸进行排列组合,在网上交叉搭配,就出现了各种神奇的振动频率。比埃勒正是由频率想到了声音,并把20种氨基酸对应成20种音阶,使蜘蛛的这手绝活转化成了声音,再映射到音乐理论上。这项研究得到了艺术家托马斯·萨拉瑟诺的支持,他用蛋白质模拟制作了一个蜘蛛网,可是效果并不理想,问题在于他把蜘蛛网制成了二维空间的平面,实际上大多数蜘蛛构建的网都是三维空间,所以发出的声音自然大相径庭。
怎样使网丝的声音更加完美?萨拉瑟诺创建了一种类似竖琴的互动乐器,先用激光扫描蜘蛛网的二维横截面,再利用计算机算法重建三维网络,然后将特定频率分配给模拟网线用作音符,最后把音符在网线的三维结构中以各种模式组合起来,便可以生成旋律。
这种旋律类似一个和弦,但不会清越、绕梁。科学家们只不过像3D打印一样,复制了这种复杂的结构,并通过这种可听的旋律了解蜘蛛如何对网上变化做出反应,以及研究构网过程,之后再将这种生命现象和机械原理加以比较后进行仿生。
目前,比埃勒对蜘蛛“谱曲”的研究已经有了初步结论。他认为人类若能采用蜘蛛的方法,就能在人造结构设计中内置修复机制,以防患于未然。比如,桥梁如果内设修复机制,就能及时发现问题,而不会等到断裂后再修复,使得整个建筑结构变成一个活的有机体。
对蜘蛛的研究还有很多,涉及各方面的科学。比如,人类根据它麻醉的方法,研究出了神经系统的药物;俄罗斯科学院基因生物学研究所专家在对蜘蛛网进行研究时发现,蛛丝材料硬度比同样厚度的钢材高9倍,弹性比最强弹性的其他合成材料高2倍,加工后可以制造轻型防弹背心、降落伞、防护材料和车轮外胎等。
蜘蛛织网看起来很复杂,实际上蜘蛛只用不到一个小时就能织成。它是先悬一根丝,从中心向外拉几条成辐射状的主丝,像伞撑开后的骨架;其次,拉几道网孔很大的临时螺旋丝来固定骨架,到此,它拉的丝都没有黏性;然后,它会从外围正式向内安置带黏性且紧密的螺旋丝,并把临时螺旋丝吃掉,等织到了中心后,一张极其对称的“八卦”网便大功告成;最后,它潇洒离开网,躲藏了起来。
蜘蛛的视力不太好,又躲藏起来了,那么,它怎么知道自投罗网的是什么物体呢?原来,它依靠的是网丝的振动。蜘蛛的丝是一种骨蛋白,初为黏稠的液体,遇到空气便很快凝结,且强韧而富有弹性。它的腿上有裂缝状的振动感受器,通过网丝振动的频率,就能准确地判断是风还是叶,或是大小昆虫来到了自己的“餐厅”,并能毫厘不差地定位猎物,快速地通过无黏性的“跑道”将其捕获。
在普通人看来,蜘蛛丝都是一样的,为什么频率不同呢?这是因为蛋白质分子中含有20种氨基酸,而每一种氨基酸发出的频率并不相同,所以蜘蛛将氨基酸进行排列组合,在网上交叉搭配,就出现了各种神奇的振动频率。比埃勒正是由频率想到了声音,并把20种氨基酸对应成20种音阶,使蜘蛛的这手绝活转化成了声音,再映射到音乐理论上。这项研究得到了艺术家托马斯·萨拉瑟诺的支持,他用蛋白质模拟制作了一个蜘蛛网,可是效果并不理想,问题在于他把蜘蛛网制成了二维空间的平面,实际上大多数蜘蛛构建的网都是三维空间,所以发出的声音自然大相径庭。
怎样使网丝的声音更加完美?萨拉瑟诺创建了一种类似竖琴的互动乐器,先用激光扫描蜘蛛网的二维横截面,再利用计算机算法重建三维网络,然后将特定频率分配给模拟网线用作音符,最后把音符在网线的三维结构中以各种模式组合起来,便可以生成旋律。
这种旋律类似一个和弦,但不会清越、绕梁。科学家们只不过像3D打印一样,复制了这种复杂的结构,并通过这种可听的旋律了解蜘蛛如何对网上变化做出反应,以及研究构网过程,之后再将这种生命现象和机械原理加以比较后进行仿生。
目前,比埃勒对蜘蛛“谱曲”的研究已经有了初步结论。他认为人类若能采用蜘蛛的方法,就能在人造结构设计中内置修复机制,以防患于未然。比如,桥梁如果内设修复机制,就能及时发现问题,而不会等到断裂后再修复,使得整个建筑结构变成一个活的有机体。
对蜘蛛的研究还有很多,涉及各方面的科学。比如,人类根据它麻醉的方法,研究出了神经系统的药物;俄罗斯科学院基因生物学研究所专家在对蜘蛛网进行研究时发现,蛛丝材料硬度比同样厚度的钢材高9倍,弹性比最强弹性的其他合成材料高2倍,加工后可以制造轻型防弹背心、降落伞、防护材料和车轮外胎等。