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第11章 趣味发明(11)

现在,人们进一步发现,蜘蛛用来感知震动的器官非常巧妙。它是长在蜘蛛脚上的一小条裂缝,功能类似“耳朵”,它能够感知到每秒钟20次至25次的震动。这样微小又这样灵敏的“音响探测器”很令人类羡慕。人们正在研究是否能够揭开这种构造的秘密,从而模拟制造出可以供给人类使用的音响探测器。

奇异的丝织厂

法布尔在观察蜘蛛用丝结网,并织成用来产卵的丝袋的时候,他注意到了,这类蜘蛛有一个肥大的丝囊,囊里贮存着抽丝的黏液。他注意到蜘蛛抽丝和蚕吐丝不一样。蜘蛛的丝不是从头部“吐”出来的,而是在丝囊的后面,有许多出丝孔。从出丝孔里挤出一小滴一小滴的黏液,蜘蛛再用突然下落或突然快跑的方式移动身体,飞快的速度和拉力使得这滴黏液被抽拉成很细很细的丝;有时它也用后腿帮忙,在较短的距离中迅速将滴出的黏液抽拉成丝。

法布尔对于蜘蛛的这种结网技巧非常佩服,他承认蜘蛛在结网时动作非常熟练,非常快捷,快到令人眼花缭乱的程度。所以他说:“蜘蛛结网的经过很难看清楚,因为这一步步的动作非常之快,一忽儿突然一跃,一忽儿左右摇摆,一忽儿又前后弯曲,看得人眼花缭乱。要辨明这一步步的工作,就需要不断的观察了。它的一双后腿是掌管纺织的工具,它不住地动着,靠近网外边的那条后腿从丝束中抽出一根丝来,迅速递给靠近网中心的另一条后腿,这条腿就熟练地把它放置在蛛丝适当的地方,好像量准了距离似的。蛛丝一旦搁在了适当的地方,马上就会和网架的几根辐射丝相胶合,因为蛛丝本身就是黏的。整个织网工程没有一点迟缓的动作。”

法布尔还注意到,蜘蛛用透明的丝织它的网,用白色的丝织它的产卵袋,用棕色的丝来完成它的窝,还用一种深褐色甚至黑色的丝来织成带子,好把产卵袋张挂起来……从蜘蛛的丝囊里竟变出了这么多的花样,使法布尔惊奇不已,他慨叹说:“这是一个多么令人惊奇的丝织厂啊!从一个非常简单的只包含着后腿和丝囊的设备,蜘蛛完成了制绳者、纺绩者、织造者和染织者的工作,蜘蛛怎么会有这么一种奇怪的设备呢?它怎么能随意得到不同色彩、不同品质的丝?它怎么能在把它们输送出来的时候一会儿是这个样子,一会儿又变成了那个样子?我只看到了结果,可是我不知道到底是什么原因,我也不知道这些工作的过程是怎么样的。这两个问题我都解决不了。”

自然界的许多秘密确实是仅仅用肉眼观察所回答不了的,这是法布尔研究工作的缺陷。但是,法布尔从对蜘蛛“丝织厂”的观察得到了两个方面的重要发现:一个方面的发现是关于制成蛛丝原料方面的,即蛛丝是由一种黏液经过迅速抽拉而形成的,从丝囊中出来的并不是一根根的丝;另一个方面的发现是关于抽拉蛛丝的工具方面的,即由丝囊后面挤出黏液的那许多小孔。

当然,这两个方面,在法布尔的时代,他只是有了极初步的直观印象,甚至还没有看清楚全部的过程,但这两个方面的发现有很重大的意义,给后人在模仿蜘蛛制造人造丝方面带来很大的启发。

向蜘蛛要丝

首先揭开昆虫是怎样“吐丝”或“抽丝”秘密的是英国皇家学会的实验室主任、着名的物理学家胡克,他在“光”的理论上曾经和牛顿唱“对台戏”,使牛顿感到心烦意乱。他是最为着名的显微镜学家之一,借用显微镜,他观察到了自然界的许多肉眼所看不到的秘密,其中就有关于昆虫怎样吐丝的秘密的描写,还有他由此产生的奇妙的设想。1664年,胡克在《显微绘图》一书中说:“也许能找到某种方法来制造一种黏性的东西——这种东西通过网筛拉出后很像蚕吐出的丝,也许比蚕丝更好。这种想法可能启发一些好奇的天才,使他们情不自禁地要试一试。如果实验成功……我想他们不会失望的。”

据说有一位名叫卜翁的科学家,饲养了许多蜘蛛,希望能够利用蛛丝作为纺织的原料。他把蜘蛛的丝囊割破,取出里面的黏液,把它们抽成了细丝,织成了世界上的第一双蛛丝手套。

它确实很漂亮,轻盈透亮。可惜那样的手套并不结实,而且易溶于水,因此这双用原始蛛丝织成的第一双手套不幸也就是世界上最后的一双蛛丝手套。

后来,又有一位名叫列奥慕尔的法国物理学家,他就是那位发明列氏温度计的人,同时又对昆虫等小动物有着浓厚的兴趣,也进行过细致的观察研究。他曾经有一个科研课题是决定蛛丝是否有值得利用的工业价值。

这方面的研究使人们发现,接连着蜘蛛腹部丝囊的后沿,有6个吐丝器,每个吐丝器的表面又有许多小孔,总共有1000多个小孔,每个小孔分泌出一细滴黏液,经过迅速拉扯变细变长,遇到空气以后就凝结成为丝。

可惜列奥慕尔的研究未能取得期望中的成功。因为他的研究结果表明,如果将蛛丝和蚕丝相比较,生产一磅蚕丝,需要2500个蚕茧,而如果生产一磅蛛丝,数量则需要增加265倍,也就是说,需要饲养662500只蜘蛛。这样高的消耗本来就难以设想,更何况蜘蛛和蚕的习性相差太远。蚕吃桑叶,而蜘蛛必须吃昆虫,它们在饥饿的时候甚至互相残杀。人们不曾见到过合群的蜘蛛,它们孤独成性,人们难以成群饲养。再有,蜘蛛不像蚕那样专门吐丝结成一个茧,蜘蛛的丝是随时需要随时抽出来结网,不用时就贮存在丝囊里,人们无法从蜘蛛那儿得到整批整批可以利用的蛛丝。

因此,列奥慕尔关于蛛丝的工业开发价值的研究,得出的是悲观的结论:蛛丝没有进行工业开发的商业价值。

列奥慕尔也曾经尝试过利用树胶一样的物质让它从小孔中挤出成为细丝,可惜也没有能达到目的。

因此,在相当长的一段时期里,人们只能简单地利用那极为宝贵的蜘蛛丝。

在20世纪的30年代,当人们需要找到一种极细的丝用来作为大炮瞄准望远镜的坐标线,以便提高瞄准效率的时候,人们试用了许多材料,都觉得不够满意,因为那些材料制成的丝太粗了,放在望远镜里的坐标线如果太粗,那么,坐标的中心点虽然瞄准了,而实际的误差却非常大,在这里用“失之毫厘,谬以千里”来形容,是一点也不过分的。

找来找去,人们想到了蜘蛛的纤细的丝。经过实验,认为蜘蛛中以“园蛛”和“络新妇”这两种蜘蛛丝的质量符合要求。这样一来,蛛丝就成为望远镜筒中特用的坐标丝,后来又推广到在显微镜的镜筒上应用。

蛛丝在科学仪器中独居宝座一直延续到第二次世界大战以后,人们制出了极细的金属丝,蛛丝才不再称霸于这一领域。

歪打正着的发明

正像科技史中不少发明是歪打正着的成果那样,纺绩器的发明却是和电灯的发明相关联的。

纺绩器的发明人名叫斯旺,他是发明电灯的爱迪生的合作者。斯旺从青年时代就致力于使电产生光的研究,他和爱迪生差不多同时发明了实用的白炽灯。本来在发明的专利权方面斯旺和爱迪生是有争议的,后来他们在法庭外面解决了这一争议,在英国合作建立了一家联合公司。

我们知道,最早发明的白炽灯灯泡里的灯丝是用植物纤维碳化以后做的。斯旺在研究改进灯丝的过程中,发明了一种抽丝的方法,可以将硝化纤维的黏液强迫通过许多小孔挤压而成为一缕缕的细丝,再将这种细丝碳化,用来作为白炽灯泡的灯丝。可惜用这种硝化纤维做灯丝的实验研究未能得到预期的效果,这时,兴趣和爱好都很广泛,知识又很渊博的斯旺想到:

虽然抽拉出来的丝没能用来做灯丝,但是这种拉丝器如果用来作为人造丝的纺绩器,不是很有意义吗?

于是,斯旺专门为自己发明的这一纺绩器申请了专利,它就是制造人造纤维、人造丝的最早的拉丝器,至今人们还记住了斯旺在这一领域中所做出的贡献。

如果说斯旺发明类似蜘蛛丝纺绩器那样的拉丝器,是在研究改进灯丝课题时获得的一项意外的成果的话,那么,无独有偶,最早的人造纤维的发明,也是一项意外的成果。

那是在法国,化学家巴斯德接受了法国政府的委托,研究当时危害法国蚕丝业生产的蚕病防治方法。一位名叫夏尔多内的学生当了巴斯德的助手。对蚕和它的丝的质量的研究,使夏尔多内对丝发生了兴趣。巧的是夏尔多内同时又喜欢研究照相。在研究照相底片的过程中,夏尔多内无意中发现,当将搅和硝化纤维黏液的玻璃棒从黏液中抽出来的时候,又黏又稠的硝化纤维黏液竟被拉成长长细细的丝。夏尔多内用手去捻一捻这种丝,发觉它的手感很好,和天然的丝极为相似。一个发明的火花突然闪现在他的脑海:如果我用这种硝化纤维通过拉丝器的小孔,把它挤压抽拉成许多根根纤细的丝,是不是就可以得到大量的人造丝呢?夏尔多内一试,果然抽拉出来细长、光亮、美丽的人造丝。

据说当时夏尔多内极为兴奋地欢呼:

“成功了,这就是说,蚕能够做的事,人类也能够完成。”

夏尔多内将自己的发明申请了专利,并且在法国开办了一家人造丝工厂。那里生产的人造丝在巴黎博览会上展出的时候,获得妇女们一片赞美声。

美中不足的是,这种人造丝很怕火,在一次宴会上,一位穿着人造丝服装的妇女,在众人羡慕的目光中正在得意的时候,不料一位吸烟者的火星落到身上,衣服顿时剧烈地燃烧起来,当人们赶来把火扑灭的时候,这位妇女已经死去了。

后来真正发明出接近蛛丝的人工合成丝织品的人是美国人卡罗瑟斯。他考虑的是:夏尔多内发明的是借助植物纤维制造的人造丝,而他要发明的是不依靠植物纤维,而是利用化学方法人工合成的丝。1938年9月,美国杜邦化学工业公司宣布他们将出售一种新产品。广告是这样说的:“我公司利用煤炭、空气和水制成了一种丝,这是一种比蜘蛛丝还要细,比钢铁还要牢固的丝。”

这种丝就是卡罗瑟斯发明的尼龙66。用尼龙66制成的第一批产品是尼龙丝袜,它的确赶得上有蛛丝那么细,有蛛丝那么透明,而且价格不贵。所以,公司第一批投入市场的1万双尼龙丝袜,只卖了3天就被抢购一空。

尼龙丝织品到现在仍旧是很受人们欢迎的一种化学纤维。

蛛丝进入高科技

虽然在尼龙66以后,化学家们又陆续发明了维尼纶、涤纶等化学纤维,但是人们仍旧忘不了由蜘蛛的丝囊里抽出来的真正的蛛丝,因为蛛丝有属于它自己的许多优良品质。

它很细,它的直径只有二百分之一毫米,将100根蛛丝加在一起,才不过只有1根头发那么粗。

它很轻,将蛛丝的单丝环绕地球一周,它的总重量也不过200克。

它很坚韧,富有弹性,在一根蛛丝原来的长度上再拉长五分之一,它也不断,这是同样粗细的钢丝也办不到的。

它的强度又很大,每根单丝可以承受3克的重量。这也是同等粗细的钢丝办不到的。

蛛丝是人们公认的世界上最精细的固体之一。蛛丝加入了现代高科技研究的行列。

在美国曼彻斯特大学进行的一项核聚变实验中,科学家将一个只有头发般粗细的管囊悬吊起来,管囊里充满氢气,再用高达12万亿瓦特激光撞击加热,使管囊里的氢气被加热到9000万摄氏度的高温,这时,管里的氢气就会发生热核聚变,人们就能像从太阳那里得到能量一样得到热核聚变产生的能量。

在进行这项高科技的实验研究中,需要解决的关键问题之一是:用什么材料来悬吊这只有头发般粗细的管囊,又要求它能经受得起这样高的温度和冲击。

经过多次筛选,科学家们找到了蜘蛛丝。他们说,蛛丝轻而且柔韧,具有优异的机械性能,比如说,它的弹性非常好。

蛛丝就这样走进了高科技实验的行列,参加了这项最尖端的热核聚变实验。据说,如果没有找到蜘蛛丝这项材料,仅仅是为开发这种管囊悬吊系统,可能要花数百万美元的经费呢!

蜘蛛的惊异

尽管直接用蛛丝织造织物的实验失败了,尽管人们后来又从蜘蛛那里得到许多启发,发明和生产出来了各种人造纤维、人造丝和合成纤维,人们并没有忘记蛛丝的魅力。

人们仍旧向往能够得到真正的蛛丝,用来织造各种有特殊用处的织物。

这一次,是生物学家的研究发现给人们带来了希望。19世纪时,奥地利的修士孟德尔种了22种不同的豌豆,记载了每一种豌豆后代的遗传特性。1866年,孟德尔根据他种植了10年豌豆的记载,整理发表了关于遗传规律的论文。他认为,每一种生物的后代都从他们的父母以至祖父母等祖先那里得到了遗传的信息,所以才像他们的父母、祖父母……1910年,美国的生物学家摩尔根用果蝇进行实验,也发现了果蝇的后代有遗传现象,遗传的规律和孟德尔总结的相同。

那么,决定生物遗传的物质是什么呢?孟德尔和摩尔根都提出了一个遗传因子的假说,认为遗传的信息是由遗传因子来决定的。摩尔根将这种遗传因子叫做“基因”。

1953年,美国的沃森和英国的克拉克合作,发现了遗传基因的物质是一种叫做DNA的双螺旋结构。DNA上面携带了几亿个遗传密码,这些密码传递着遗传的信息,人们只要破译出这些密码,就能按照人的意志得到所需要的遗传特性。

1973年,美国科学家将大肠杆菌的一个带抗四环素和一个带抗链霉素的遗传信息的基因重新组合,又移植到大肠杆菌中复制,结果得到的新的菌种就既有抗四环素的特性又有抗链霉素的特性。这是人们第一次按人的意志来制造新的生物。

1977年,人们又将人工合成的脑激素基因移植给大肠杆菌,结果大肠杆菌果然不断地繁殖出带有脑激素的物质。脑激素是治疗糖尿病的良药,它本来只能从牲畜的脑浆中提取,10万只羊脑才能提取到1毫克的脑激素,不但价格昂贵,而且在事实上又会有几个病人能幸运地得到这种药品的治疗呢?可是采用移植脑激素基因的方法,现在只要有2升大肠杆菌的培养液,让大肠杆菌根据脑激素基因不断繁殖带有脑激素的物质,就能提取出1毫克脑激素。这样,不但不需要再四处去寻找羊脑,省去了许多繁杂的工疗而且成本大大降低,价格不再那么昂贵,于是,就可能有更多的病人及时得到这种脑激素的治疗。

遗传科学的发展诞生出一门新的学科,它叫遗传工程学,人们只要破译出DNA的种种密码,将这些密码切割下来,移植到另外的生物体内,或者将它们重新组合,人们就可以像设计一般的工程那样,对生物进行工程设计,创造出各种自然界不存在,而是按照人们的意志产生的新的生物或生物物质。所以这门新兴的学科又叫生物工程学。

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