蜘蛛胶的进化速度可能比蜘蛛本身还快

对于蜘蛛来说，吐丝是生存的保证。如果蜘蛛吐不出足够好的丝来捕捉昆虫，它们就很难甚至不可能获得足够的食物。由于蜘蛛遍布世界各地，它们的网越能适应环境，它们就越能发挥作用。

在 4 月 18 日发表在《生态学和进化前沿》杂志上的一项研究中，生物学家发现，使圆网蜘蛛网如此粘的胶水实际上比蜘蛛的基因进化得更快。

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“发现生物胶的粘性蛋白质成分为确定材料特性如何演变打开了大门，”研究合著者、华盛顿与李大学生物学家纳迪亚·阿尤布在一份声明中说。“蜘蛛丝纤维和胶水是回答这些问题的绝佳模型，因为它们主要由蛋白质组成，而蛋白质是由基因编码的。”

就像挂毯上的每根细丝一样，圆蛛网中的每根细丝都用于捕捉食物。蛛网的坚硬框架吸收了猎物的冲击力，然后粘性线将其捕获，以便蜘蛛可以抓住食物。蜘蛛的聚合腺体合成了一种特殊的胶水，通过吸收大气中的水分使网线具有粘性。应根据蜘蛛居住地空气湿度对胶水进行调整，以达到最佳粘性。由于许多种类的圆蛛生活在许多环境中，因此本研究团队认为它们的胶水必须适应湿度水平。

为了研究这种胶水适应策略，研究小组重点研究了两种物种——银蛛（ A. argentata ）和三线金蛛（ A. trifasciata ）。银蛛生活在干燥环境中，原产于南加州。研究小组让它们在实验室中结网，但喂食的食物与猎物相当，并比较了自然界中发现的胶滴体积，以确保它们与自然界中编织的胶滴体积相当。三线金蛛生活在世界各地的潮湿环境中，研究小组在野外收集了它们的网。

他们分析了胶水中的蛋白质和液滴的物质特性，发现生活在干燥环境中的银蜘蛛产生的液滴比更易受潮湿环境影响的三线银蜘蛛产生的液滴更小，而且随着当地湿度的增加，银蜘蛛吸收的水分也更少。银蜘蛛的胶水中的蛋白质核心也更小，占据液滴体积的比例更小，从大气中吸收的水分也更少。

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液滴中这些蛋白质核心的硬度影响了胶液滴的韧性，随着湿度的升高， A. argentata蛋白质核心的韧性会降低。A . argentata线胶液滴通常粘性更强，间距也更紧密。

当研究小组分析胶水中的蛋白质以了解这些蛋白质如何导致材料特性的差异时，他们发现，尽管这些蛋白质相似，但它们出现的比例却不同。A . argentata胶水中含有四种基因的蛋白质产物，而A. trifasciata胶水中没有这些基因的蛋白质产物。额外的蛋白质以及胶水中关键的 AgSp1 和 AgSp2 蛋白质更均衡的比例可能解释了这种胶水的韧性更强、吸水能力更低的原因。

“尽管材料特性存在巨大差异，但这两个物种的大部分蛋白质成分是相同的，”论文合著者、弗吉尼亚理工大学生物学家布伦特·奥佩尔在一份声明中说。“这些蛋白质的序列在不同物种之间也相似，但单个蛋白质的相对丰度不同。修改蛋白质的比例可能是调整生物胶材料特性的一种快速机制。”

研究团队表示，这项研究的局限性之一是只研究了两个物种，蛋白质和网状材料特性之间的关系还不够直观。为了解决这个问题，研究团队正在记录不同物种的蛋白质成分和材料特性。

对蜘蛛丝及其特性的更多研究也可能带来更广泛的科学和技术应用。“蜘蛛丝和胶水具有巨大的仿生潜力。蜘蛛制造的胶水具有令人印象深刻的特性，可用于工业、医学和其他领域，”奥佩尔说。