和蜘蛛合作一場音樂演奏

袁則明

蜘蛛在地球上至少結(jié)了1.4億年的網(wǎng)，只是過于尋常，所以它一直默默無聞，也很少有詩文抒頌。但近些年來，蜘蛛突然紅火了起來，它先后被請進了電影《蜘蛛俠》和多名科學(xué)家的實驗室。美國麻省理工學(xué)院的材料工程師馬庫斯·比埃勒就認為蜘蛛編織網(wǎng)的過程，很像一個人正在作曲，因而，他帶領(lǐng)團隊成員試圖將蜘蛛的“曲譜”轉(zhuǎn)化為音樂旋律。

蜘蛛織網(wǎng)看起來很復(fù)雜，實際上蜘蛛只用不到一個小時就能織成。它是先懸一根絲，從中心向外拉幾條成輻射狀的主絲，像傘撐開后的骨架;其次，拉幾道網(wǎng)孔很大的臨時螺旋絲來固定骨架，到此，它拉的絲都沒有黏性;然后，它會從外圍正式向內(nèi)安置帶黏性且緊密的螺旋絲，并把臨時螺旋絲吃掉，等織到了中心后，一張極其對稱的“八卦”網(wǎng)便大功告成;最后，它瀟灑離開網(wǎng)，躲藏了起來。

蜘蛛的視力不太好，又躲藏起來了，那么，它怎么知道自投羅網(wǎng)的是什么物體呢？原來，它依靠的是網(wǎng)絲的振動。蜘蛛的絲是一種骨蛋白，初為黏稠的液體，遇到空氣便很快凝結(jié)，且強韌而富有彈性。它的腿上有裂縫狀的振動感受器，通過網(wǎng)絲振動的頻率，就能準確地判斷是風(fēng)還是葉，或是大小昆蟲來到了自己的“餐廳”，并能毫厘不差地定位獵物，快速地通過無黏性的“跑道”將其捕獲。

在普通人看來，蜘蛛絲都是一樣的，為什么頻率不同呢？這是因為蛋白質(zhì)分子中含有20種氨基酸，而每一種氨基酸發(fā)出的頻率并不相同，所以蜘蛛將氨基酸進行排列組合，在網(wǎng)上交叉搭配，就出現(xiàn)了各種神奇的振動頻率。比埃勒正是由頻率想到了聲音，并把20種氨基酸對應(yīng)成20種音階，使蜘蛛的這手絕活轉(zhuǎn)化成了聲音，再映射到音樂理論上。這項研究得到了藝術(shù)家托馬斯·薩拉瑟諾的支持，他用蛋白質(zhì)模擬制作了一個蜘蛛網(wǎng)，可是效果并不理想，問題在于他把蜘蛛網(wǎng)制成了二維空間的平面，實際上大多數(shù)蜘蛛構(gòu)建的網(wǎng)都是三維空間，所以發(fā)出的聲音自然大相徑庭。

怎樣使網(wǎng)絲的聲音更加完美？薩拉瑟諾創(chuàng)建了一種類似豎琴的互動樂器，先用激光掃描蜘蛛網(wǎng)的二維橫截面，再利用計算機算法重建三維網(wǎng)絡(luò)，然后將特定頻率分配給模擬網(wǎng)線用作音符，最后把音符在網(wǎng)線的三維結(jié)構(gòu)中以各種模式組合起來，便可以生成旋律。

這種旋律類似一個和弦，但不會清越、繞梁?？茖W(xué)家們只不過像3D打印一樣，復(fù)制了這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并通過這種可聽的旋律了解蜘蛛如何對網(wǎng)上變化做出反應(yīng)，以及研究構(gòu)網(wǎng)過程，之后再將這種生命現(xiàn)象和機械原理加以比較后進行仿生。

目前，比埃勒對蜘蛛“譜曲”的研究已經(jīng)有了初步結(jié)論。他認為人類若能采用蜘蛛的方法，就能在人造結(jié)構(gòu)設(shè)計中內(nèi)置修復(fù)機制，以防患于未然。比如，橋梁如果內(nèi)設(shè)修復(fù)機制，就能及時發(fā)現(xiàn)問題，而不會等到斷裂后再修復(fù)，使得整個建筑結(jié)構(gòu)變成一個活的有機體。

對蜘蛛的研究還有很多，涉及各方面的科學(xué)。比如，人類根據(jù)它麻醉的方法，研究出了神經(jīng)系統(tǒng)的藥物;俄羅斯科學(xué)院基因生物學(xué)研究所專家在對蜘蛛網(wǎng)進行研究時發(fā)現(xiàn)，蛛絲材料硬度比同樣厚度的鋼材高9倍，彈性比最強彈性的其他合成材料高2倍，加工后可以制造輕型防彈背心、降落傘、防護材料和車輪外胎等。