蜜蜂幼虫吐的丝做成茧,既透气、抗菌又防寄生蜂刺穿。科学家首次在实验室成功合成了蜂丝蛋白,制成透明薄膜,甚至还在尝试把它和深海盲鳗黏液混纺。
全世界都在塑料垃圾里挣扎,科学家转头看向自然界找替代方案。蜘蛛丝长期占据C位,同等重量下强度是钢的5倍。但分子生物学家Oran Wasserman提醒了一个被忽略的事实:丝在自然界比你想的普遍得多,光是昆虫就独立演化出至少23次吐丝能力,蚂蚁、蜜蜂、黄蜂都会。

孤独蜂占据了全部蜂类的75%左右,它们的幼虫会吐丝结茧来抵抗环境压力。Wasserman团队研究的是蓝果园蜂,这种蜜蜂的茧小巧、棕褐色、细长,一头还有独特的乳头状小帽。幼虫不是像蚕那样拉出一根长丝,而是先把丝固定在巢壁一端,不断用头部来回拉扯加固,直到把自己完全包住。成品只有寥寥几层结构,却同时兼顾了气体交换、机械防护、保湿和抵抗寄生虫四个功能。
寄生蜂是茧丝进化的驱动力之一。它们能循着化学信号找到蜂茧,用针状器官刺穿茧壁产卵进去。茧是幼虫唯一的防线。蜂丝的出色之处在于:防刺穿能力极强(实验室正在用新方案深入测试)、柔韧、抗菌、透气。这些特性让它天然适配下一代生物医学材料,比如手术缝合线、组织工程支架和功能性面料。
过去在实验室复刻蜘蛛丝难于登天。Wasserman团队另辟蹊径,开发了一套非侵入式合成工艺。他们先做了一个3D打印的仿生巢穴来饲养幼虫,每天监测每只的状态,在幼虫刚开始吐丝、丝线还松散可及的精确时刻,直接从幼虫口中采集丝纤维。Wasserman说最重要的是幼虫之后还能继续正常结茧,证明这个方法创伤极小。
然后他们用分子生物学手段,把目标基因转入工程微生物体内,让微生物产出了蜂丝蛋白。把蛋白提纯后浇铸,得到了透明、可以独立成型的薄膜。这是人类第一次把孤独蜂的丝蛋白做成实物材料。两篇论文分别发表在了PLOS One和SynBio上。
蜂丝还不能直接拿来用,但方法已经打通。不同蜂种的丝各有特色,比如蜜蜂丝比果园蜂丝更有弹性,同一套方法可以复刻其他蜂丝,也可以跟别的材料混纺。Wasserman的实验室正在把蜂丝跟盲鳗黏液混在一起做实验。盲鳗是一种生活在深海的古老无颌鱼类,遇到威胁时会分泌一种黏糊糊的液体,在海水中膨胀堵住捕食者的鳃。当这种黏液里的蛋白线被拉伸干燥后,力学性能逼近蜘蛛丝。两者的蛋白结构本来就相似,混纺有可能把各自的优点叠加起来。
原文:https://www.sciencealert.com/scientists-think-bee-silk-could-be-a-surprising-new-supermaterial-heres-why