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春蠶到死絲方盡——漫話液體的拉絲現象

王 振 東

相見時難別亦難，東風無力百花殘。

春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始乾。

曉鏡但愁雲鬢改，夜吟應覺月光寒。

蓬山此去無多路，青鳥殷勤為探看。

大家知道，這首膾炙人口的七律是唐代詩人李商隱的《無題》。此詩早已被選入包括《唐詩三百首》在內的各種唐詩選本之中。“春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始乾”是其中最有名的兩句。後人常用它來讚美人間忠貞不渝的愛情，歌頌心目中的英雄人物和人類靈魂工程師那種“鞠躬盡瘁，死而後已”的崇高精神。可是您是否曾想到，在這名句之中也蘊含著十分有趣的力學現象。

李商隱並沒有明確說蠶絲是怎麼形成的，但是從古至今，一直有人根據頭腦中的“常識”想當然地認為，蠶絲是從蠶的嘴裏“吐”出來的。如唐代詩人于濆所寫的《野蠶》：

野蠶食青桑，吐絲亦成繭。無功及生人，何異偷飽暖。我願均爾絲，化為寒者衣。

與蠶絲成繭類似的現象，還有蜘蛛以絲結網。另一位唐代詩人蘇拯的《蜘蛛諭》寫道：

春蠶吐出絲，濟世功不絕。蜘蛛吐出絲，飛蟲成聚血。蠶絲何專利，爾絲何專孽。映日張網羅，遮天亦何別。倘居要地門，害物可堪說。網成雖福已，網敗還禍爾。小人與君子，利害一如此。

在現今的報刊及文學著作中，也經常可見到蠶“吐”絲，蜘蛛“吐”絲的說法。

我國當代文學評論家周汝昌先生稱“春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始乾”這一詩句，有“驚風雨的境界，泣鬼神的力量”，並對此詩句作過精彩的注釋：“春蠶自縛，滿腹情絲，生為盡吐；吐之既盡，命亦隨亡。絳蠟自煎，一腔熱血，爇而長流；流之既乾，身亦成燼。有此癡情苦意，幾於九死未悔，方能出此驚人奇語。”對於如此精美的注釋，筆者亦頗欣賞，但從力學的觀點可以提出這樣的問題：蠶絲究竟是怎樣形成的，是蠶從嘴裏“吐”出來的嗎？

蠶絲是拉出來的

現代科學對蠶絲的形成過程已有了明確認識。蠶卵孵化成蟻蠶後，在25～30天內經過5個齡期，蛻4次皮，發育成5齡蠶。5齡蠶食桑6～8天后停止食桑，皮膚透明，成為熟蠶。這時蠶腹的絲腺內充滿了由於化學反應形成的黏液體——蠶絲的原料，亦稱為絲液。

蠶將嘴裏的絲液粘到某物體上（絲液中的絲膠起著“粘”的作用），然後蠶的頭按照8字形左右搖擺，搖晃著把絲液拉成絲線，靠絲線表面上剩留的絲膠將絲線粘到繭的內側，這樣就慢慢地成了繭。有人做了這樣的試驗：讓一個粘著絲液的物體也隨著蠶的腦袋一起擺動，那麼從蠶的嘴裏就“吐”不出絲線來了。也就是說，如果蠶的腦袋不擺動，絲線就不會“吐出來”。而如果拿住絲線頭抽拉，可以連續不斷地拉出絲線來；如果你用剪刀將絲線剪斷，蠶就不能再繼續拉絲了，於是它的腦袋就在空中搖晃著，試圖再找一個拴線的地方拉絲。這個試驗說明：蠶絲不是“吐”出來，而是“拉”出來的。

養蠶的農家兒童常捉蠶來玩。捉一條又肥又大的即將做繭的蠶，捏住它的頭尾，猛地一下左右拉開，這時頭尾分離了，而從蠶腹中卻拉出一條直徑約1毫米、長約30釐米的透明結實的絲線。如果慢慢地拉就不行了，蠶體被拉斷後，其體液滴滴嗒嗒地流出來，什麼也得不到。

為什麼快拉能成絲，慢拉就是液體流出來呢？現代科學的研究表明，蠶絲是通過力的作用由絲液拉成的，這個過程稱為“牽引凝固”。絲液的主要成分是絲蛋白，絲蛋白的鏈狀分子是線團狀態。絲液是黏性液體，它的線團狀分子呈圓球狀，當你慢慢拉伸時，圓球分子之間只有滑動，沒有其他變化，所以整個液體只是流動。當你快速拉伸時，各個分子還來不及流動就被抻開了。被拉開的絲蛋白鏈狀分子有了新的排列，產生了變異，相互靠近的分子之間產生了很強的結合力。這種絲蛋白分子之間的“結合力”雖然比原子之間的作用力弱，但是長鏈的各鏈節之間卻有很強的結合，所以形成了整體上很結實的蠶絲。

蠶腹的絲液直接用手去拉，只能拉成像釣魚線那樣粗的絲線，但如果借助於蠶的嘴就能拉成纖細而漂亮的絲線，其直徑可以細到0.002毫米，長度可達1200米左右。蠶的嘴是由“角質蛋白”形成的，嘴巴上有一個“調節口”，當絲液經過它時，可對拉出的流量進行適當的調節。由解剖得知，在蠶的嘴巴上，吃桑葉與出絲的“調節口”是不同的兩個口。

由上所述，可得如下結論：蠶絲的原料（絲液）在蠶腹中是由於化學反應形成的，而蠶腹中的膠狀絲液變成結實而又漂亮的蠶絲卻是由於力的作用。蠶絲不是從蠶嘴裏“吐”出來的，而是通過蠶嘴巴的流量調節用力拉出來的。除了桑蠶外，柞蠶、蓖麻蠶、木薯蠶、樟蠶、柳蠶和天蠶等也都不是吐絲，而是拉絲的。這就糾正了一些人根據頭腦中的“常識”而提出的、沒有可靠實驗根據的蠶“吐”絲的傳統看法。

在現代化學纖維工業中，人們正在模仿蠶所做的工作，用“拉伸”的辦法製造尼龍和滌綸等各種合成纖維。只是在開始做成絲狀時，先要對液體施加很大的壓力，使其從一個小孔中擠壓出來，再去拉伸。如何又快又好地拉出絲來，正是“流變學（rheology）”中“拉絲流動”所研究的內容（流變學是力學、化學和材料科學交叉形成的新興分支學科）。實際上目前的技術還比不上蠶，還不能像蠶那樣只靠拉牽就能制出漂亮而結實的絲線來。蠶這個小生物身上還有許多問題，有待人們去努力探索。

蜘蛛拉絲結網

蜘蛛以絲結網與蠶的情況類似，它的肚子裏有“蜘蛛液”，從腹部末端（而不是從頭部嘴裏）拉出絲來。根據化學家的研究，蜘蛛絲的成分與蠶絲的絲蛋白大體相似。蜘蛛為結網拉出的絲有兩種：一種是指向外面的，它較結實而光滑；另一種是一圈一圈的，它很有彈性，並且佈滿黏液珠。據說，在一個好的蜘蛛網上有25萬個以上的黏液珠，以用來粘住飛蟲供蜘蛛飽餐。

唐代詩人孟郊的五言詩《蜘蛛》是這樣描述的：

萬類皆有性，各各稟天和。蠶身與汝身，汝身何太訛。蠶身不為己，汝身不為他。蠶絲為衣裳，汝絲為網羅。濟物既無功，害物日已多。百蟲雖切恨，其將奈爾何。

宋代詩人范成大在詩《四時田園雜興》中所寫：

靜看簷蛛結網低，無端妨礙小蟲飛。

都是這一情況的生動描述。

還有一種結草蟲，也可以拉出與蠶絲結實程度不相上下的絲，其“巢殼”外表有樹葉和小枝纏掛著，“巢殼”的內側像蠶繭一樣結實，用手指都不易戳破它。

科學家研究得知，有些種類的蜘蛛其蛛絲和鋼絲一樣堅硬，卻又比鋼絲富有彈性，還特別耐寒，在-50℃ ～-60℃的低溫下才會變脆發生斷裂，而一般聚合物在攝氏零下十幾度就會變脆。利用蛛絲的這些特性，若以它為原料製作防彈服裝、降落傘等軍需物資，在冬季使用時會有極佳的性能。據報導，美國軍方已責成有關部門飼養能產堅韌的金黃色蛛絲的巴拿馬蜘蛛。這種蜘蛛個大體胖，是一般蜘蛛的十幾倍。採集者從蜘蛛腹中引出蛛絲，用鑷子夾住末端，將其繞到裝有小型電動機的紡綞上。紡綞輕巧地轉動，蛛絲也就唾手可得。一般每次可提取蛛絲3～5毫克，每段絲長可達300多米。最令人吃驚的是，使用這種方法抽絲對蜘蛛並無傷害，只要飼養得當，每天都可提取。

形形色色的液體拉絲

只要稍加留意就可以看到，日常生活中有不少液體也是能拉絲的，比如敲開雞蛋，將蛋黃取走後，只留下蛋清放在碗裏。用筷子慢慢攪蛋清時，你會感到它與普通液體不同。蛋清是攪動一下後能彈縮回來的液體，也是一種向上挑能拉絲的液體。可用筷子插入向上挑一下試試看。當向上挑的速度很慢時，蛋清會像液體一樣流下來，不拉絲；當向上挑的動作很快時，蛋清不粘筷子，也不拉絲；可是當向上挑的速度適當時，蛋清就拉絲了。當蛋清拉的絲斷了的時候，還可看到在斷開的一瞬間會像橡皮條那樣稍有收縮。山藥汁（將山藥搗碎制取的黏液）以及嬰兒流的口水，情況也都與此相似。這些液體能拉絲，也跟蠶的絲液能拉出絲一樣，是因為它們有黏性和彈性的雙重性質。

動物與植物的“黏液”大多具有黏性和彈性的雙重性質，比如蝸牛和蛞蝓的黏液，人的唾液、痰、鼻涕，鱔魚的黏液，海藻表面的黏液，芋頭的黏液等。這些液體用力攪動後都能表現回縮的彈性，向上挑的速度合適的話也能拉出絲來。研究表明，在液體拉絲現象中，黏滯性起主要作用，彈性起輔助作用。也就是說，可流動性是拉絲的基本條件，再加上可伸縮的彈性，才能出現拉絲的現象。

有些食品以能拉出絲來而著名，如主產于河北滄縣和山東樂陵的“金絲小棗”，以核小、肉厚、色鮮、味濃、糖多、質細著稱，購買時鑒別品質是否上乘的主要標準，是用手抓住小棗兩頭，猛一撕開後，看是否能拉出很多金色的絲。成語“藕斷絲連”，描述了鮮藕切斷後，藕中所含黏液被拉出絲的情景。菜肴中有一道拔絲鳳梨（或拔絲蘋果、拔絲山藥），就是用炒糖稀做成黏液裹在上面，以能拉出許多糖絲而著稱。當然也有的食品，在新鮮的時候不會有拉絲，腐壞了才容易拉絲，人們也常以此來判斷這些食品是否腐壞變質了，比如農曆八月十五中秋節時的月餅。

關鍵字：液體拉絲  蠶  蜘蛛

（原刊登於《科學》2004年56卷5期）