クモの糸はなぜそんなに強いのでしょうか?すべてはクモのこの小さなトリックのおかげです→

映画『スパイダーマン2』のスチール写真

映画「スパイダーマン」でピーター・パーカーが放った魔法のクモの糸に驚嘆したことがあるかもしれません。クモの糸は暴走する列車を止めたり、鋼鉄よりも頑丈な防護ネットに織り込んだり、スーパーヒーローが街のスカイラインの間を自由に飛び回ることさえ可能にします。

自然界では、クモは確かに控えめな「物質の達人」です。彼らは肉眼では見えないほど細いクモの糸を使って、防弾チョッキよりも丈夫な巣を編みます。一見すると壊れやすい絹糸には、何世紀にもわたって科学者を魅了してきた秘密が隠されています。

最近、米国ノースウェスタン大学の研究チームがついに「クモの糸の暗号」を解読した。実際、蜘蛛が糸を紡ぐときに後ろ足でそっと引っ張る動作は、分子レベルでの精密な鍛造なのです。

クモ: 繊維デザインの自然の巨匠

クモの糸は、クモの腹部の端にある紡糸装置から分泌されるクモ糸タンパク質と補助タンパク質でできた糸状の物質です。空気に触れると固化・重合し、巣を編んだり、その他の構造物を構築したりするために使用されます。

クモの糸は、獲物を捕らえる粘着性の罠として、クモが狩りをする前に獲物を絡めて拘束するために、触覚情報を伝達するために、あるいは子孫を守るための巣や繭として使用することができます。

クモは糸を使って高いところからぶら下がったり、空中を浮遊したり、滑空して捕食者を避けることができます。ほとんどのクモは、目的に応じて糸の厚さと粘着性を変えます。

科学者たちは、クモの糸の驚くべき特性のために、長い間その研究に興味を抱いてきました。その特性とは、クモの糸の強度は同じ直径の鋼鉄を超え、その靭性はケブラー繊維よりも優れ、その弾力性はゴムに匹敵することです。それは物質界の「六角形の戦士」です。クモの糸は最も強力な有機繊維であり、生分解性があるため医療用途に最適な素材です。

例えば、これらは外科用縫合糸や創傷閉鎖用接着剤として使用することができ、その後、これらの材料は体内で自然に無害に分解されます。しかし、クモを飼育して天然のクモ糸を得るのは、コストがかかり、エネルギーを大量に消費し、操作も困難です。そのため、実験室でのクモ糸材料の人工合成が研究の焦点となっています。

研究者たちは長年にわたり、微生物を改変してクモ糸タンパク質を生成することに成功し、人工クモ糸を手作業で伸ばすことで、クモ糸に匹敵する人工繊維を生産してきました。クモの糸の「製法」は分かっているものの、紡糸工程によって繊維の構造と強度がどのように変化するのかは謎のままです。

クモ糸の強化メカニズム：伸張による分子秩序形成

伸張した絹繊維の模擬図

ノースウェスタン大学の研究チームは分子動力学シミュレーションを使用して、伸張によってタンパク質の順序、タンパク質間のつながり、繊維内の分子の動きがどのように変化するかを研究しました。研究により、紡糸過程におけるクモの後肢の伸張動作によって、本質的にタンパク質が「整列」し、繊維全体の強度が増すことが判明した。

また、伸張により、繊維を構成するタンパク質鎖間の橋渡しとして機能し、繊維全体の強度、靭性、弾力性に寄与する水素結合の数が増えることも発見した。新しく生産されたクモの糸と比較すると、元の長さの 6 倍に伸ばされたクモの糸は大幅に強くなります。

この研究は、クモの糸の機械的コードを解読しただけでなく、学際的研究の強力な活力も実証しました。分子生物学における遺伝子編集から流体力学における回転プロセス、材料科学における性能最適化まで、複数の分野の知識を統合することで、革命的な技術革新が生まれています。

将来、クモの糸は、手術室のシームレスな縫合糸から火星基地の軽量建築資材まで、私たちの生活のあらゆる側面に関わるようになるでしょう。蜘蛛の糸から得られるこの絹糸は、より強靭で持続可能な未来を紡ぎます。

クモの糸の性能に驚嘆すると同時に、その背後にある自然の知恵についても深く考えるべきです。クモは模倣されるのを待っている物体ではなく、何十億年もの時間と空間にまたがる指導者なのです。彼らの紡績器官で紡がれているのは単なる絹糸ではなく、自然淘汰によって調整された一連の生存戦略、つまり最小限の資源を使って最大の利益を得ること、機能的ニーズを満たしながら生態系と調和して共存することである。これが人間工学が追求する究極の目標です。

人類はエイリアンの技術や反重力エンジンについて空想する必要はないかもしれない。地球上の生命が 38 億年かけて書き込んだコード ベースには、解読すべき技術的なコードが無数に含まれています。クモの糸の研究が明らかにしているように、偉大な革新はしばしば自然の謙虚な観察から始まります。

参考文献:

[1]https://scitechdaily.com/stronger-than-steel-tougher-than-kevlar-spider-silks-secret-finally-revealed/

[2]https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250307144702.htm

[3]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr3833

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Spider_silk

編集者: ヤン・ユーシン

企画：Liu Ying、Zhang Chao、Li Peiyuan、Yang Liu

評論家: 国立動物博物館科学技術部長 王伝奇