早晨，兰迪·刘易斯在实验室里巡视，时不时地拍死几只在夜里逃脱的苍蝇。然后，他俯身对着一个玻璃笼子，双手捧起里面的住客，举到眼前。你好，女士，他说，尽管眼前这位女士有八条毛茸茸的腿和八只眼睛，并且知道她刚度过了一个倒挂着吞食活苍蝇的夜晚，他依然充满爱意。
现在是怀俄明大学分子生物学系255室的“结网时间”。几分钟后，刘易斯手中的蜘蛛——哦，不对，是那只正爬到他手臂上的蜘蛛——将仰面躺在显微镜下，它的腿用胶带固定住，为科学而吐丝。对蜘蛛来说，这是20分钟的辛勤劳动，能吐出100码（约91米）的丝，然后就可以回到笼子里再吃一只苍蝇了。而对那些拿着镊子的研究人员来说，难的是抓住蜘蛛吐出的第一缕丝。之后就容易了：他们只需将丝缠绕在一个安装在四分之一英寸（约0.6厘米）电动钻头上的线轴上，然后一码一码地卷起丝来。
胆小的人们如今会绕开刘易斯实验室，门口那只一英尺（约30厘米）长的橡胶蜘蛛足以吓退他们。其他人则很快会面对真正的蜘蛛。几个玻璃缸里养着刘易斯储备的拳头大小的雌性金色旋织姬蛛（Nephila clavipes），也叫金织网蛛（这种蜘蛛的雄性不吐丝）。但在这些乱七八糟的烧杯和培养皿中间，这些蜘蛛却是明星，它们精通3.8亿年的蛋白质化学，能够轻松吐出令人惊叹的轻盈、坚韧、有弹性的纤维，因此备受推崇。
刘易斯和他的研究团队正在揭示这些纤维的分子奥秘，试图弄清楚是什么让它们如此坚固而有弹性。他们正在 painstaking 地寻找并破译使金色旋织姬蛛能够产生其丝状蛋白质纤维的基因，希望能有一天能够大规模生产甚至改进它们。毫无疑问，蜘蛛丝是自然界中最非凡的材料之一。刘易斯列举了一系列属性。他解释说，他研究的蜘蛛丝，按重量计算，比钢铁强五倍。这并不算罕见。一些合成纤维也是如此，比如尼龙和凯夫拉（Kevlar），后者被广泛用于防弹背心。但蜘蛛丝不像合成纤维那样，它还具有高度弹性。它可以拉伸到其原始长度的130%——比尼龙的拉伸性高两倍。它化学惰性强，在高温下也很稳定，并且防水。它也是低过敏性的。在很多方面，它几乎是人们对纤维的所有期望。
大自然赋予了包括蚕和蝴蝶在内的其他生物制造丝的能力，但没有一种像蜘蛛那样。刘易斯说，蜘蛛是自然界的丝专家。它们在数百万年来不断完善这项技术。我们对它们的丝了解得越多，就越欣赏它美妙的特性。
事实上，像金色旋织姬蛛这样的圆网蜘蛛会生产多种丝——每种丝由不同的腺体分泌，并从腹部下方的纺织器（布满喷丝孔的小结构）中挤出。一套腺体产生曳引丝，这是许多蜘蛛不断拖在身后的生命线，使它们能够从空中下降到安全地带。其他腺体则制造捕获丝，这是构成网大部分的粘性丝，能将挣扎的昆虫固定住，直到网的主人到来。还有一些腺体生产用于裹住猎物的坚韧纤维，或用于加固网的丝，或用于编织蚕丝的茧，这些茧非常善于捕捉空气，其绝缘性能可与鹅绒媲美。刘易斯实验室的十名研究人员之一迈克·欣曼（Mike Hinman）表示，一旦你意识到蜘蛛所产丝的巨大多样性，就很容易被这个话题所吸引。
到目前为止，大多数研究都集中在曳引丝上。这种纤维非常坚固，一根单独的丝需要将近50英里（约80公里）长才能被自身重量压断。然而，一根绕地球一周的曳引丝的重量仅为15盎司（约0.43千克）。
海军研究办公室和陆军研究办公室长期以来对这种纤维的前景很感兴趣。在过去的五年里，他们向刘易斯的が研究投入了50万美元。但当刘易斯看着他的纤维时，他看到的不仅仅是军用降落伞绳——如今各种各样的人都在关注255室里的蜘蛛们在做什么。《女装日报》（Women’s Wear Daily）最近打电话来询问可能存在的蜘蛛丝面料，无疑是在构想一个全新的、充满诱惑力的爬行动物高级定制系列。医疗设备巨头美国外科公司（U.S. Surgical）看到了更强韧、低过敏性缝合线、人造肌腱和植入式医疗设备的潜力，已经获得了刘易斯部分研究的期权。他的登山界朋友们——总是在寻找最新的轻质登山装备——也会不时地向他打听。
刘易斯的研究原料很少成为问题。在夏季，他和11岁的儿子布莱恩（Brian）有时会自己收集标本——从他们拉勒米（Laramie）郊外两层住宅的屋檐下收集的棕色圆网猫脸蜘蛛（Araneus gemmoides）。有时刘易斯会在当地报纸上刊登广告，以一美元的价格收购活体蜘蛛送往实验室。但大多数时候，他都是从建造着巨大的四英尺（约1.2米）网的金色旋织姬蛛身上提取丝。这些亚热带蜘蛛的大小使得它们更容易操作。每隔几周，就会有一批新的蜘蛛从佛罗里达礁岛群的采集者那里空运而来。
正如任何与蛛网搏斗过的人都可以证明的那样，蜘蛛能够产生惊人的丝产量。在自然界中，成年雌蛛每分钟可以吐出5到6英尺（约1.5到1.8米）的丝——在实验室里，当它们的丝被机械拉出时，每分钟可达20英尺（约6米）。一只普通的花园蜘蛛的网，由三种或四种类型的丝和多达1500个连接点组成，通常不到一个小时就能织成。在欧洲的一些地区，夏末时蜘蛛丝非常丰富，简直会从天而降——新孵化的蜘蛛通过气球式的漂浮，利用曳引丝组成的飘带作为降落伞随风飘荡，数量庞大，以至于丝线如雨般落下的时候被称为“轻纱季节”。刘易斯说，即使在这里怀俄明州，当你走出草原，到处都能看到丝线。在阳光下，你就能看到丝线闪闪发光。
利用蜘蛛丝的尝试并非新鲜事。在新几内亚，人们曾将蜘蛛丝捻成小巧的网和钓鱼线。太平洋岛屿瓦努阿图（Vanuatu，曾被称为新赫布里底群岛）的原始居民曾使用大型网蛛的丝来制作烟草和箭头的袋子，甚至制作锥形的窒息帽，用于勒死通奸者。然而，至今没有人能够生产出商业数量的蜘蛛丝。
与容易在封闭环境中饲养、就像集约化养牛一样的温顺昆虫蚕不同，蜘蛛是敏捷、独立的掠食者。在18世纪早期，一位名叫邦·德·圣-希莱尔（Bon de Saint-Hilaire）的法国人成功地清洁并梳理了足够的蜘蛛丝，织出了几双灰色长袜。他将这些袜子献给了法兰西学院，但实际的考虑因素让蜘蛛产品一直处于次要地位。除了难以饲养大量通常比较胆小的节肢动物之外，蜘蛛丝非常细，需要5000只蜘蛛一生不懈的努力才能生产出足够的布料制作一件裙子。
在20世纪60年代，美国陆军等机构对蜘蛛丝产生了兴趣，并开始研究其化学性质，最初的目标是制造用于防弹衣、降落伞和其他军事装备的超韧性合成纤维。得益于这些早期工作，材料科学家们意识到蜘蛛丝是一种非常特别的材料。每种蜘蛛丝都始于蜘蛛腹部的一个丝腺中分泌的一种可溶性蛋白质。但当蛋白质被挤出时，它会通过一个管道状的通道到达纺织器。这个狭窄的管道迫使所有蛋白质分子沿同一方向排列，将其转化为坚硬的、杆状的准晶体纤维。
然而，当刘易斯在五年前开始研究蜘蛛丝时，他认为大规模生产这些蛋白质的答案不是尝试用常规化学方法复制它们。他想制造真正的曳引丝，而不是合成品，这意味着要找到指挥蛋白质生产的实际蜘蛛基因。在这个过程中，刘易斯和他的团队发现了使丝既坚韧又柔韧的原因。事实上，最初让他们感到棘手的是其韧性。刘易斯说，我们现在明白了为什么蜘蛛丝在自然界中如此抗降解。通常用于将蛋白质切成小片段进行分析的酶根本不起作用。为了将它们打碎并溶于溶液，我们不得不把它们用酸煮沸。
1989年，刘易斯团队成功地从产生这种丝的腺体中提取了该基因。然后，他们破译了该基因DNA组成部分的序列，从而获得了组装蛋白质的代码。最后，计算机将这个代码翻译成实际构成蛋白质的氨基酸序列。经过这一切，研究人员发现，他们为之付出的努力得到的蛋白质——他们将其命名为蜘蛛蛋白1（spideroin 1）——甚至不是全部。他们发现，要制造曳引丝，还需要第二种蛋白质，蜘蛛蛋白2（spideroin 2），它作为第一种蛋白质的支架。
正是这两种相互作用的蛋白质的结构，帮助解释了丝独特的强韧与柔韧相结合的特性。他们发现，在挤出状态下，这些蛋白质不仅有坚硬的杆状区域，还有向后弯曲形成发夹状弯头的区域。当纤维被拉伸时，这些弯曲的区域会伸直。但当纤维被释放时，它们会弹回原来的形状——因此，纤维具有弹性。刘易斯说，在任意长度的丝中，这两个交替出现的区域的功能就像一条链子，链节交替由钢和橡胶构成。正是两者的结合赋予了蜘蛛丝独特的特性。
研究人员的下一步将是把这两种蛋白质的基因工程化到一种合适的生物体中，并将其变成一个蜘蛛丝工厂。刘易斯解释说，既然我们现在知道了编码蜘蛛蛋白1和2的DNA，我们应该能够找到一种简单的生命形式，比如实验室里的细菌或酵母，给它们基因，并说服它们生产大量的丝。
事实上，一家初创的圣地亚哥生物技术公司Protein Polymer Technologies，已经在做类似的事情，尽管不是用蜘蛛蛋白。他们正在利用基因改造的细菌生产大量一种叫做ProNectin的丝状蛋白，这种蛋白的灵感来自蚕生产的一种蛋白。它被用作植入式心脏瓣膜和静脉移植物的涂层，并有助于促进细胞附着。该公司即将推出其另一项蛋白质产品BetaSilk，作为一种饰面，使纺织品更柔软、更透气。该公司以天然丝的其他特性为模型，正在开发一系列具有“丝绸般触感”的设计师蛋白。
然而，到目前为止，刘易斯在将他的蜘蛛丝基因插入常见细菌方面只取得了有限的成功。他说，不幸的是，他那些低等的生物似乎识别出蜘蛛DNA是完全外来的，并将其清除。他现在正考虑将基因插入酵母，他认为酵母会更具耐受性。与此同时，美国领先的化工和纤维公司之一孟山都（Monsanto）的研究人员也正试图从据称是美国陆军研究人员分离并克隆的基因中大规模生产一种蜘蛛丝蛋白。
孟山都生物产品化学研究经理斯蒂芬·布鲁尔（Stephen Brewer）说，技术挑战是巨大的，但我们对蜘蛛丝了解得越多，它就越有趣。这是一种令人难以置信的美丽产品，我们对其在自然界中的惊人生产方式深感钦佩。
刘易斯表示，生物技术蜘蛛丝实现商业规模可能还需要五年或更长时间。他猜测，最初，它可能只用于价格不那么重要的产品——用于烧伤患者的皮肤覆盖物、人造肌腱和韧带、植入物涂层，或许还有一些克里斯汀·迪奥（Christian Lacroix）或 Azzedine Alaïa 设计的价值10,000美元的闪闪发光的服装。
刘易斯推测，在生产大量天然丝方面，用桑叶喂养一群蚕可能永远更有效率、更经济。当然，蚕目前还不能生产出像蜘蛛丝那样强韧或有弹性的纤维。但刘易斯喜欢想象有一天它们会做到。他说，有一天，可能可以将蜘蛛丝基因插入一种感染蚕的病毒中。这种病毒会将基因携带入它们的丝腺，重新编程它们的细胞——这样你就能生产出吐出优越的、类似蜘蛛丝的蚕。或者，他沉思道，蜘蛛丝基因甚至可能被剪接到棉花植物的细胞中，使得这种自然界最强韧、最有弹性的纤维可以按包（bale）来种植。
