工業用クモ糸はどこにあるのか？（第1部）

これは機械翻訳された記事です。原文は英語です。

最終更新日：2026年11月2日 · 読了時間68分

全2回の第1回 · 次へ：工業用クモ糸はどこにあるのか？（第2部）

夢の繊維

クモが巣の中心にぶら下がっている。懐中電灯をうまく当てると、糸は光ファイバーケーブルのように光をとらえる。ある意味、実際にそうなのだ。一本一本は人間の髪の毛より細いのに、全速力で飛んでくるハチを切れることなく受け止められる。巣はしなって衝撃を吸収し、ハチを弾き返すことなくその場に捕らえる。クモは振動を感じ取り、獲物を回収しにやって来る。

このささやかな物理学の実演に、材料科学者たちは30年にわたって取り憑かれてきた。

その執着には合理的な理由がある。クモの牽引糸の引張強度はおよそ1.0〜1.5GPaで、高強度鋼に匹敵する。しかも密度は鋼のおよそ6分の1しかない。つまりクモ糸は、同じ重さの鋼の5倍強いということになる。防弾ベストに使われるケブラーよりもタフで、切れるまでにより多くのエネルギーを吸収する。切れるまでに長さのおよそ4分の1から2分の1も伸びることができ、吸収したエネルギーの大半を、跳ね返すのではなく熱に変える。

クモはこれを自分の腹部の中で、室温で、消化した虫と水から作り出す。工場も石油も、熱い濃酸を満たした大桶も使わない。

過去30年間、政府、投資家、融資機関は、これを模倣しようとする企業に数億ドル、ある集計によれば10億ドル以上を注ぎ込んできた。それでも、これを工業用繊維にできた企業はまだ一社もない。

見つからない聖杯

1990年、ワイオミング大学のランディ・ルイスが、クモの牽引糸の遺伝子配列を発表した。その10年後の2000年1月、モントリオールの企業ネクシア・バイオテクノロジーズ（Nexia Biotechnologies）が、乳汁中にクモ糸タンパク質を分泌するよう遺伝子操作された「バイオスチール」ヤギを発表した。メディアは熱狂し、しなやかな防弾ベストや「鋼鉄のミルク」といった話題でもちきりになった。

防衛機関が関心を示し、投資家たちは小切手を切り始めた。それから四半世紀以上が経った。

クモ糸の防弾ベストは、いまだに買えない。クモ糸のロープも、クモ糸のパラシュートコードも、クモ糸の手術用縫合糸も、量産品としては買えない。組み換えクモ糸タンパク質やクモ糸に似たタンパク質を使った製品、たとえば限定版のネクタイ、高級パーカー、デザイナーズシャツ、時計のストラップ、スキンクリームを売る企業はいくつかあるが、いずれも少量かつ高価格で、従来の繊維と混紡されていることも多い。クモ糸が取って代わるはずだった繊維のように、数千トン単位でクモ糸を売っている者は誰もいない。

謎なのは、私たちがクモ糸がなぜあれほど優れているのかを、驚くほど詳細に理解しているという点である。遺伝子を解読し、分子構造をマッピングし、その構造を分析した査読付き論文を何千本も発表してきた。細菌、酵母、ヤギ、カイコ、さらには遺伝子組み換えアルファルファでも、このタンパク質の生産に成功している。

それなのに、30年の努力と数億ドルの投資、そして膨大な高度バイオテクノロジーをもってしても、クモ糸は工業用繊維ではなく、ニッチな特殊素材にとどまっている。

これほど徹底的に理解されたものが、いまだにクモの外では工業規模で作れないのである。

なぜ誰もがこれほど欲しがったのか

この執着を理解するには、クモ糸がまるで埋めるために設計されたかのように見えた、材料の世界の「空白」を理解する必要がある。

現代文明は、驚くほど少数の高性能材料に支えられている。軽くて硬いものが必要なら炭素繊維を使う。自転車や航空機には最適だが、もろい。衝撃を吸収しても壊れないものが必要ならケブラーを使う。防弾ベストで命を救っているが、日光で劣化し、高温に保たれると徐々に強度を失う。重量当たりで非常に強いものが必要なら超高分子量ポリエチレンを使う。ロープや耐切創手袋には優れているが、一定の荷重がかかり続けるとクリープ（じわじわと変形）し、約150℃で溶ける。

どんな材料も、特性のトレードオフを抱えている。高い強度にはたいていもろさが、靭性には重さが、柔軟さには弱さがついてまわる。クモ糸は、このルールを破っているように見えた。

牽引糸は、強度と靭性の曲線上で、人工繊維がなかなか到達できずにきた珍しい位置にある。

クモが命綱や巣の縦糸（放射状の糸）に使うこの糸の一本は、高強度鋼に匹敵する強度（重量当たりでは数倍）と、ケブラーを上回る靭性を同時に併せ持つ。

この特性の組み合わせが、まったく異なる業界のあいだに、まれに見る意見の一致を生んだ。国防総省は、より多くの弾丸のエネルギーを吸収できる、より軽い防弾ベストを求めていた。繊維メーカーは、石油を必要としない生分解性の高機能生地を求めていた。医療機器メーカーは、体が拒絶反応を起こさない生体適合性の縫合糸を求めていた。

航空宇宙エンジニアは、超軽量のテザーや複合材料を求めていた。そのどれもが、クモ糸を欲しがった。

この素材は、21世紀のためにあつらえたかのように見えた。私たちが合成できるものより強く、持続可能な方法で生産され、生体組織とも適合する。科学者たちがソフトウェアのコードのように遺伝子を編集する術を学び始めたばかりの、バイオテクノロジー革命の好況期に、クモ糸は、自然がすでに私たちの最も難しい材料問題を解いていたことの証拠のように見えた。あとはレシピを写すだけでよかった。

その論理は魅惑的だった。進化は4億年近くにわたって糸を磨き上げてきた。私たちはその設計図を借りればいいだけだ、と。

「完璧な素材」ではなかった

熱狂の出発点は、よく耳にする「鋼より強い」というフレーズにある。技術的には正しいが、誤解を招く言い方だ。

クモ糸が鋼より強いのは重量当たりで比べた場合、つまりエンジニアが「比強度」と呼ぶものにおいてである。これは1グラム単位の重さが問題になる航空機や宇宙船を作るのであれば極めて重要だ。だが、絶対的な強度と剛性が求められる橋や建物を作るのであれば、はるかに重要性は低い。

材料科学者は性能を3つの主要な軸で考える。強度（太さに対して、破断するまでにどれだけの荷重に耐えるか）、剛性（引き伸ばしや曲げにどれだけ抵抗するか）、そして靭性（壊れるまでにどれだけのエネルギーを吸収できるか）である。これは三つ巴のトレードオフとして思い描くことができる。炭素繊維は高強度・高剛性の領域を占めるが、衝撃を受けると砕け散る。ケブラーは高靭性の領域を支配するが、それほど硬くはない。ゴムは弾性があるが弱い。

クモ糸は十分な強度と並外れた靭性を兼ね備えている。切れることなく大量のエネルギーを吸収するので、飛んでくる昆虫を止めたり、理論上は衝撃力を分散させたりするのに理想的である。

しかし、剛性では炭素繊維はおろか高強度鋼にも遠く及ばない。航空宇宙用のフレーム、自動車部品、建設資材など、剛直な構造を必要とする用途では、クモ糸は太刀打ちできない。荷重がかかっても形を保つものが必要な場面で、クモ糸はしなり、変形してしまうだろう。

さらに、熱的・化学的安定性の問題もある。ケブラーは溶けない。約425℃を超えると分解するだけだが、長期使用の定格温度は約150〜180℃である。炭素繊維は酸素がない環境ならさらに高温に耐える。クモ糸はタンパク質である。乾燥した牽引糸は氷点下をはるかに下回る温度から少なくとも150℃まで強度を保つが、水に触れると縮んで軟らかくなり、過酷な環境ではアラミド繊維と比べて依然として大きなハンディキャップとなる。長時間紫外線にさらせば劣化する。特定の溶剤に触れれば溶けてしまう。

初期の宣伝はこうしたことに一切触れなかった。「奇跡の素材」という物語は、あらゆる面での優位性、つまりクモ糸は合成の代替品よりも全面的に優れているということをほのめかしていた。製法さえ確立すれば、あらゆる高性能用途が自然とクモ糸に切り替わるかのように示唆していたのだ。

これは単純化であり、より深いものを指し示している。バイオミミクリー（生物模倣）の誘惑である。

材料科学には、自然はすでに私たちの最も難しい問題を解決している、何億年もの研究開発を経た進化は私たちには想像もつかないような最適解を生み出している、という、ほとんどロマンチックな信念がある。それが正しいこともある。面ファスナー（ベルクロ）はひっつき虫から生まれた。サメの皮膚に着想を得た表面は抵抗を減らす。ヤモリの足は新しい接着剤のヒントになった。

しかしクモ糸は、教訓的な物語となった。「自然を模倣する」ことが巧みな工学ではなく罠になってしまった例である。進化が最適化したのは、まったく別のものだった。単独で生きる捕食者が、自分の体から生産でき、傷んだら再利用でき、外部のエネルギーや道具なしに展開できる構造物を使って、飛ぶ昆虫を捕まえることである。

進化が最適化しなかったもの――工場、利益率、工業的な処理能力、品質管理、規制当局の承認、キログラム当たりのコスト。

クモは、自分の糸の生産が工業的基準で「非効率」であることも、その工程がごく小さなスケールでしか機能しないことも、一本一本の糸にナノスケールの精度が必要なことも気にしない。

クモには締め切りもなく、賃金も払わず、失敗作は食べてリサイクルする。工場には、そのどれひとつとして許されない。

断ち切れないサイクル

それでも5〜7年ごとに、同じ見出しが戻ってくる。「科学者が超強力なクモ糸を作製」。プレスリリースには決まった型がある。ある研究チームが、タンパク質生産におけるブレークスルー、繊維特性のわずかな改善、あるいはクモの出糸突起に着想を得た新しい紡糸技術を発表する。記者たちはそれを「ゲームチェンジャー」と呼ぶ。

防衛専門誌は興奮気味の特集を組み、ベンチャーキャピタルは売り込みの面談を設定する。そして、何も変わらない。

数百万ドルを調達した企業は「隣接市場」へと方向転換する。それはたいてい、防弾チョッキではなく化粧品や創傷ケアを意味する。研究者たちは成果を発表し、「工業的なスケールアップは依然として困難である」と記し、研究室に戻っていく。

このサイクルは何度も繰り返され、いまや科学ジャーナリズムの一ジャンルとなっている。いつまでも「あと5年」の奇跡の素材というジャンルである。

これが繰り返される理由の一部は、構造的なものだ。

クモの巣は視覚的に見事だ。撮影すれば勝手に絵になる。クモ対ハチの映像は、科学ドキュメンタリーにとってこの上なく魅力的な素材だ。「鋼より強く、羽より軽い」というフレーズは宣伝文句として極上である。そこに「バイオミミクリー」という言葉を加えれば、技術者、環境保護主義者、未来学者のすべてに同時に訴える物語ができあがる。

クモ糸は、ディープテック投資家が求める要素をすべて備えていた。革新的なバイオマテリアル、防衛・医療・繊維にまたがる巨大な獲得可能最大市場規模、持続可能な生産、そして商業化への明確な道筋である。

数年ごとに、どこかのチームが実際に何か新しいことを成し遂げる。酵母でタンパク質をより高い収率で発現させたり、溶液中でタンパク質が凝集するのを防いだり、クモの自然な工程にもう少し近づいた人工紡糸口金を設計したりするのだ。

これらは本物の進歩であり、この分野を前進させている。繊維強度が10%向上したことを示す実験室での実証は、正当な科学的進歩だ。ところが、その同じ結果が「次世代防弾ベスト」についてのプレスリリースに仕立てられ、サイクルが再び始まる。

問題は、科学を前進させることと製造を前進させることは同じではない、という点にある。科学的進歩は論文数と被引用数で測られる。工業的進歩は年間トン数とキログラム当たりのドルで測られる。大学の研究室での概念実証と、大規模に出荷される収益性のある製品とのあいだの溝こそが、30年にわたってクモ糸が繰り返し息絶えてきた場所なのである。

埋まらない溝

遺伝子組み換え生物を使って、クモ糸タンパク質を工業的な量で生産する方法は、すでにわかっている。企業はこれを実証している。タンパク質は存在する。限られた量なら、専門のサプライヤーから購入することもできる。

わかっていないのは、そのタンパク質を、クモ糸を特別なものにしている特性を保ったまま繊維に変える方法である――しかも商業的に採算の合うコストで、工業生産が求めるスピードで、規制のある市場が要求する均一性をもって。

高価なタンパク質溶液の入った大桶と、使える繊維を巻いたスプールとのあいだのその溝が、数億ドルの資金と数千人年分の研究を飲み込んできた。

クモはそれを自分の腹部の中で、ほんの一瞬でやってのける。そしてある意味では、私たちはその方法を知っている。

私たちはその工程を驚くほど詳細に記述できる。クモの絹糸腺は化学的にも機械的にも驚異的な器官である。pHを調整し、イオン勾配を管理し、精密なせん断力を加え、分子の自己組織化を引き起こす。それらすべてを同時に、クモの腹部に収まるほど小さな腺と導管の中で行うのだ。私たちはその大部分を分子レベルの解像度でマッピングしてきた。

私たちにできないのは、その工程を工場で再現することだ。それも、原料樹脂がキログラム当たり約2ドルで、年間数百万トン単位で生産されているナイロンと競争できるだけのスピードと量で。

クモの出糸突起がうまく機能するのは、それが小さいからであり、ごく少量しか扱わないからであり、精密な生化学的制御をもたらす生体システムに組み込まれているからである。それを大きく、速く、工業設備に対応できるようにスケールアップすると、物理が破綻する。流体力学が変わってしまう。クモのスケールでタンパク質を穏やかに整列させる流れの条件、つまり化学的なトリガーとタイミングを合わせた、せん断と引き伸ばしの精密な組み合わせは、工場のスピードで再現するのが極めて難しいことがわかっている。顕微鏡サイズの導管ではうまく機能するイオン勾配も、パイプの中で維持するのははるかに難しくなる。

メカニズムについての私たちの理解は、工学には結びついていない。クモの解決策は、クモであることには適しているが、工場であることにはひどく不向きなのだ。

クモ糸産業は30年をこの問題に費やしてきた。素材は並外れている。しかし液体のタンパク質を固体の繊維に変える製造工程には、私たちの最高の工業設備でも経済的に成り立つスピードでは実現できないレベルの、ナノスケールの制御が必要なのだ。

これまでのところ、クモ並みの品質の繊維をクモ並みのスピードで、1日に数グラム、キログラム当たり数千ドルのコストで作るか、あるいは工業規模のスピードで1日に数トン、ただしそもそもクモ糸を特別なものにしていた特性を失った繊維を作るか、どちらかしかない。強度も靭性も落ち、結局できあがるのは、ケブラーどころか普通のナイロンにも太刀打ちできない、高価で凡庸な合成繊維である。

品質と規模はトレードオフの関係にあり続け、それを回避できる工程はまだ誰も示していない。

なぜこれがクモ糸だけの問題ではないのか

科学は正しかった。クモ糸は機能するし、クモは地球上のほぼすべての陸上生態系で、絶えず確実にそれを作り続けている。

これは、科学的な成果と商業的な実現可能性とのあいだ――研究室で可能なことと市場で可能なことのあいだ――の溝についての物語である。なぜ「自然を模倣する」ことが、エンジニアにとって魅惑的でありながらしばしば誤った戦略なのかについての物語である。そして、ベンチャーキャピタルの時間軸と、材料開発のサイクル（米国のマテリアル・ゲノム・イニシアティブによれば発見から市場投入まで10〜20年）とのあいだの構造的なミスマッチについての物語でもある。

何よりもこれは、5つの難問を同時に解くことの、複合的な難しさについての物語である。タンパク質を安く生産すること、その構造を維持すること、それを工業的なスピードで繊維に紡ぐこと、バッチ間の均一性を確保すること、そしてこれらすべてを、半世紀以上にわたって製造の最適化が進められてきた材料と競争できるコストで行うこと。

自然の再現に過度に集中したことで、業界は本来の目標――人々が買いたいと思う高性能繊維を作ること――から目をそらしてしまった。買い手がその繊維を評価する基準は性能とコストであり、クモの遺伝子に由来するのか、まったくの合成によるアプローチに由来するのかではなかったはずだ。

生き残った企業はこの教訓を学んだ。彼らはクモの工程を完璧に再現しようとする純粋なバイオミミクリーのアプローチを捨て、バイオインスピレーション、つまり原理を借りつつまったく異なる製造方法を使うアプローチへと転換した。中には大量生産の繊維から完全に手を引き、外科用インプラントに使われる数グラムの素材が数千ドルで売れるような、利益率の高い医療用途に集中する企業もある。そこでは生産コストは問題にならない。

クモのタンパク質から離れ、糸の分子構造、すなわちブロック構造や結晶領域と非晶領域のバランスを借りた新しいタンパク質を設計している企業もある（学術研究室では合成ポリマーも設計されている）。こうした素材が「本物の」クモ糸になることは決してないが、市場にたどり着く可能性はある。

クモはいまも巣にぶら下がり、私たちが称賛はできても大規模には再現できない素材で獲物を包んでいる。30年の歳月、数億ドルの投資、数千本の研究論文を経て明らかになったのは、自然界で最も洗練された解決策が、産業にとっては粗末な手本になりうるということだ。

業界が求めていたのは、トン単位で、安く、毎回まったく同じ品質で作れる繊維だった。クモの生物学には、そのために作られた部分はひとつもない。

どれかひとつの技術的課題よりも、このミスマッチこそが、30年の取り組みが工業用繊維を生み出せなかった理由を説明している。

自然の傑作――クモ糸は何がそれほど特別なのか

クモ糸を一本取り出して電子顕微鏡で見ても、特に目を引くものには見えないだろう。直径約5マイクロメートルの、滑らかで均一な円柱だ。しかし分子レベルまで拡大すると、精密に秩序立った構造が見えてくる。

そこに見えているのは、工業化学者がいまだに完全には再現できない問題に対する自然の解答である。タンパク質と水だけを使い、室温で、ほんの一瞬のうちに、強くてタフで弾力のある素材をどうやって作るか、という問題だ。

その答えは、タンパク質を構成する部品が、単一の分子から完成した糸に至るまで、どのように配置されているかにある。

分子設計図

基本から始めよう。クモ糸はタンパク質、より正確にはスピドロインと呼ばれるタンパク質ファミリーである。高校の生物で習ったことがあれば、タンパク質とはアミノ酸の長い鎖が特定の形に折りたたまれたもので、酸素を運んだり血糖値を調節したりといった仕事をする、と覚えているかもしれない。

クモ糸タンパク質は、それとは違うことをする。構造を作るのだ。

腱のコラーゲンや髪のケラチンといったほかの構造タンパク質も、やはり繰り返しの鎖でできており、その強さは鎖どうしがねじれ合い、架橋する仕組みから生まれる。

スピドロインは別の道をとる。モジュール式で、まるでレゴブロックのように、根本的に異なる機能を担う明確な区画から成っている。交互に並ぶセグメントでできた長い鎖を思い浮かべてほしい。ある区画はアミノ酸のアラニンに富み、自然に密な結晶性のシートを形成しようとする配列で並んでいる。別の区画はグリシンに富み、柔軟性を保つゆるい非晶性の領域を作る。

アラニンに富むブロックは、化学者がβシートと呼ぶ構造に折りたたまれる。平らな層状の構造で、タンパク質の鎖が紙の束のように積み重なり、水素結合で結びついている。これらの結晶領域は強く、硬い。繊維の骨格となり、引張強度をもたらす。

グリシンに富むブロックはその逆だ。ゆるく無秩序なままで、伸びたり変形したりできる非晶領域を形成する。これらは繊維の衝撃吸収装置であり、弾性とエネルギー吸収をもたらす。

どちらの構造も、単独ではそれほど特別なものではない。結晶性のタンパク質は強いがもろく、応力がかかるとポキッと折れる。非晶性のタンパク質は柔軟だが弱く、永久に変形してしまう。しかし、同じ分子鎖に沿って、正確な比率で、正確な間隔で組み合わせると、強く、しかも伸びる素材ができる。

結晶性のブロックが荷重を担い、非晶性のブロックが繊維を伸ばしてエネルギーを吸収させるのだ。

それを可能にする階層構造

組織化は分子レベルで終わらない。クモ糸は階層的に作られている。構造がより大きな構造の中に入れ子になり、各階層が新たな能力を付け加えていく。

ナノメートルのスケールでは、個々のスピドロイン分子が互いに平行に並び、その結晶領域が、より柔らかい非晶性のマトリックスに埋め込まれた小さく硬いドメインを形成する。コンクリートの中の鉄筋のようなものだと考えればよい。ただし鉄筋とコンクリートが同じ分子でできていて、折りたたまれ方が違うだけなのである。

こうして整列した分子が束になり、ナノフィブリル――直径わずか数十ナノメートルのタンパク質のケーブル――を形成する。ナノフィブリルはより合わさってフィブリルになる。フィブリルが整列して最終的な繊維になる。

どの階層でも、配向が決定的に重要である。分子がランダムにごちゃごちゃに並んでいると、繊維は強度の大半を失う。結晶領域が荷重を分担できず、構造全体が応力のもとで崩壊してしまうのだ。クモは、液体のタンパク質が紡糸管を流れる様子を制御し、せん断力と化学的トリガーを使って分子が固まる前に所定の位置へ導くことで、高度な配向を実現している。

ここで人間の製造技術は最初の大きな壁にぶつかる。タンパク質は作れる。正しく折りたたませることさえできる。私たちに確実に、高速で、大規模にはできないのは、液体から固体へ移行する際に、何百万ものタンパク質分子を完璧に整列させることだ。

クモはこれを、数千分の1ミリメートルにまで細くなる導管の中で、ほんの一瞬のうちに、室温でやってのける。

完璧にではない。天然の糸は一本ごとにかなりばらつきがある。それでも、自分の命を預けるには十分なほどうまくやっている。私たちは30年間、それに追いつこうとしてきた。

糸の種類によって仕事が違う理由

1匹のクモは最大7種類の糸を作り、それぞれが特定の機能に適している。庭にいるコガネグモの仲間は、小さな素材工場を運営しているのである。

巣の構造的な骨組み、つまり粘着性のない縦糸（放射状の糸）と外側の支持糸は、大瓶状腺糸、別名「牽引糸」でできている。誰もが研究しているのはこの糸であり、「奇跡の繊維」と呼ばれるものだ。強く、タフで、比較的硬い。クモは物の表面から降りるときにこれを命綱として使い、たった一本の糸に命を預けている。

実際に昆虫を捕らえる粘着性の捕獲螺旋（横糸）は、別の腺から作られる粘着糸である。強度は牽引糸の約半分、剛性は数千分の1で輪ゴムほどの柔らかさしかないが、長さの数倍まで伸びることができ、粘着性の糖タンパク質の液滴で覆われている。その役割は昆虫をつなぎ止めることではなく、クモがやって来るまでのあいだ捕らえておくことだ。

卵嚢は管状腺糸で包まれる。これはタフでありながら柔軟で、卵を押しつぶさずに守るよう最適化されている。獲物を包むときには葡萄状腺糸を使う。これは大量に作られ、糸どうしが簡単にくっつく。

糸ごとにタンパク質の組成も、結晶領域と非晶領域の比率も、力学的特性も異なる。クモは1種類のスーパー素材を作る代わりに、それぞれの仕事に合った特殊素材の道具一式を作っているのである。

業界が牽引糸に焦点を絞ったのには単純な理由がある。強度、靭性、伸びを兼ね備え、総合的な特性が最も優れているからだ。防弾ベスト、高機能繊維、航空宇宙部品に求められるものに最も近い天然の素材なのだ。

しかし、牽引糸へのこの集中は、産業界の偏りも浮き彫りにしている。私たちは何でもこなせるただ一つの素材、ケブラー、ナイロン、炭素繊維の万能の代替品を求めた。

自然は、専門の仕事のための専門の素材を、必要なときに、ごく少量だけ作る。

「靭性」とは何を意味するのか

「強い」という言葉はあまりにも無造作に使われがちなので、クモ糸の何が並外れているのかを具体的に確認しておくとよい。

材料科学には、重要だが互いに異なる3つの特性がある。

強度とは、材料が破断するまでに耐えられる力の大きさである。鋼のケーブルを切れるまで引っ張る。破断したときの力をケーブルの断面積で割ったものが引張強度だ。

剛性とは、材料が変形にどれだけ抵抗するかである。木の板とフォームクッションを押し比べてみよう。木の板のほうがほとんど曲がらないので、剛性が高い。

靭性（タフネス）とは、材料が壊れるまでにどれだけのエネルギーを吸収できるかである。防弾ベスト、衝突保護、そして飛んでくる昆虫を捕まえることにとって重要なのはこの特性だ。応力－ひずみ曲線の下の面積で測られる。要するに、何かを壊すのにどれだけの仕事が必要か、ということである。

この3つのうち、クモ糸が際立っているのは靭性である。

絶対値で見れば、ケブラーの引張強度はクモ糸より高い。クモ糸の1.0〜1.5GPaに対して、約3.0〜3.6GPaある。鋼のほうが剛性は高い。しかし、エネルギーを吸収する能力ではどちらもクモ糸にかなわない。ケブラーの靭性は1立方メートル当たり30〜50メガジュールである。最もタフなクモ糸、ダーウィンズ・バーク・スパイダーの糸は350〜520MJ/m³に達することがあり、ケブラーの10倍以上タフだ。

ケブラーに力が加わると、生地は衝撃を織り目全体に分散させることでそれを止める。しかしケブラー繊維そのものは破断によって壊れる。繊維は、引張過負荷と繊維の引き抜けの組み合わせによって切れるのだ。いったん破断すれば防弾ベストは損なわれ、着用者はそれでもかなりの鈍的外傷を受ける。

クモ糸は、中程度の衝突速度では、理論上は違うふるまいをするはずだ。強度と高い伸び（切れるまでに長さの4分の1以上伸びることができる）を兼ね備えているため、砕けるのではなく変形することで衝撃エネルギーを吸収する。結晶領域が強度をもたらし、完全な破壊を防ぐ。非晶領域はほどけ、分子のばねのように伸びてエネルギーを散逸させる。

分子レベルでは、これは「犠牲結合」と呼ばれるメカニズムによって起こる。タンパク質構造をつなぎとめている水素結合は、一つひとつは比較的弱く、応力がかかれば切れる。しかしそれは何百万も存在し、一度にすべてが切れるわけではない。順々に切れていき、そのたびにごくわずかなエネルギーを吸収する。タンパク質の鎖は制御された形でほどけていく。風船が破裂するのではなく、慎重に展開するエアバッグのように。

だから1本の糸が、切れることなくハチを止められる。糸は伸び、ハチの運動エネルギーをより長い時間と距離をかけて吸収し、そのエネルギーを構造の破壊ではなく分子の変形に変換する。巣はしなり、糸は持ちこたえる。

吸収されたエネルギーの大半、約3分の2は蓄えられるのではなく熱に変わるので、巣が昆虫を投石機のように弾き返すことはない。軽く負荷がかかった糸はほぼ元に戻り、ひどく伸びすぎた糸はクモが張り替える。

ケブラーのしくみは違う。破断するまでにわずか数パーセントしか伸びないので、単位体積当たりに吸収できるエネルギーははるかに少なく、壊れた繊維は壊れたままである。

高い強度、高い伸び、そしてエネルギーを熱として逃がす能力。この組み合わせが、クモ糸に性能領域の中で独自の位置を与えている。天然か合成かを問わず、その靭性に迫る素材はほとんどない。

もちろん問題は、素材を製造できなければ靭性は売れないということだ。そして、クモが実現している品質、つまりあの結晶・非晶構造、あの配向、構造と柔軟性のあの精密な比率を備えたまま製造することは、いまだに解決されていない課題なのである。

私たちは何がそれを機能させているのかを知っている。顕微鏡で見ることも、X線回折で測定することも、計算化学でモデル化することもできる。

クモ糸がなぜ機能するのかを説明する論文は何千本もある。それでも私たちは、いまだにそれを工業規模で作れない。

進化は何億年もかけてクモの製造能力を完成させてきた。私たちはあらゆるバイオテクノロジーと材料科学を駆使しても、いまだにそれに及ばない。

クモ糸を特別なものにしているものを知ることと、それを自分で作る方法を知ることは、まったく別物だとわかった。とりわけ、自然選択ではなく投資家と顧客に対して責任を負う工場で、利益を出しながら大規模にそれを行わなければならないとなれば。

その溝を埋めようとする最初の本格的な試みは、ひとつの遺伝子とヤギの群れから始まった。

第一の波――大胆な約束と失敗した近道（1990年代〜2000年代）

1990年、ワイオミング大学の分子生物学者ランディ・ルイスは、当時としてはSF映画の脚本の1ページ目のように思えたものを発表した。クモの牽引糸タンパク質の遺伝子配列である。それから10年もたたないうちに、カナダのある企業が、彼のものと同様の遺伝子を使って、ヤギにクモ糸を作らせようと試みることになる。

クモ糸を紡がせるのではない――それはもっと後、もしかしたら実現するかもしれない話だった。まずは原料、つまりクモが腹部で作り、繊維に変える前の液体タンパク質だ。その論理は非の打ちどころがなかった。クモは共食いをするので、飼育して養殖することができない。一方ヤギはおとなしく、生産性が高く、数千年にわたる家畜育種によって、乳の中に大量のタンパク質を作り出すようすでに最適化されている。

クモ糸の遺伝子をヤギのゲノムに組み込み、乳腺で働くように狙いを定め、あとは自然が既に備えている酪農の仕組みに任せればよいだけだった。

ヤギが実際にクモ糸タンパク質を含む乳を出したとき、ニュースは爆発的に広まった。ある生物種の遺伝暗号を書き換えて、別の種の能力を与える。バイオテクノロジーが、その最も大胆な約束を果たしたのである。

メディアの扱いは、予想どおり熱狂的だった。「ネクシアの遺伝子組み換え『スパイダーゴート』、鋼鉄のミルクを生産へ」と、カナダのグローブ・アンド・メール紙は2000年1月に報じた。防衛関連企業から電話がかかってきた。繊維メーカーが問い合わせを送ってきた。

ベンチャーキャピタリストたちは計算を始めた。1頭のヤギが1日にXリットルの乳を出し、その乳にYパーセントの糸タンパク質が含まれているなら、Z頭の群れで生産できるのは……。紙の上では、その数字は信じられないほどだった。

難しいのは遺伝子のはずだった

1990年代初頭の楽観を理解するには、当時のバイオテクノロジーがどんな状況にあったかを理解する必要がある。ヒトゲノム計画が進行中だった。遺伝子工学は理論上の可能性から実用的な道具へと移行しつつあった。研究者たちはヒトインスリンを細菌で発現させることに成功し、それまでウシやブタの膵臓から採取する必要があった救命薬の、再生可能な供給源を生み出していた。

そのパラダイムは単純で魅惑的だった。DNAは取扱説明書であり、読めればコピーでき、新しい生物に貼り付けて「実行」ボタンを押せばいい。

クモ糸は理想的なテストケースに思えた。糸の遺伝子はよく解析されていた。前章で説明したモジュール式のタンパク質構造をコードする、長い繰り返し配列である。それらの遺伝子を細菌、酵母、哺乳類に導入するのは確立された技術だった。生物は生きた工場となり、通常の代謝だけを使ってクモ糸タンパク質を次々と生み出すはずだった。

これが、数多くの研究プログラムとスタートアップを立ち上げさせた約束だった。

前提にあったのは、難しいのは遺伝子工学の部分であり、あとはすべて工業的なスケールアップにすぎない、という考えだった。その想定は、大きく間違っていたことが判明する。

糸工場の動物園

ヤギは始まりにすぎなかった。その後15年にわたり、研究者たちはバイオテクノロジーの道具箱を総動員してクモ糸の生産に挑み、奇妙な生物の「動物園」を遺伝子操作で作り上げていった。

遺伝子組み換えヤギは、ネクシア・バイオテクノロジーズが開発し、のちにユタ州立大学のランディ・ルイスが引き継いだもので、旗艦的な取り組みだった。利点は明らかだった。大型の動物が毎日何リットルものタンパク質に富む液体を生産し、その回収と処理には既存の酪農インフラが使える。クモ糸タンパク質は乳の中に溶けているので、それを抽出し、精製し、繊維に紡げばよい。

問題も同じくらい明らかだったが、それを十分に認識するには何年もかかった。第一に、乳は何百種類ものタンパク質、脂肪、糖を含む複雑な生物学的スープである。特定の1種類のタンパク質を分離するには、高価なクロマトグラフィーとろ過が必要だった。第二に、ヤギの飼育にはお金がかかる。土地、飼料、獣医によるケアが必要で、新しい遺伝子組み換えの雌ヤギを繁殖させて乳を出させるまでに何か月もかかる。第三に、ヤギごとに、遺伝、食餌、泌乳サイクルによって糸タンパク質の濃度がわずかに異なった。産業界にとっての聖杯である均一性の確保は、ほぼ不可能だった。

そして第四に、おそらく最も致命的だったのは、商業的に意味のある量を生産するには何百頭、いずれは何千頭ものヤギの群れが必要だったことだ。スパイダーゴートのロマンは、工業的な酪農経営の現実的な段取りに直面すると、たちまち消え去った。

細菌はもっと実用的だったが、独自の呪いがついて回った。大腸菌（E. coli）は1970年代からバイオテクノロジーの主力であり、安価で、増殖が速く、遺伝子操作も容易だ。細菌にクモ糸タンパク質を作らせること自体は簡単だった。だが、使えるクモ糸タンパク質を作らせるのは簡単ではなかった。

問題は封入体だった。細菌が外来タンパク質を大量に、とりわけスピドロインのような大きく複雑なタンパク質を作ろうとすると、しばしば処理が追いつかなくなる。タンパク質は誤って折りたたまれ、細胞内で密集した不溶性の塊に凝集してしまう。この封入体は厄介者だ。タンパク質が間違った形をしているため、紡糸する前に溶かして折りたたみ直さなければならない。

研究者たちは細胞を破砕し、強力な化学薬品と高熱を使って封入体を取り出し、タンパク質を正しい構造に折りたたみ直そうと試みることができた。うまくいくこともあった。うまくいかないことも多かった。

うまくいったとしても、その工程はあまりにエネルギーを食い、費用がかさむため、そもそも細菌を使うことによるコスト上の利点を打ち消してしまった。

酵母は中間の道を示した。Pichia pastoris（ピキア・パストリス）などの工業用酵母株は、細菌よりも高度なタンパク質折りたたみの仕組みを持っている。真核生物なので、細胞内に区画があり、複雑なタンパク質を正しく折りたたむのを助けるシャペロンタンパク質もある。また、確立された発酵技術を使って巨大なバイオリアクターで培養できる。ビールや工業用酵素を作るのと基本的に同じ工程だ。

その後、第二世代の企業が微生物発酵に大きく賭けた。カリフォルニアのBolt Threads（ボルト・スレッズ）は酵母を遺伝子操作し、ドイツのAMSilk（アムシルク）は細菌を使った。日本のSpiber（スパイバー）は「微生物」を使っているとしか明かしていない。いずれも、1リットル当たりグラム単位の収率でスピドロイン様タンパク質を生産できる独自の菌株を開発した。これは本物の進歩だった。タンパク質は可溶性で、正しく折りたたまれた状態で、経済的に興味深いと言えるほどの濃度で得られた。

しかし、「経済的に興味深い」というのは、危険なほど低いハードルだったことが判明する。酵母や細菌を培養するには原料の糖が必要で、それも大量に必要だ。工業的な発酵には温度管理、無菌状態、絶え間ない撹拌が欠かせない。そのすべてにエネルギーがかかる。発酵が終わっても、タンパク質を細胞や培地から分離し、紡糸に必要な高濃度まで濃縮しなければならない。

企業がコストを完全に計算してみると、その数字は厳しいものだった。見積もりは大きくばらついた。カイコを使う競合企業のクレイグ・ラボ（Kraig Labs）は、かつて小規模な発酵バッチではタンパク質1キログラム当たり3万5000〜5万ドルかかると見積もったが、その後この数字を支持しなくなっている。細菌による生産については、完成した繊維の最低販売価格は最初の商業プラントでキログラム当たり約760ドル、最適化されたn号機のプラントでようやく約23ドルまで下がるというモデル計算がある。だが、その前提を実証した企業はまだ一社もない。

比較のために言えば、ナイロン樹脂は1キログラム約2ドルである。大量生産される高機能繊維の中で最も高価なものの一つであるケブラーでも、ナイロンの何倍もの価格だ。

遺伝子組み換えカイコは、すべてを解決してくれるかに思えた。カイコはすでに糸を作っている。それも大量に、確実に、何千年も前から。養蚕業はすでに存在し、カイコの飼育、繭の収穫、繊維の抽出のための確立したインフラがあった。カイコに本来の絹の代わりにクモ糸を作らせることさえできれば、たちまち一つの産業ができあがるはずだった。

ノートルダム大学、ワイオミング大学、そして中国と日本の研究機関が、こぞってこのアプローチを追求した。彼らは、クモ糸タンパク質を――単独で、あるいはカイコ本来の絹と混ざった形で――含む糸を作る遺伝子組み換えカイコを作り出すことに成功した。

それはうまくいった。カイコは遺伝子操作されたタンパク質を含む繭を紡ぎ、2012年に試験された複合繊維は、平均して通常のカイコの絹よりタフで、天然の牽引糸とほぼ同等の靭性を示した。しかし、クモのタンパク質は繊維のごく一部にすぎず、繊維の大半はカイコの絹のままだった。しかも結果は系統ごとにばらついた。

さらに、より根本的な問題があった。カイコは数日かけて1本の連続した繊維で繭を紡ぐが、その紡糸工程はクモとはまったく異なり、初期の複合繊維はクモの化学的・機械的な振り付けを再現できなかった。中国の研究チームがカイコに完全なクモ糸繊維を紡がせることに成功したのは、ようやく2023年のことである。強度は約1.3GPa、靭性は約320MJ/m³と天然の牽引糸に匹敵するが、それでさえ製品ではなく、実験室での成果にとどまっている。

植物と藻類は、大穴狙いだった。タバコ、アルファルファ、さらにはジャガイモまで遺伝子操作して、クモ糸タンパク質を作らせた研究者もいた。光合成を行う生物なら持続可能で低コストの生産基盤になるかもしれないと考え、藻類を試した研究者もいた。

こうした取り組みは論文と特許を生んだが、産業は生まなかった。植物はタンパク質を作ることができ（タバコやジャガイモの葉の可溶性タンパク質の最大約2%）、熱に安定なおかげで精製も容易だった。しかし、植物で作られたタンパク質は巨大な天然のスピドロインより小さく、商業生産に近づいた植物や藻類のシステムは一つもない。

うまくいったこと、そしてその意味

2000年代半ばまでに、第一の波のクモ糸企業は、確かな成果を主張できるようになっていた。クモ以外の生物で、週にミリグラム単位ではなく年にキログラム単位で測れる規模のクモ糸タンパク質の生産に成功したのである。

これは決して小さなことではなかった。その15年前には、クモ糸タンパク質を手に入れる唯一の方法はクモを解剖して取り出すことだった。それがいまや、バイオリアクターで培養できるようになったのだ。

しかし、この成果には厳しい気づきが伴った。タンパク質の生産は始まりにすぎなかったのだ。本当の問題、つまりその後さらに20年と数億ドルを飲み込むことになる問題は、手に入れたタンパク質をどうするか、だった。

タンパク質は、「シルク・ドープ（紡糸原液）」とも呼ばれる濃縮溶液として存在した。重量比でおよそ30〜50%のタンパク質を含む、粘り気のある水性の液体である。クモの体内では、このドープは大瓶状腺に蓄えられ、紡糸管の精密な化学的・機械的操作の連続によって繊維に変えられるのを待っている。

工場では、ドープはタンクや容器の中に置かれたままで、研究者たちはそれを見つめながら、機能する繊維に変える方法を見つけ出そうとしていた。

初期の試みでは、従来の繊維の押出成形法が使われた。タンパク質溶液を小さなノズルから押し出し、メタノールやアセトンの凝固浴に入れることもあれば、単に空気中に出すこともあった。

これらの方法は、ナイロン、ポリエステル、さらにはケブラーでもうまくいっていたが、クモ糸ではとても及ばなかった。

できあがった繊維は天然の糸より太く、はるかに弱かった。広く報じられたネクシアの2002年の繊維でさえ、靭性と剛性では牽引糸に匹敵したものの、強度では及ばなかった。繊維を細く、よく配向させて延伸するほど強くなった。これは、問題がタンパク質そのものではなく、タンパク質の紡ぎ方と配向のさせ方にあることを示す手がかりだった。

工業的な押出成形は速すぎ、乱暴すぎた。タンパク質は固まる前に整列する時間がなかった。決定的に重要なβシートの結晶がきちんと形成されなかった。繊維は顕微鏡で見るとクモ糸のようだったが、試験してみるとまるで及ばなかった。

いくつかの企業が「クモ糸繊維」を作ったと発表した。クモ糸タンパク質から作った繊維ではあったが、その力学的特性は本物にはるかに及ばなかった。

方向転換、沈黙、そして撤退

2009年までに、第一の波は終わりを迎えつつあった。スパイダーゴートを生み出したモントリオールの企業ネクシア・バイオテクノロジーズは、2005年に最も有望だったヤギ乳由来の医薬品プログラムを米国のファームアシーン（PharmAthene）に売却し、その後ひっそりと消滅した。同社のヤギのうち2頭はカナダ農業博物館に引き取られた。ランディ・ルイスのチームはほかのヤギをカナダからワイオミングへ、のちにユタ州立大学へと連れて行き、彼の研究室は商業的な事業ではなく公的資金による研究プログラムとしてその研究を続けた。

遺伝子組み換えカイコに焦点を当てた後発のクレイグ・バイオクラフト・ラボラトリーズは、軍との契約と消費者向け繊維とのあいだを何年も行き来し、その間、株式は店頭市場で1株数セントで取引されていた。ベトナムでカイコの飼育規模を拡大した後の2026年になってようやく、同社は初の商業用糸の出荷を発表した。CEOが「意図的に小規模にした」と語る注文だった。

ほかの企業は、もっと穏やかな形で退場した。防弾ベストについて語るのをやめ、創傷被覆材について語り始めた。繊維産業の破壊的変革を約束するのをやめ、高いコストを高い利益率と少量生産で正当化できるニッチな医療用途を狙い始めた。

資金が尽き、プレスリリースも説明もなく閉鎖した企業もあった。ウェブサイトは閉じられ、特許は失効するか売却され、研究者たちは次へと移っていった。

振り返って驚かされるのは、こうした失敗にほとんどドラマが伴わなかったことだ。派手な倒産も暴露記事もなく、企業は消えていった。プレスリリースの間隔が空くようになった。スケジュールはいつの間にか延びていった。たとえばネクシアは、2000年1月に記者たちに対して、年内に大規模生産を始めると語っていた。それが実現することはなかった。

インフラと知識は残り、タンパク質の生産技術は少しずつ改善を続けた。酵母株も精製法も良くなり、コストは下がった。ただ、十分に速くも、十分に大きくもなかった。

しかし、当初の約束、すなわちケブラーに取って代わり、防弾ベストを再発明し、バイオ由来の新しい素材産業を立ち上げる革命的な素材としてのクモ糸というビジョンは、色あせていた。それを惜しんだのは、主にキャリアと資本をそれに賭けた研究者と投資家だった。

第一波の教訓

第一の波が失敗したのは、難しさがどこにあるかを根本的に誤解したまま進んでいたからだ。

遺伝子工学が主要なボトルネックだったことは一度もない。確かに技術的には難しかったが、既存のツールで解決可能だった。生物に遺伝子を導入し、発現を最適化し、発酵をスケールアップする――これは既知の領域であり、教科書にも商業的な実践にも載っていることだった。

ボトルネックは常に、液体から固体への変換、つまり紡糸の工程だった。クモの腹部の中でほんの一瞬のうちに起こり、最初のクモ糸の遺伝子が解読されてから30年以上たったいまも、素材の卓越した特性を保ったまま工業規模で再現できていない工程である。

第一の波は、クモの偉業はタンパク質にある――進化の傑作は分子構造だ――と考えていた。だから、タンパク質さえ手に入れれば難しい部分は終わったと思い込んだ。

より難しい偉業は出糸突起のほうだった。マイクロ流体の流れの制御と綿密に調整された化学反応だけを使って、タンパク質を驚くべき効率で繊維に変える生物学的な機械である。

この気づきが、第二の波の試みを形づくることになる。だがその前に、業界はもっと基本的な問い、最初に問われるべきだった問いに向き合わなければならなかった。クモ糸を作るのがそれほど難しいなら、なぜクモを飼育して養殖しないのか？

その問いへの答えが、どんなに巧妙なアプローチであっても、なぜ最終的に同じ壁にぶつかるのかを説明してくれる。

なぜクモは養殖できないのか

クモ糸についてしばらく話していると、誰もが同じ質問を受けることになる。

カイコを飼って普通の絹を作れるなら、クモを飼えばいいだけではないのか？

もしクモを養殖できるなら、業界には遺伝子工学も、バイオテクノロジーも、1億ドル規模の研究プログラムも必要ないはずだ。クモの養殖場を作ればいいだけである。

人々は何世紀も前からそれを試みてきたが、うまくいったためしはない。うまくいかない理由は、その後クモ糸を商業生産しようとしたあらゆる試みを形づくった制約について、根本的な何かを明らかにしている。

失敗し続ける実験

1709年、フランスの司法官で博物学者のフランソワ・グザヴィエ・ボン・ド・サンティレールは、世界初のクモ糸産業を立ち上げようとした。彼はクモの卵嚢を集め、その糸を煮て梳き（カーディングし）、ストッキングと手袋に編ませて、フランス科学アカデミーとロンドンの王立協会に送った。

この実験は技術的には成功だった。手袋は実在した。クモ糸でできていた。科学アカデミーはこのアイデアを真剣に受け止め、調査を命じたほどだった。

経済的には、この実験は破滅的だった。アカデミーから評価を依頼された博物学者ルネ＝アントワーヌ・フェルショー・ド・レオミュールは、檻に入れたクモが互いに争って共食いすること、そして卵嚢の糸はあまりにも少なく、彼の計算によれば1ポンドを得るには最良のクモでも5万5000匹、ありふれた庭のクモなら66万匹以上が必要になることを突き止めた。このアイデアが産業になることはなかった。

300年後、2人の男が再び挑戦した。マダガスカルで、テキスタイル作家のサイモン・ピアーズとデザイナーのニコラス・ゴドリーは、約8年をかけて100万匹以上のジョロウグモ属（Nephila）のクモから糸を集めた。

彼らは2つの作品を作った。2009年にアメリカ自然史博物館で展示された金色の錦織物と、2012年にロンドンのヴィクトリア・アンド・アルバート博物館で展示された刺繍入りのケープである。織物は見事だったが、2つの作品を生んだ工程は過酷なものだった。

作業員たちは毎朝、野生のクモを集めた。1匹ずつそっと固定して出糸突起から手で糸を引き出し（「シルキング」と呼ばれる作業である）、その日のうちに森へ帰した。

収量はごくわずかだった。糸25グラム――1オンスにも満たない――を得るのに、およそ2万3000匹のクモが必要だった。ケープだけでも重さは約1.9キログラムある。

このケープは博物館の目玉となり、クモの養殖が商業的に不可能であることを示す実例となった。

モデルを打ち砕く生物学

その理由は、クモの生物学のあらゆるレベルに書き込まれている。まず最も明白なのは、クモが捕食者であり、捕食者は飼育に向かないということだ。

カイコは桑の葉を食べる草食性の生き物である。倉庫に積み重ねたトレーに何千匹ものカイコを詰め込み、安価な葉を与えれば、繭を紡ぐまで平和に共存する。カイコはおよそ5000年前から家畜化されてきた。いまでは絹の生産にあまりにも特化しているため、家蚕であるBombyx moriは野生ではほとんど生きていけない。いわば無脊椎動物界の乳牛である。おとなしく、生産性が高く、人間が利用するために徹底的に最適化されている。

クモはまったく違う。糸の生産で注目される種の多く、Nephila（ジョロウグモ属）やArgiope（コガネグモ属）のような円網を張るクモは、単独で狩りをする。

縄張り意識が強く、その進化戦略は丸ごと、網の形をした「不動産」を守り、その近くに来るものは何でも食べることを中心に組み立てられている。

2匹のクモを近くに置けば、協力などしない。戦う。たいていは大きいほうが小さいほうを食べてしまう。

餌を絶やさなければ攻撃性は和らぎ、よく餌を与えた円網性のクモを共用の部屋で飼っている研究室もいくつかあるが、それを養殖場にした者はいない。何百万年もかけて進化してきた根本的な行動なのだ。雌のクモは交尾の最中にさえ雄を食べることがあり、種によっては性的共食いがごく普通に起こり、それが当然の結果になっている。養殖場に必要な密度で何百匹ものクモを飼うことに成功した例は、これまでにない。

理論上は、クモを1匹ずつ個別に飼うことはできる。だが、それはもう養殖ではなく、動物園の運営だ。労働とインフラのコストはクモの数にほぼ比例して増え、規模の経済はほとんど働かない。

しかも、1匹ずつ大きな繭を一つ紡ぎ、それをまとめて収穫できるカイコとは違い、クモは少量の糸を絶えず作り続ける。クモは巣を張るので、それを集めることはできるが、巣の糸は粘着性があり、欲しい牽引糸はそこに含まれる数種類の糸のうちの一つにすぎない。

唯一の実用的な方法は、手作業による採取である。マダガスカルで使われた「シルキング」で、人間がクモを1匹ずつ物理的に固定し、出糸突起から糸を引き出す。時間がかかり、手間がかかり、クモにとってもストレスとなり、その後の糸の生産量が落ちてしまう。

成り立たない計算

工業的なクモの養殖に何が必要か、計算してみよう。

大型のNephilaのクモからは、1回の手作業の「シルキング」でおそらく数十メートルの牽引糸を採取できる。有望に聞こえるが、質量を計算すると話は変わる。牽引糸の直径はおよそ5マイクロメートルなので、100メートルでもわずか約2.5ミリグラムしかない。

工業用の繊維はトン単位で売られる。1トンは100万グラムである。養殖で年間1トンのクモ糸を生産するには、採取効率が完璧でロスがまったくないと仮定しても、100万匹を超えるクモがそれぞれ毎日欠かさず100メートルずつ糸を出す必要がある。

実際には、死亡、ストレス、季節変動、そして毎日採取するのは不可能だということを考慮すると、常時数百万匹のクモを稼働させておく必要があるだろう。

そこにインフラが加わる。個別の飼育ケース（クモは同居できない）、給餌（1匹ごとに生きた昆虫が必要）、排泄物の処理、温度・湿度の管理、そして何百万匹ものクモから毎日手作業で糸を採取する人件費。

これを養蚕と比べてみよう。現代のカイコ農場は、季節労働とまとめての収穫によって、倉庫一つから何トンもの絹を生産している。カイコは個別の飼育ケースを必要とせず、共食いもせず、収穫しやすい繭という便利な形で自動的に糸を作ってくれる。

あるいは合成繊維の生産と比べてみよう。ナイロンの生産施設は一つで、完全に自動化された工程により年間数千トンを生産する。給餌も、排泄物の処理も、動物一匹一匹の世話もいらない。

すべてを決めた決断

この生物学的な行き止まりこそが、クモ糸産業全体がいまの道を歩んだ理由である。クモを養殖できない以上、糸タンパク質の別の供給源が必要になる。つまりバイオテクノロジー、すなわちほかの生物を遺伝子操作してタンパク質を作らせることだ。

しかし、この必要性を受け入れることは、2つ目の、より難しい問題を受け入れることを意味した。クモを使わないなら、クモの出糸突起も使えない。タンパク質を生産するだけでは足りず、そのタンパク質を繊維に変えるためのまったく新しい工程を発明しなければならないのだ。

クモ糸の生産は、統合された生物学的システムである。タンパク質の組成、腺の中の化学的環境、紡糸管の中の機械的なせん断力、pH変化とイオン交換の精密なタイミング――これらはすべて、ひとそろいのものとして一緒に進化してきた。その一部だけを取り出して、単独で機能することを期待するわけにはいかない。

研究者たちがクモの養殖を断念して遺伝子工学を選んだとき、彼らは暗黙のうちに、一つではなく二つの問題を解くことを選んでいた。

1. クモ以外の生物でタンパク質を生産する

2. クモの工程を再現できる人工の出糸突起を作る

第一の波の企業は、問題1のほうが難しいと考えていた。それは間違いだった。問題1は、期待より高いコストではあったものの、既存のバイオテクノロジーで解決できることがわかった。

問題2、つまり紡糸は、しつこいほど難しいことがわかった。あまりに難しく、30年たったいまも工業規模では解決されていない。

養殖という行き止まりが重要な理由

クモの養殖が不可能だという事実は、この分野のその後のあらゆる決断を方向づけた、最初の制約である。クモ糸がバイオテクノロジーの物語になったのも、数億ドルがクモの飼育ではなく発酵タンクに注ぎ込まれたのも、そのためだ。

そしてそれは、クモ糸の養殖をいかにももっともらしく思わせるカイコとの比較が、誤解を招くものである理由でもある。カイコはまったく別のカテゴリーの生物なのだ。家畜化され、おとなしく、何千年もかけて人間の利用に最適化されてきた生物である。

クモは野生の捕食者であり、人間の農業など想定していなかった進化によって形づくられている。

この制約がすべてを形づくった。遺伝子工学の道が選ばれたのは、それが唯一の選択肢だったからだ。そしていったんその選択がなされると、業界は一つの素材だけでなく、進化が何億年もかけて完成させた生物学的な製造工程全体を再現しようとすることになった。

動物を養殖できなかったので、私たちは代わりにタンパク質を「養殖」した。そして、タンパク質を手に入れることは問題の半分、おそらく半分にも満たない部分にすぎないことを知った。

クモは巣の中に座り、私たちが欲しがりながら経済的には収穫できない素材を作っている。その不可能性が一つの産業を生み出した。そしてそれは、その産業が30年にわたって約束を果たせずにいる理由の多くを説明している。

クモを養殖できなかった業界は、クモの紡糸の仕組みそのものを作り直そうとした。そして、それはさらに難しいことがわかったのである。

技術的な核心のボトルネック――タンパク質ではなく紡糸

クモ糸の研究室で何か月もの骨の折れる高価な作業を重ねた末に、たいてい手元に残るのは、濃縮した糸タンパク質溶液の入ったバイアルと、それを繊維に変える確実な方法がないという現実である。

発酵はうまくいった。精製も成功した。分子構造も正しい。βシート、非晶領域、すべてが自然の設計した順序で並んでいる。

手元にはおそらく、30〜40グラムの糸タンパク質を含む100ミリリットルほどの溶液がある。1匹のクモが一生のうちに作れる牽引糸タンパク質よりも多い量だ。なのに、それは高価なスープも同然なのだ。

次の段階は、その液体を、クモ糸を特別なものにしている特性を備えた繊維に変えることである。30年の研究と数億ドルの資金を経たいまも、これは未解決の問題であり、商業的なクモ糸事業のほとんどすべてを葬ってきた。

紡糸がなぜこれほど難しいのかを理解すれば、ほかのあらゆる面で絶えず進歩しているにもかかわらず、業界が30年間足踏みを続けてきた理由がわかる。

タンパク質が難所ではなかった理由

2010年までに、複数の研究グループや企業が、キログラム単位の規模でクモ糸タンパク質を生産できるようになっていた。Bolt Threadsは独自の酵母株を持っていた。日本のSpiberは独自の発酵技術を持っていた。ワイオミング、ドイツ、スウェーデンなどの学術研究室は、グラム単位の生産を実証していた。

タンパク質の問題は、安価になったという意味では解決されていなかった。完成した繊維のモデル上の販売価格は、最初のプラントでキログラム当たり数百ドル、楽観的で完全に最適化された前提のもとでようやく数十ドルまで下がる、という水準だった。しかし、技術が存在し、再現可能で、着実に改善しているという意味では解決されていた。毎年、収率は上がり、折りたたみは改善し、精製は効率化していった。

もしタンパク質の生産が唯一の課題だったなら、クモ糸はいまごろ、特定の特殊ポリマーや医薬品原料のように、高価ではあっても入手可能な素材になっていただろう。

しかし、タンパク質を手に入れても、スタートラインに立ったというだけのことだ。難しいのは、繊維を作ろうとしたときからである。

液体の糸タンパク質とは、巨大な繰り返し構造のタンパク質が、繊細な化学的バランスのもとで浮かんでいる、非常に濃い水溶液である。タンパク質は折りたたまれているが、まだ最終的な繊維構造には組み上がっていない。可溶性である、つまり水分子に囲まれて互いに十分な距離を保っているので、凝集して溶液から沈殿することはない。

クモの大瓶状腺の中で、この「シルク・ドープ」は30〜50%のタンパク質濃度で蓄えられている。流動性を保てるぎりぎりの濃さである。それは、pH、イオン濃度、温度が定まった、綿密に制御された化学環境の中に保管されている。そのどれかが変われば、タンパク質は早すぎる凝集を始める。やり方を誤れば、高価な溶液は高価なカッテージチーズに変わってしまう。

クモは、糸を紡ぐ準備が整うまでドープを安定に保つ。そしてほんの一瞬のうちに、その液体を、高度に配向した分子と並外れた力学的特性を備えた固体の繊維に変える。

私たちは1990年代から、それをどうやって行うのかを解明しようとしてきた。そしていまもなお、解明しようとしている。

再現できない分子の振り付け

クモの紡糸工程は、数千分の1ミリメートルまで細くなる長いS字型の導管に凝縮された、化学工学と機械工学の偉業である。その中で、ドープは5つの段階を経る。

第1段階：濃縮。シルク・ドープは高濃度で紡糸管に入るが、まだ液体を保てるだけの水を含んでいる。導管の最初の区間を流れるあいだに、水分が導管の壁から能動的に再吸収される。タンパク質の濃度はさらに高まり、タンパク質どうしが互いに押し寄せられる。

第2段階：酸性化。pHは、腺の中の約7.6から、導管の中では5.7以下へと急激に下がる。これは偶然ではない。糸タンパク質には、pHの変化に反応する特定のアミノ酸がある。pHが高いと、タンパク質は静電的に反発し合う。pHが下がるにつれて、その反発が弱まる。タンパク質は会合し始める。

このpHの移行は精密だ。速すぎても遅すぎても、組み立てはうまくいかない。クモは、導管の内側を覆う特殊な細胞が能動的にプロトンを汲み出すことでこれを制御し、なめらかなpH勾配を作り出している。

第3段階：イオン交換。酸性化と同時に、イオン環境も変化する。液体の状態を安定させているナトリウムイオンと塩化物イオンが取り除かれる。カリウムイオンとリン酸イオンが導入される。このイオンの入れ替えが、溶解した状態をさらに不安定にし、タンパク質の凝集を促す。

こうした変化は導管に沿った空間的なパターンに従っている。タンパク質の組み立てを導く、一連の化学変化である。

第4段階：機械的せん断。この段階で、化学から物理へとバトンが渡される。紡糸管は先細りになっていて、先へ進むほど細くなる。濃くなっていくタンパク質溶液がこの狭まる流路を引っ張られて進むにつれて、より大きなせん断力を受ける。

せん断とは、流体が表面に沿って、あるいは狭い場所を通って流れるときに起こる現象である。スプーンから流れ落ちるハチミツを想像してほしい。スプーンの表面に接しているハチミツは、離れたところのハチミツよりもゆっくり動き、互いにずれ合う層ができる。それがせん断だ。

クモの導管の中では、せん断力が糸タンパク質に作用し、物理的に引き伸ばして流れの方向に整列させる。これが決定的に重要である。結晶性のβシート領域は、繊維の軸に平行に形成される必要がある。非晶領域は、その間に適切に分布する必要がある。配向がランダムだと繊維は弱くなる。先細りの導管が生み出すせん断力が、方向のそろった配向を作り出すのだ。

しかし、せん断はタンパク質を整列させるのに十分な強さでありながら、その折りたたみを乱さない程度に穏やかでなければならない。せん断が弱すぎれば配向が不十分になる。強すぎればタンパク質は変性し、構造が壊れてしまう。

クモはこれを層流――乱れのない、なめらかな層状の流れ――によって実現している。タンパク質は整然としたシート状に互いにすべり合い、化学的トリガー（pH、イオン）が所定の位置に固定されるタイミングを告げるのに合わせて、徐々に整列し、徐々に最終的な繊維構造へと組み上がっていく。

第5段階：固化。ドープが紡糸管の末端に達するころには、もはや液体ではない。タンパク質は整列した束に組み上がっている。水分の大半は抜き取られている。繊維は固体として、しかしまだいくらか弾力性を保ったまま出てきて、出糸突起から引き出される際に最終的な硬化を終える。

導管に液体が入ってから固体の繊維が出てくるまでの全工程は、ほんの一瞬のうちに完了する。

工業的な押出成形がすべてを台無しにする理由

では、この工程を工業用の繊維生産設備で再現しようとすると何が起こるかを考えてみよう。

従来の紡糸法には、大きく分けて2種類ある。ナイロンやポリエステルに使われる溶融紡糸と、レーヨンや一部のアラミドに使われる湿式紡糸だ。どちらも、ポリマーを紡糸口金と呼ばれる小さな穴から押し出して連続した繊維を作る。

溶融紡糸は熱を使う。ポリマーを溶かし、小さな穴から押し出す。出てきたポリマーは冷えて固まる。熱的に安定した単純な合成ポリマーにはこれが非常にうまく機能する。

だがクモ糸タンパク質には役に立たない。糸タンパク質は溶けない。流動する前に分解してしまうので、ナイロンのように溶融紡糸することはできないのだ。溶融紡糸は通常200〜300℃で行われる。できあがるのはタンパク質風味の炭だろう。

湿式紡糸は、化学溶剤を使うことで熱を避ける。ポリマーを溶剤に溶かし、凝固浴（通常はポリマーを析出させる別の化学薬品）の中に押し出し、できた繊維を引き出す。

これは、クモ糸でうまくいく可能性があるものにより近い。いくつかの研究グループがさまざまな変法を試してきた。シルク・ドープを、メタノール、アセトン、あるいはタンパク質を凝集・固化させるさまざまな塩溶液の中に押し出すのである。

そして、それはある意味ではうまくいく。クモ糸タンパク質でできた繊維はできるし、顕微鏡で見れば繊維に見える。

しかし、力学的特性は期待外れだ。引張強度は天然のクモ糸のほんの一部にすぎないことが多く、クモ糸を特別なものにしている決定的な特性である靭性も、たいてい及ばない。

問題は3つの方向からやって来る。配向、速度論、そしてせん断である。

問題1：配向。工業的な押出成形は速い。経済的に成り立たせるには高い処理能力が必要で、繊維の速度は毎秒ミリメートルではなく毎秒メートルの単位になる。この速度では、タンパク質が秩序立って並ぶよりも速くドープが引き伸ばされ、せん断されてしまうことがあり、強力な凝固浴は、タンパク質が並び終える前にその場で固めてしまうことがある。

糸タンパク質はしばしば整列する機会を得られず、固まったときにはごちゃごちゃに並んでいる。

結晶領域はばらばらの方向を向き、平行な配向に依存する、荷重を支える構造がきちんと形成されない。結果として、天然の糸が耐えられる応力のほんの一部で壊れてしまう、弱い繊維ができる。

問題2：速度論。クモの変換工程は、速いとはいえ、綿密に順序立てられている。pHは導管に沿って徐々に変化する。イオンは特定の順序で交換される。タンパク質には、最終的な構造に固定される前に、折りたたまれ、会合し、整列する時間がある。

一般的な凝固浴では、タンパク質溶液はほとんど瞬時に沈殿してしまうことがある。タンパク質はたまたまいた場所で、たまたま向いていた方向のまま凝集する。慎重に組み立てる時間などない。

得られるのは、制御された自己組織化ではなく、急速な析出である。レンガを丁寧に積み上げて壁を作るのと、トラック一杯のレンガを山積みに放り出すのとの違いだ。

問題3：せん断。工業的な流量では、紡糸口金の中のせん断力は途方もなく大きく、クモが加える力より何桁も高い。こうした力は化学結合を切断し、タンパク質の折りたたみを乱し、分子が秩序ある構造に落ち着くよりも速く引き伸ばしてしまう。

だからといって、単に速度を落とすわけにもいかない。流れが遅ければ処理能力が下がり、処理能力が下がれば生産は採算が合わなくなる。クモがそれで済むのは、一度に数メートルの糸しか必要としないからだ。工場がナイロンの生産と競争するには、1時間に何キロメートルもの糸が必要になる。

物理はスケールアップしない。幅数マイクロメートルの導管でうまくいく穏やかで制御された流れは、より高速で動く大きなシステムでそのまま再現することはできない。流れの条件は根本的に変わり、クモが頼りにしている精密な制御を実現するのははるかに難しくなる。

遅い紡糸という経済的な罠

クモをより忠実に模倣することで、目覚ましい成果を上げた研究グループもある。マイクロ流体チャネルを通したゆっくりとした押出、注意深いpH勾配、制御されたイオン交換、穏やかな引き出し力。

2017年、スウェーデン農業科学大学とカロリンスカ研究所のチームは、水系の緩衝液だけを使ってクモのpH低下とせん断を模倣する紡糸装置を作った。1リットルの細菌培養液から1キロメートルの繊維を紡ぎ出し、それは当時報告されていた紡糸直後の人工クモ糸の中で最もタフなものだった。

本物のブレークスルーだった。しかし、その繊維は天然の牽引糸よりはるかに弱く、工程は工場の流量ではなく実験室の流量で動いていた。

ポリエステルやナイロンの工業的な溶融紡糸は、毎分数千メートルで稼働する。酸溶液から紡糸されるケブラーのようなアラミドでさえ、毎分数百メートルで巻き取ることができる。専門的な高機能繊維の生産ラインでも、毎時メートルではなく毎分メートル単位の速度が前提とされている。

これまでのところ、クモの工程とその繊維に最も近づいた工程は、実験室並みの速度でしか動いておらず、遅い生産は高価な生産である。

クモ並みの品質の繊維を、クモ並みの速度とクモ並みの規模で、1日に数グラム、キログラム当たり数千ドルのコストで作ることはできる。あるいは工業的な処理能力で1日に数トンを生産することもできる――だが、その繊維は、そもそもクモ糸を追い求める価値があった特性を失ってしまう。

牽引糸並みの繊維が工場の速度で生産ラインから出てくることを示した者は、まだいない。「クモ糸繊維」の生産を発表した企業は、たいてい工業的な速度のほうを選び、実現可能な生産速度と引き換えに、大幅に低下した力学的特性を受け入れた。彼らの繊維は、分子組成の点では「クモ糸」だったが、性能の点ではそうではなかった。

この問題が数億ドルを飲み込んできた理由

紡糸のボトルネックを理解すれば、クモ糸産業がなぜいまのような道をたどってきたのか――そしてなぜ約束を果たせずにきたのか――がわかる。

タンパク質の生産は、2010年代半ばまでにほぼ確立された。発酵は機能し、収率は上がり、コストは下がった。ただし、まだ汎用品の水準には達していない。もしタンパク質だけで十分なら、クモ糸産業はすでに存在しているはずだ。

実際には、タンパク質は、工業規模では存在しない製造工程を待ちながらタンクの中に置かれた、高価な原料にすぎない。

紡糸工程では、化学（pH、イオン）、流体力学（層流、特定のせん断力）、速度論（組み立てのタイミング）を同時に制御しなければならない。しかもそれを、経済的に成り立つだけの速さで動く連続工程の中で行う必要がある。自然は、何億年もの進化を経て磨き上げられた、先端の幅がわずか数マイクロメートルの導管の中でこれを行っている。私たちは、異なる組み立てメカニズムを持つ異なるポリマー向けに最適化された工業設備の中で、それを行おうとしている。

スケールアップすると、たいてい何かが壊れる。導管を大きくすれば化学的な勾配を制御しにくくなり、工程を速めれば配向の時間が足りなくなり、固化を速めるために強い凝固を使えばタンパク質の構造が乱れかねない。

クモの工程は、クモのスケール、クモの速度、クモの制御メカニズムに適合しており、物理も経済も、それを工場へ移すことに抵抗する。

つまり30年たって、クモ糸が何であるかはわかっているし、タンパク質も作れる。大規模に、経済的に再現する能力がいまだに私たちにないのは、液体から固体への変換、つまりクモの腹部で起こる一瞬の分子の振り付けであり、だからこそクモ糸の防弾ベストはいまも買えないのである。

バイオマテリアルのスケールアップ問題

2000年代初頭、ネクシア・バイオテクノロジーズは、書類の上では成功のように聞こえる問題を抱えていた。同社のヤギは乳の中にクモ糸タンパク質を作り出していた。2002年には、同社の科学者たちが、哺乳類の培養細胞で作った組み換えクモ糸タンパク質から湿式紡糸した繊維を報告した。

問題は、そのタンパク質を利益を生む何かに変える方法を、誰も知らなかったことだ。

同社には概念実証も、論文も、特許も、カナダ国防省との契約もあった。なかったのは、「研究室でならできる」から「作るのにかかる費用より高く売れる」へと至る道筋だった。

2005年、同社は主力の医薬品プログラムを売却し、2009年には消滅していた。

ネクシアは、投資家が「死の谷」と呼ぶ段階に入っていた。

この谷は、実証された技術と実行可能な製造とのあいだに横たわっている。企業は、研究室で科学がうまくいった時点でこの谷に入り、生産がスケールアップされて顧客が買うようになってはじめて抜け出せる。クモ糸は30年間、この谷から抜け出せずにいる。

進歩という幻想

材料科学の研究には、失敗を前進の勢いのように見せてしまう独特の力学がある。毎年、誰かがタンパク質の収率向上、繊維特性の改善、あるいは斬新な紡糸アプローチを示す論文を発表する。数年ごとに、どこかのスタートアップが「画期的な」生産能力を達成したと発表する。

その数字は印象的に聞こえる。「発酵効率が10倍に向上」「繊維強度が800MPaに到達」「年間生産能力50キログラム」といった類いの主張だ。

この分野の外にいる人、たとえば投資家、ジャーナリスト、防衛関連企業にとって、これらは大きな節目のように聞こえる。業界が商業的な実現に近づいているように聞こえる。

工業的な製造を理解している人にとっては、誤差の範囲にすぎない。

研究室での成功と工業的な実現可能性とのあいだの隔たりは、互いに掛け合わさる一連の複合的な問題であり、近づけば近づくほど険しくなる障壁を作り出している。

「工業規模」とは何を意味するのか

スタートアップが年間50キログラムの生産を発表するとき、プレスリリースにはしばしば予測が添えられている。「この能力は500キログラム、さらに5トンへと拡大可能であり、高機能繊維での商業用途を可能にする」。

この予測が見落としているのは、工業材料が消費される規模である。キログラム単位ではなく、数千トン単位なのだ。

世界のナイロン（ポリアミド）繊維の生産量は、2024年に約700万トン。パラ系アラミド繊維（ケブラーを含むファミリー）は、業界の推計で年間生産能力10万トン規模である。特殊なアラミド繊維でさえ、年間数千トン単位の市場ニッチを占めている。

高機能繊維市場で存在感を持つ（支配するのではなく、単に存在感を持つ）には、最低でも年間数百トンを生産できなければならない。そうでなければ、契約分を供給することも、均一性を保証することも、価格競争力を生む規模の経済を実現することもできない。

以前は50グラムしか作れなかった研究者にとって、年間50キログラムは大量に聞こえる。しかし、それは1日当たり約140グラムにすぎず、1日分の生産量がコートのポケットに収まってしまう。そこから年間100トンに到達するには2000倍のスケールアップが必要で、その一歩ごとに新たな問題が生じる。

汚染という大惨事

生物学的製造の最も難しい側面の一つが、汚染（コンタミネーション）のリスクだ。製薬会社が莫大な費用をかけ、何十年もかけて管理の仕方を学んできた問題である。バイオマテリアル企業も同じ教訓を学びつつあるが、資金ははるかに少なく、失敗の許容範囲もはるかに狭い。

クモ糸タンパク質を作る酵母を培養する1万リットルのバイオリアクターを運転しているとしよう。発酵には3〜5日かかる。最後に、すべてが完璧にいけば、約30キログラムのタンパク質を含む1万リットルの発酵液が手に入る。

その30キログラムは、まだ発酵液の中のタンパク質にすぎず、精製も紡糸もされていない。それなのにこのバッチは、すでに何日分ものリアクターの稼働時間と、何千ドル分もの糖、栄養分、エネルギー、労働力を消費している。

ここで汚染が起きたと想像してほしい。細菌がリアクターに入り込む。空調システム、滅菌が不十分なバルブ、あるいは給水から入り込むのかもしれない。汚染は酵母の増殖を遅らせるだけではない。遺伝子操作した株のための栄養分を積極的に消費してしまう。タンパク質を変性させうる老廃物を作り出す。高価なバッチを、回収不能な廃棄物に変えてしまうのだ。

1リットルのフラスコ、慎重な無菌操作、研究者による絶え間ない監視がそろった小規模な研究室の設備では、汚染はめったに起きない。何本もの供給ライン、サンプリングポート、温度制御システムを備え、何日も連続運転される1万リットルの工業用バイオリアクターでは、汚染は常につきまとう脅威である。

医薬品製造では、これに極端な手段で対処している。クリーンルーム、多重の滅菌、使い捨てのバイオリアクター部品、あらゆる段階での広範な品質試験。これらの手段は効果がある。そして、導入と維持に何百万ドルもかかる。

ナイロンと競争しようとするバイオマテリアル企業には、医薬品グレードの汚染管理を行う余裕はない。しかし、バッチを失う余裕もない。利益率がすでに薄いところでは、汚染率がたとえ5%、つまり20バッチに1回の失敗でも、採算を完全に崩壊させかねない。

誰も語らない精製コスト

発酵が終わると、手元には複雑な生物学的スープがある。酵母細胞、使用済みの培地、代謝副産物、そしてその混沌のどこかに、クモ糸タンパク質がある。ここからそれを取り出さなければならない。

「ダウンストリーム処理」と呼ばれるこの工程は、生物学的製造の中で最も費用がかかる部分であることが多い。多くの発酵製品では生産コストの中で最大級の割合を占めるが、その割合は製品によって大きく異なる。

タンパク質は細胞の塊から分離する必要がある。そのためには、細胞を破砕する（タンパク質が細胞内にある場合）か、細胞から分離する（培地中に分泌される場合）必要がある。次に、ほかのタンパク質、核酸、脂質、細胞の残骸をすべて取り除かなければならない。

これには通常、複数の工程が含まれる。細胞を取り除く遠心分離、大きな不純物を取り除くろ過、目的のタンパク質をそれ以外のすべてから分離するクロマトグラフィー、そして最後に、紡糸に必要な高濃度までタンパク質を濃縮する工程だ。

どの工程にもお金がかかる。遠心分離機はエネルギーを消費する。フィルターは目詰まりし、交換が必要になる。クロマトグラフィー用の樹脂は高価で、再利用できる回数も限られている。濃縮には、高価な限外ろ過膜か、エネルギーを大量に消費する蒸発のどちらかが必要だ。

さらに悪いことに、これらのコストは規模に比例して下がらない。小規模な精製工程を動かしても、キログラム当たりのコストは大規模な工程とほとんど変わらない。同じ設備、同じ品質管理、同じ熟練労働者が必要だからだ。

これが悪循環を生む。工業的な量を生産するようになるまでは、工業規模の設備を導入する余裕がない。しかし、キログラム当たりの精製コストを下げる工業規模の設備がなければ、利益を出しながら工業的な量に到達することはできない。

何社ものクモ糸企業が、何年もの開発を経て、紡糸の前、いかなる付加価値をつける前の段階で、精製のコストだけで自社製品が既存の素材に対して競争力を失うことに気づいた。発酵を最適化し、高い収率を達成しても、なお採算を合わせることはできなかったのだ。

均一性――目に見えない殺し屋

研究室では、ばらつきは想定内だ。バッチAは1リットル当たり27グラムのタンパク質を生産する。バッチBは1リットル当たり31グラムを生産する。その違いを実験ノートに書き留め、何が変わったのかを調べ、先へ進む。

工業生産では、同じばらつきが大惨事になる。繊維メーカー、防衛関連企業、医療機器メーカーといった産業界の顧客は、特定の保証された特性を持つ材料を求める。

引張強度1.0GPa、破断伸び15%の繊維を1000キログラム発注したなら、そのすべてのキログラムがその仕様を満たしている必要がある。

つまり、平均値だけでなく、すべてのバッチのすべてのキログラムが、である。

生物学的製造では、これが極めて難しい。発酵の成績は、温度、撹拌速度、供給のタイミング、さらには細胞培養の経過時間といったわずかな変化によって変動する。タンパク質の品質は発酵条件によって変わる。同じ遺伝子株でも、折りたたみ方、翻訳後修飾、純度がわずかに異なるタンパク質ができることがある。

こうしたばらつきは連鎖する。紡糸工程に入るタンパク質がわずかに違えば、力学的特性がわずかに異なる繊維ができる。硬すぎる、伸びすぎる、弱すぎるなど、いずれかの数値で許容範囲を外れたバッチは問題になる。顧客は仕様に合わせて製品を設計しているからだ。

バッチ間の均一性を実現するには、執拗なまでの工程管理が必要だ。すべてのパラメーターを狭い範囲内に保ち、原料、水、空気といった投入物の品質を一定に保ち、設備が毎回同じように動作しなければならない。

製薬会社は、プロセスバリデーションと呼ばれる手法でこれを実現している。膨大な文書化、統計的工程管理、徹底的な試験である。それができるのは、医薬品の利益率が莫大だからだ。タンパク質医薬品なら、キログラム当たり1万ドル以上で売れることもある。

クモ糸タンパク質が素材として競争力を持つには、キログラム当たり100ドル未満、理想的には50ドル未満で売れなければならない。大がかりな品質管理の間接費をまかなう余地はない。だが、それがなければ市場もない。

これが生むジレンマを思い描いてみてほしい。平均すれば優れた特性を持つ繊維なのに、バッチ間のばらつきが大きすぎる。あるロットは天然の牽引糸の強度の90%、次のロットは60%といった具合だ。

産業界の顧客にとって、こうした不均一さは素材を使いものにならなくする。特性を保証できない素材を前提に製品を設計することはできない。ばらつきの幅が広すぎれば、平均値が良くても意味がないのだ。

設備投資の罠

材料のスケールアップにおける最も厳しい経済的現実は、設備投資が収益より先にやってくることだ。

商業的に意味のある量、たとえば年間100トンのクモ糸繊維を生産するには、次のものが必要になる。

– 工業規模の発酵能力：5万リットル以上のバイオリアクター複数基

– ダウンストリーム処理設備：工業用遠心分離機、ろ過システム、クロマトグラフィーカラム

– 紡糸設備：特注設計のシステム（市販の紡糸設備はクモ糸には使えないため）

– 品質管理ラボ：分析機器、試験装置、訓練を受けた人員

– 施設インフラ：クリーンルーム、ユーティリティ、廃棄物処理、保管設備

年間100トンのクモ糸繊維を生産できる施設にいくらかかるのか、確かなことは誰にもわからない。そのような施設を公に実証した企業は一社もないからだ。しかし、警告のサインは明らかである。この分野で最も潤沢な資金を持つSpiberは、米国の大規模工場の建設が計画から大きく遅れた後、2024年に280億円（約1億8000万ドル）の特別損失を計上し、2026年には債務の再編を余儀なくされた。

この資金は、最初の商業用の1トンを生産する前に、顧客も収益もまったくないうちに、そして自社の工程がフルスケールで機能するかどうか確かにわかる前に、調達し、使わなければならない。

これはベンチャーキャピタリストが「資本集約型」と呼ぶビジネスモデルであり、彼らはこれを嫌う。ベンチャー投資の理想的な対象は、アセットライト（資産が軽い）な事業だ。ソフトウェアやサービスなど、最小限の追加資本でスケールするものである。素材の製造は多額の資本を寝かせ、黒字化までに時間がかかる。

リターンも低い。すべてがうまくいったとしても、素材企業はソフトウェア企業よりも特殊化学品の事業に近い姿になる。米国の特殊化学品企業の粗利益率は約35%、営業利益率は約12%であり、ソフトウェアでは粗利益率70%超が一般的だ。同じ投資資本とリスクなら、ベンチャーキャピタルははるかにソフトウェアに投資したがる。

これが、規模拡大が目前に迫ったところで資金が尽きるクモ糸企業がこれほど多い理由である。技術開発のために資金を調達し、パイロットプラントを建設するためにさらに調達した。いよいよ商業生産の設備を建てるために1億ドルが必要になったが、投資家は疲れ果て、スケジュールは延び続け、誰も次の小切手を切りたがらない。

スケールをめぐる死のダンス

バイオマテリアルのスケールアップ問題で最も残酷なのは、大規模に建設するまで工程を検証できないのに、工程を検証するまで大規模な建設を正当化できないことだ。

小規模な生産は、たとえ1万リットルであっても、10万リットルで工程がどう機能するかを予測してはくれない。混合の挙動が変わる。熱の移動が難しくなる。汚染のリスクが高まる。設備のふるまいが変わる。

製薬会社は、系統立ったスケールアップの手順でこれに対処する。大規模なパイロット試験、各スケールでの注意深い特性評価、控えめな見通し。それができるのは、キログラム当たり10万ドルで売れるかもしれない製品を目指しているからだ。

素材企業が目指しているのは、キログラム当たり50ドルで売らなければならない製品である。何年もかけて慎重なパイロット試験を行う余裕はない。投資家からは、速く動け、早く商業規模に到達しろ、資金が尽きる前に収益を上げ始めろ、と圧力をかけられる。

そこで彼らは、より大きな飛躍をする。限られたデータに基づいて、1000リットルから5万リットルへとスケールアップする。そして時に、工場は予想とは違うふるまいをする。汚染が増え、タンパク質の収率が下がり、精製がうまくいかなくなるのだ。

こうして、見込みどおりに機能しない施設ができあがる。キログラム当たりのコストはモデルの予測を大きく上回り、すでに大規模化で失敗しているので、追加の資金も調達できない。

「商業生産まであと数年」だった企業が、気づけば倒産まであと数か月ということもありうる。

「年間キログラム」が罠である理由

クモ糸企業が「100キログラムの生産能力を達成しました」といった生産の節目を発表するとき、それは技術的には正しくても、経済的には無意味であることが多い。

年間100キログラムあれば、研究室に供給したり、試作素材を作ったり、概念実証を示したりするには十分である。だが、たった1社の産業顧客の、たった1つの製品ラインに供給するにも、まったく足りない。

大まかな例を挙げれば、複合材料部品に高機能繊維を使う自動車メーカーは、その一つの用途だけで年間数十トンを必要とするかもしれない。防弾ベストの調達プログラムなら年間数百トン、繊維メーカーなら数千トンが必要になりうる。

「これを生産できる」と「意味のある量を生産できる」とのあいだの隔たりこそ、ほとんどのバイオマテリアル企業が行き詰まる場所である。科学的な問題を解決し、技術を実証したものの、調達できない資本、持っていない専門知識、投資家が与えてくれない時間を必要とするスケールアップの段階で、身動きが取れなくなるのだ。

彼らがキログラム単位の節目を祝うのは、出発点から見れば本物の進歩だからだ。しかし産業界の買い手は供給量をトンで測り、均一性と価格も重視する。

だからこそ、30年の進歩を経ても、何千本もの研究論文と数億ドルの投資を経ても、商業的に採算の合う価格で工業的な量のクモ糸繊維を買うことはいまだにできないのである。

死の谷は、それを渡ろうとしたほぼすべての者を飲み込んできた。途中まで渡りきったわずかな生存者たちも、向こう岸まではまだ何年もかかり、いまも現金を燃やし続けている。

バイオミミクリーの罠――なぜ「自然の模倣」は失敗し続けるのか

1941年、スイスの技術者ジョルジュ・デ・メストラルは、ジュラ山脈での散歩から帰ってくると、ズボンと愛犬の毛にひっつき虫がくっついているのに気づいた。彼は悪態をつきながら取り除く代わりに、それを顕微鏡で観察した。ひっつき虫の表面にある小さなかぎ状のとげが、布のループに引っかかっていたのだ。試行錯誤に10年ほどかかったが、1950年代半ばまでに彼はベルクロ（面ファスナー）の特許を取得した。

これはバイオミミクリーの起源の物語であり、ビジネススクールのケーススタディやイノベーションの基調講演で繰り返し語られている。自然を観察し、仕組みを模倣し、利益を上げる。魅惑的な枠組みだ。自然には解決策を最適化する時間が何十億年もあった。私たちはその仕組みを解き明かして写し取ればいいだけだ、と。

クモ糸は、このアプローチの象徴的存在となった。進化は何億年もかけてスーパー素材を完成させていた。私たちはそれを模倣するだけでよかった。

30年たったいまも、私たちはまだ挑戦し続けている。そして、失敗が一貫して続いていることは、イノベーション戦略としてのバイオミミクリーについて不都合な事実を明らかにしている。自然を模倣することが、体系的に間違った方向へと導く罠になる場合もあるのだ。

進化が最適化しているもの

クモ糸産業の苦境の根底にある誤解はこれだ。進化は効率やコストやスケーラビリティを最適化しない。特定の生態学的文脈の中での繁殖の成功を最適化するのである。

クモ糸生産システムは、昆虫を捕まえ、食べられないようにするために1日に数メートルの繊維を作る必要がある、単独で生きる捕食者のために最適化されている。進化が最適化していたのは、それなのである。

このシステムは十分に確実に機能すればよい。完璧である必要はなく、繁殖できるまでクモを生かしておける程度にうまく機能すればいいのだ。クモが利用できる資源、つまり消化した獲物から得たタンパク質と、その同じ食事から得た代謝エネルギーを使う必要がある。速い必要も、（経済的な意味で）安い必要も、工業的な製造にとって重要な意味で均一である必要もない。

クモは毎日巣をリサイクルし、古い糸を食べてタンパク質を回収する。糸が1本切れれば、また1本作ればいい。寒い朝に糸の生産が遅くなっても問題ない。その日に捕まえる昆虫は減るが、飢え死にするわけではない。生物学的なシステムには、柔軟性、冗長性、そしてエラーへの耐性が組み込まれている。

工業的な製造は、そのどれも許容できない。寒い日に繊維の生産量が20%落ちる工場は、失敗した工場だ。失敗作をリサイクルし再処理する必要がある工程は、採算の合わない工程だ。「毎回完璧に」ではなく「十分に確実に」機能するシステムは、閉鎖される。

進化はクモを自然の中で生き延びるために最適化した。工場は市場で利益を上げるために最適化しなければならず、それは別の問題である。

自然が無視するスケーリング則

より深い問題がある。自然のシステムは線形にはスケールしないし、そもそもまったくスケールしないことも多いのだ。

クモの紡糸管は、先端ではわずか数マイクロメートルの幅まで細くなる。シルク・ドープはごく少量ずつその中を流れ、完成した糸は、クモが作業しているときには毎秒数センチメートル、糸が強く引き出されたときには毎秒1メートル以上の速さで出てくる。こうした寸法が、特有の流体力学――層流、制御されたせん断力、イオンとpH勾配の予測可能な拡散――を生み出している。

では、これをスケールアップすることを想像してみよう。はるかに多くの糸を処理したいので、長さも幅も10倍の導管を作る。すると体積はおよそ1000倍になる。

物理はそれと一緒にはスケールしない。システムの表面積と体積の関係が、スケールによって変わるからだ。

管の線寸法を2倍にすると、表面積は4倍になるが、体積は8倍になる。これは熱の移動、拡散速度、混合の挙動に、数学的に避けられない形で影響を及ぼす。

さらに決定的なのは、流れの様式が変わることだ。クモの小さな導管は、粘性力が支配的な領域で動いている。流れはなめらかで予測可能だ。これをスケールアップし、経済的な処理能力を維持するために流量を上げると、クモが頼りにしているせん断、引き伸ばし、拡散、化学反応のバランスを保つのが難しくなる。幅の広い流路では、イオンやプロトンが横切って拡散するのに時間がかかり、タンパク質は組み上がるよりも速く変形させられてしまうかもしれない。

これを工学的な工夫で回避する簡単な方法はない。流体力学の方程式は非線形であり、スケールが違えば流体のふるまいも異なる。

単に大きな紡糸口金を作ればいいわけではない。大きな紡糸口金は、クモの解決策が通用しない別の物理的な領域で動くことになるのだ。

統合の問題

クモ糸生産システムは、クモの生理機能全体に組み込まれている。

絹糸腺には、すでに原料を分解・処理したクモの消化器系から栄養分が供給される。紡糸管のpH勾配は、クモの代謝によって動き、神経系によって制御される細胞によって維持されている。機械的な引き出し力はクモの脚から生まれ、固有受容感覚のフィードバックが、どれだけの速さで引き、どれだけの張力をかければよいかを正確にクモに伝えている。

温度管理はクモの体温が、イオンの供給はクモの血リンパ（血液）が、老廃物の除去はクモの排泄系が担っている。糸がうまく機能しなければ、クモは行動で補う。より強く引いたり、巣の構造を調整したり、丸ごと張り直したりするのだ。

このシステム全体がうまく機能するのは、文脈、制御、修正を自動的に与えてくれる生きた生物に組み込まれているからだ。

では、紡糸管だけを取り出して工場で再現してみよう。それを支えるシステムのすべてを人工的に用意しなければならない。イオンを循環させるポンプ、pHを管理する制御システム、温度調節、力センサーとフィードバックループ、そして何か問題が起きたときにそれを検知する分析機器が必要になる。

実質的には、不要な部分を除いたクモ全体を模倣しようとしていることになる。そして、それらをきれいに切り分けることはできないとわかる。

模倣しようとしている見事な解決策は、それを動かしている生物の内部でしか機能しない。

進化が気にしないコスト構造

クモが糸を作るのに、どれだけの「コスト」がかかるかを考えてみよう。

会計の観点からは、この問いには答えがない。クモは原料を買わない。獲物を捕まえ、消化し、そこから得たアミノ酸を使う。請求書もなければ、キログラム当たりの価格も、売上原価もない。

エネルギーはクモの代謝がまかなっており、その動力源は同じ獲物なので、電気代はかからない。設備資本である絹糸腺はクモの発生の過程で自然に形成されたので、減価償却の予定表もない。

クモの「製造施設」は自己複製し、自己保守し、その代価は現金ではなく獲物で支払われる。原料もエネルギーも同じである。品質管理は組み込みの神経フィードバックであり、労働力はクモ自身である。

では、工場が糸を作るのにかかるコストを考えてみよう。

– 原料：糖はキログラム当たり1ドルを大きく下回るが、タンパク質1キログラムにつき数キログラムが必要

– エネルギー：バイオリアクター、ポンプ、温度管理、精製のための電力

– 資本：バイオリアクター、紡糸設備、品質管理ラボ――時間とともに減価償却される

– 労働力：熟練したオペレーター、エンジニア、品質管理技術者

– 間接費：施設の保守、規制への対応、保険

– 廃棄物処理：使用済みの発酵液、失敗したバッチ、精製用の溶剤

クモが代謝で支払うあらゆるコストを、工場は現金で支払う。しかも多くの場合、その額は大きい。

進化が最適化したのは、これらのコストがすべてクモの通常の代謝と生物学的機能に組み込まれているシステムだった。私たちは、すべての投入物の代金を明示的に支払いながら、その産出物を再現しようとしている。

だからこそ、自然の模倣は、文字どおりに受け取る限り、ここではうまくいかなかった。私たちは、まったく異なる経済性と制約のもとで、ある製造工程の最終結果を模倣しようとしていたのだ。

誰かが自宅の台所で料理をするのを見て、「これを真似してレストランを開こう」と考えるようなものだ。家庭の料理人は、原価率も、労働効率も、保健所の規制も気にしない。レストランはそのすべてを気にしなければならない。同じレシピでも、文脈が違えばまったく異なる経済性が生まれるのである。

バイオミミクリーがうまくいくとき

公平を期すために言えば、バイオミミクリーが常に罠だというわけではない。ベルクロはうまくいった。抵抗を減らすサメの皮膚に着想を得た表面は、商業化に成功している。ヤモリに着想を得た接着剤は実際の製品になっている。

これらの成功例には共通点がある。工程ではなく、原理を模倣したことだ。

ベルクロはひっつき虫を育てようとはしない。工業用の織機で織ったナイロンのフックとループを使う。ループに引っかかるフックという仕組みは生物模倣的だが、実装は工業的である。

サメの皮膚に着想を得た表面は、サメの皮膚の生物学的な成長過程を再現しようとはしない。微細加工技術を使って、別の素材の上に似た表面パターンを作り出す。パターンは生物模倣的だが、生産は従来型の製造である。

失敗が起こるのは、生物学的な工程そのものを模倣し、工場を生物のようにふるまわせようとするときである。クモ糸はその筆頭の例だ。

クモは、生物学的な制約と生物学的な経済性によって形づくられた生物学的な工程によって糸を作る。その工程を、工業的な制約と工業的な経済性を持つ工業的な文脈の中で再現しようとするのは、カテゴリーの取り違えなのである。

深入りしたがゆえのサンクコスト

2000年代半ばまでに、多くのクモ糸研究者はこの問題を理解していた。出糸突起を再現し、自然の工程をできるだけ忠実に模倣するという純粋なバイオミミクリーのアプローチは、うまくいっていなかった。工程がクモの模倣に近づけば近づくほど、その工程は遅く、高くついた。

しかし、そのころまでに、このアプローチにはすでに数億ドルが費やされていた。企業は生物模倣的な紡糸を中心に技術基盤を築いていた。クモの生理学を専門とする生物学者を雇っていた。生物に着想を得た製造工程を記述した特許を出願していた。

バイオミミクリーから方向転換することは、根本的なアプローチが間違っていたと認め、何年分もの研究を損失として処理し、中核となる戦略を変えなければならない理由を投資家に説明することを意味した。

そのため、一部の企業は方向転換が遅れ、欠陥のある枠組みの中でわずかな改善を追い求め、パラメーターや条件を調整しながら、生物模倣的なアプローチをなんとか機能させようとし続けた。

いったんある方向に知的にも、財政的にも、組織的にも深く関与してしまうと、企業が針路を変えるのは難しい。

生き残った企業、つまりいまもクモ糸に取り組んでいる企業は、純粋なバイオミミクリーをおおむね捨てている。彼らはバイオインスピレーションとでも呼ぶべきものへと移行した。クモ糸の原理（タンパク質の構造、結晶・非晶構造）を使いながら、製造工程は工業の現実に合わせて完全に設計し直すのだ。

クモのタンパク質から離れ、糸の分子構造を借りた新しいタンパク質を設計している企業もある（学術研究室では合成ポリマーも設計されている）。彼らはクモの腺を作り直そうとはせず、自然の実装を模倣しようとせずに自然から概念だけを借りる、慎重な分子設計に頼っている。

こうしたアプローチは、うまくいくかもしれない。それはもはや、厳密な意味でのバイオミミクリーではない。

クモ糸が教えてくれたこと

クモ糸で失敗したのは戦略だった。この物語は、自然にあまりにも文字どおりに従うことが、いかに体系的に実現可能なイノベーションから遠ざけてしまうかを示すケーススタディなのだ。

工業用のクモ糸がいつか実現するとすれば、それはこの繊維が分子レベルで機能する理由を理解し、そのうえで、工業的な手法、工業的な経済性、工業的な制約のもとで同様の結果を実現する別の工程を設計することから生まれるだろう。

生き残った企業がたどってきたのは、おおむねその道である。糸の分子構造を借りながら、製造工程は工業の現実に合わせて設計し直すのだ。

クモは巣の中に座っている。私たちの抱えていない問題に対する、美しい解答として。業界は、それが優美に見えたからこそ、何年もかけて模倣しようとした。

関連記事

• レアアースのサプライチェーン――あらゆる現代機器の背後に潜む依存
• 老化の科学:私たちはなぜ老いるのか、なぜほとんど老いない種がいるのか、そして老化は避けられないのか
• 大停滞――生産性の伸びはなぜ鈍化し、回復はありうるのか

参考図書

Amazonのアソシエイトとして、Eikleafは適格販売により収入を得ています。以下の書籍リンクはアフィリエイトリンクです。リンク経由でご購入いただくと、追加費用なしで当サイトに少額の手数料が支払われる場合があります。

おすすめ動画

生成AIに関する免責事項

このページの内容の一部は、生成AIの支援を受けて作成および／または編集されています。

メディア

Vũ Bụi – Pexels

Andrii Lobur – Pexels

Chokniti Khongchum – Pexels

Soumyojit Sinha – Pexels

Engin Akyurt – Pexels

Sinan – Pexels

Erick Horta Reyes – Pexels

Rafael Minguet Delgado – Pexels

Jason Reid – Pexels

主な出典と参考文献

Gosline, Guerette, Ortlepp & Savage (1999). The mechanical design of spider silks: from fibroin sequence to mechanical function. Journal of Experimental Biology 202:3295 https://journals.biologists.com/jeb/article/202/23/3295/8324/The-mechanical-design-of-spider-silks-from-fibroin

Agnarsson, Kuntner & Blackledge (2010). Bioprospecting finds the toughest biological material: extraordinary silk from a giant riverine orb spider. PLoS ONE https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0011234

Spider silk module (extensibility and strength of radial threads) – L. Gross, University of Tennessee https://lgross.utk.edu/LGrossTIEMwebsite/home/gross/public_html/bioed/bealsmodules/spider.html

Spider silk – School of Chemistry, University of Bristol https://www.chm.bris.ac.uk/motm/spider/page2.htm

Selden, Shear & Sutton (2008). Fossil evidence for the origin of spider spinnerets. PNAS https://doi.org/10.1073/pnas.0809174106

Xu & Lewis (1990). Structure of a protein superfiber: spider dragline silk. PNAS 87:7120 https://doi.org/10.1073/pnas.87.18.7120

Nexia’s transgenic “spider goat” to produce milk of steel – The Globe and Mail (13 January 2000) https://www.theglobeandmail.com/report-on-business/nexias-transgenic-spider-goat-to-produce-milk-of-steel/article1035969/

Lazaris et al. (2002). Spider silk fibers spun from soluble recombinant silk produced in mammalian cells. Science https://doi.org/10.1126/science.1065780

Healthcare Acquisition Corp. definitive proxy statement, DEF 14A (12 July 2007; describes PharmAthene’s March 2005 purchase of Nexia’s Protexia assets) – SEC EDGAR https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/1326190/000114420407036639/v081056_def14a.htm

A web of possibilities: Utah researcher uses goats to make one of the strongest known substances – Deseret News (5 July 2011) https://www.deseret.com/2011/7/5/20374017/a-web-of-possibilities-utah-researcher-uses-goats-to-make-one-of-the-strongest-known-substances

USU spider silk research – Utah State University Today (2018) https://www.usu.edu/today/index.cfm?id=57744

100 Years of Insulin – US Food and Drug Administration https://www.fda.gov/about-fda/fda-history-exhibits/100-years-insulin

Scheller et al. (2001). Production of spider silk proteins in tobacco and potato. Nature Biotechnology https://doi.org/10.1038/89335

Teulé et al. (2012). Silkworms transformed with chimeric silkworm/spider silk genes spin composite silk fibers with improved mechanical properties. PNAS https://doi.org/10.1073/pnas.1109420109

Xu et al. (2018). Mass spider silk production through targeted gene replacement in Bombyx mori. PNAS https://doi.org/10.1073/pnas.1806805115

Mi et al. (2023). High-strength and ultra-tough whole spider silk fibers spun from transgenic silkworms. Matter https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.08.013

Edlund, Jones, Lewis & Quinn (2018). Economic feasibility and environmental impact of synthetic spider silk production from Escherichia coli. New Biotechnology https://doi.org/10.1016/j.nbt.2017.12.006

Comparing spider silk production technologies – Kraig Biocraft Laboratories (company marketing page) https://www.kraiglabs.com/comparison/

Knight & Vollrath (2001). Changes in element composition along the spinning duct in a Nephila spider. Naturwissenschaften https://doi.org/10.1007/s001140100220

Andersson et al. (2014). Carbonic anhydrase generates CO2 and H+ that drive spider silk formation via opposite effects on the terminal domains. PLoS Biology https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1001921

Young, Holland, Shao & Vollrath (2021). Spinning conditions affect structure and properties of Nephila spider silk. MRS Bulletin 46:915 https://doi.org/10.1557/s43577-021-00194-1

Rammensee, Slotta, Scheibel & Bausch (2008). Assembly mechanism of recombinant spider silk proteins. PNAS https://doi.org/10.1073/pnas.0709246105

Holland, Terry, Porter & Vollrath (2006). Comparing the rheology of native spider and silkworm spinning dope. Nature Materials https://doi.org/10.1038/nmat1762

Andersson et al. (2017). Biomimetic spinning of artificial spider silk from a chimeric minispidroin. Nature Chemical Biology https://www.nature.com/articles/nchembio.2269

Kevlar Aramid Fiber Technical Guide – DuPont (archived copy) https://web.archive.org/web/20250503122604/https://www.dupont.com/content/dam/dupont/amer/us/en/safety/public/documents/en/Kevlar_Technical_Guide_0319.pdf

US3767756A – Dry jet wet spinning process (DuPont) – Google Patents https://patents.google.com/patent/US3767756A/en

US4134882A – Poly(ethylene terephthalate) filaments (DuPont) – Google Patents https://patents.google.com/patent/US4134882A/en

Spider silk cape goes on show at V&A – The Guardian (24 January 2012) https://www.theguardian.com/artanddesign/2012/jan/24/spider-silk-cape-show

Golden spider silk – Victoria and Albert Museum https://www.vam.ac.uk/articles/golden-spider-silk

Largest item of clothing woven from spider silk (1,896 g cape, V&A, 2012) – Guinness World Records https://www.guinnessworldrecords.com/world-records/101277-largest-item-of-clothing-woven-from-spider-silk

Réaumur’s assessment of Bon’s spider silk (55,296 and 663,552 spiders per pound), in Barrow (1758), vol. 2 – Heidelberg University Library digital copy https://digi.ub.uni-heidelberg.de/diglit/barrow1758bd2/0307

Spider silk and Réaumur’s 55,296-spider estimate – Household Words, vol. II (1850), Dickens Journals Online https://djo.org.uk/household-words/volume-ii/page-67.html

Liebsch, Fliess, Kuhbier, Vogt & Strauss (2020). Nephila edulis: breeding and care under laboratory conditions. Development Genes and Evolution 230:203 https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7127998/

Bolt Threads brings a glimpse of the future of advanced materials to SXSW (Microsilk tie) – PR Newswire (10 March 2017) https://www.prnewswire.com/news-releases/bolt-threads-brings-a-glimpse-of-the-future-of-advanced-materials-to-sxsw-300421756.html

Givaudan acquires AMSilk’s cosmetics business – Labiotech.eu (2019) https://www.labiotech.eu/trends-news/givaudan-amsilk-spider-silk-cosmetics/

AMSilk’s silk protein yarns debut in Balenciaga collection (Spring 2026) – AMSilk https://www.amsilk.com/amsilks-silk-protein-yarns-debut-in-balenciaga-collection/

Spiber officially commences operations under new management – Spiber (2026) https://spiber.inc/en/news/new-spiber

Spiber out-of-court workout – Business Insider Japan (March 2026) https://www.businessinsider.jp/article/2603-spiber-out-of-court-workout/

Kraig Biocraft Laboratories ships its first commercial spider silk yarn order – Kraig Biocraft Laboratories (29 September 2026) https://www.kraiglabs.com/kraig-biocraft-laboratories-ships-its-first-commercial-spider-silk-yarn-order-for-performance-sports-brand/

History – Kraig Biocraft Laboratories https://www.kraiglabs.com/history/

From Human Genome to Materials “Genome” – US DOE Office of Science (2014) https://science.osti.gov/Science-Features/News-Archive/Featured-Articles/2014/127050

Materials Market Report 2025 – Textile Exchange https://textileexchange.org/app/uploads/2025/09/Materials-Market-Report-2025.pdf

Outlook of the global aramid fiber industry – Doshine (vendor page) https://www.doshinematerial.com/news/outlook-of-the-global-aramid-fiber-industry-84086734.html

Nylon 6 and nylon 66 price guide – Zhejiang Derun (vendor page) https://www.derunnylon.com/News/nylon-6-and-nylon-66-price-guide-costprice-per-kg-from-china

Margins by sector (US), January 2026 – A. Damodaran, NYU Stern https://pages.stern.nyu.edu/~adamodar/New_Home_Page/datafile/margin.html

World Bank Commodity Price Data (Pink Sheet), October 2026 https://thedocs.worldbank.org/en/doc/74e8be41ceb20fa0da750cda2f6b9e4e-0050012026/related/CMO-Pink-Sheet-October-2026.pdf

The Velcro IP story – WIPO https://www.wipo.int/en/web/ip-advantage/w/stories/the-velcro-ip-story

Wang, Q. & Schniepp, H. C. (2018). Strength of Recluse Spider’s Silk Originates from Nanofibrils. ACS Macro Letters, 7(11), 1364–1370 (author PDF) https://nanomat.as.wm.edu/wiki/_media/public/news/blog/2018-paper-nanofibrils_in_recluse_silk.pdf

Dyneema comprehensive fact sheet – Van Walt https://www.vanwalt.com/pdf/fact-sheets/Dyneema-Comprehensive-factsheet-UHMWPE.pdf

Nyffeler & Birkhofer (2017). An estimated 400-800 million tons of prey are annually killed by the global spider community. The Science of Nature https://doi.org/10.1007/s00114-017-1440-1