TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
Cheryl Hayashi: So großartig ist Spinnenseide
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Cheryl Hayashi untersucht Spinnenseide, ein natürliches Höchstleistungsmaterial. Jede Spinnenart kann bis zu 7 verschiedene Arten von Seide herstellen. Wie machen sie das? Hayashi erklärt es auf DNA-Ebene -- und zeigt uns dann wie dieses extrem starke, extrem flexible Material inspirieren kann.
Cheryl Hayashi - Spider silk scientist
Cheryl Hayashi studies the delicate but terrifically strong silk threads that make up a spider's web, finding startling applications for human use. Full bio
Cheryl Hayashi studies the delicate but terrifically strong silk threads that make up a spider's web, finding startling applications for human use. Full bio
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00:16
I'm here to spread the word about the
0
1000
2000
Ich bin hier um zu berichten, wie
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
großartig Spinnen sind
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
und wie viel wir von ihnen lernen können.
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
Spinnen sind echte Weltbürger.
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
Man findet Spinnen in nahezu
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
jedem Lebensraum an Land.
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
Dieser rote Punkt markiert
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
das Große Nordamerikanische Becken
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
und ich gehöre zu einem Projekt zur
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
alpinen Biodiversität dort, zusammen mit einigen Kooperationspartnern.
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
Hier ist einer unserer Forschungsplätze,
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
und um Euch einen Eindruck seiner Größe zu vermitteln,
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
dieser kleine blaue Fleck hier,
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
das ist einer meiner Mitarbeiter.
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
Dies ist eine felsige und karge Landschaft,
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
trotzdem gibt es hier einige Spinnen.
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
Beim Umdrehen von Steinen fand wir diese Krabbenspinne,
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
die einen Käfer packt.
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
Spinnen gibt es nicht nur überall,
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
sie sind auch extrem vielfältig.
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
Es gibt über 40.000 beschriebene Arten
01:04
of spiders.
21
49000
1000
von Spinnen.
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
Um diese Zahl einordnen zu können,
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
ist hier eine Grafik, die die 40.000
01:09
species of spiders
24
54000
2000
Spinnenarten
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
mit den 400 Arten von Primaten vergleicht.
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
Es gibt zwei Größenordnungen mehr
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
Spinnen als Primaten.
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
Außerdem sind die Spinnen extrem alt.
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
Hier unten,
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
das ist die geologische Zeitskala
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
und die Zahlen entsprechen Millionen
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
Jahren, gerechnet von der Gegenwart, also diese Null hier
01:29
that would be today.
33
74000
2000
entspricht dem Heute.
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
Was dieses Diagramm veranschaulicht, ist dass es Spinnen
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
seit fast 380 Millionen Jahren gibt.
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
Um einen Vergleich zu haben, diese rote
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
dieser vertikale Balken hier zeigt die Abspaltung
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
des Menschen vom Schimpansen,
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
vor gerade einmal sieben Millionen Jahren.
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
All Spinnen stellen im Lauf
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
ihres Lebens Seide her.
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
Die meisten Spinnen verwenden unglaubliche Mengen an Seide,
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
und Seide ist für sie unersetzlich für ihr Überleben
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
und ihre Fortpflanzung
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
Sogar fossile Spinnen konnten Seide produzieren,
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
wie wir an diesem Abdruck einer
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
Spinndrüse bei diesem Spinnenfossil sehen können.
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
Dies bedeutet nun, dass es sowohl Spinnen
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
als auch Spinnenseide seit
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
380 Millionen Jahren gibt.
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
Es dauert nicht lang, wenn man mit Spinnen arbeitet,
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
bis man feststellt, wie essentiell Seide für
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
nahezu jeden Aspekt ihres Lebens ist.
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
Spinnen verwenden Seide für viele Zwecke, unter anderem
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
für den anhängenden Abseilfaden,
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
um Eier zur Fortpflanzung zu umhüllen,
02:33
protective retreats
57
138000
2000
für Schutzbauten
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
und um Beute zu fangen.
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
Es gibt viele Arten von Spinnenseide.
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
Diese Gartenkreuzspinne, zum Beispiel kann
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
sieben verschiedene Arten von Seide herstellen.
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
Wenn Ihr Euch dieses Radnetz anschaut, seht Ihr
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
eigentlich verschiedene Arten von Seidenfäden.
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
Der Rahmen und die Radien
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
bestehen aus einer Art Seide,
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
während die Fangspirale ein Gemisch
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
aus zwei verschiedenen Seiden ist:
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
aus dem Filament und dem Anheftepunkt.
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
Wie stellt eine einzelne Spinne
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
so viele verschiedene Arten von Seide her?
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
Um diese Frage zu beantworten, muss man sich die Region
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
um die Spinndrüse einer Spinne genauer ansehen.
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
Die Seide kommt nun also aus den Spinndrüsen, and für
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
uns Spinnenseiden-Biologen, ist es dieses, was
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
wir die "Mündung" der Spinne nennen. (Lachen)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
Wir verbringen lange Tage ...
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
Hey! Lacht nicht. Das ist mein Leben.
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
(Lachen)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
Wir verbringen lange Tage und Nächte damit,
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
auf diesen Teil der Spinne zu starren.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
Und wir sehen Folgendes.
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
Man kann verschiedene Fäden
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
aus den Spinndrüsen kommen sehen, weil
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
jede Spinndrüse mehrere Spinnwarzen trägt.
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
Jeder dieser Seidenfäden kommt aus der Spinnwarze
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
und wenn man die Fäden zurück
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
in die Spinne verfolgen würde, würde man sehen, dass
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
jede Spinnwarze mit ihrer eigenen individuellen
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
Seidendrüse verbunden ist. Eine Seidendrüse sieht in etwa aus wie ein Sack,
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
in dem sich eine Menge Seidenprotein befindet.
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
Also wenn Ihr jemals die Gelegenheit habt, eine
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
Radnetzspinne zu sezieren,
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
und ich hoffe das,
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
werdet Ihr Unmengen
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
schöner, durchsichtiger Seidendrüsen finden.
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
In jeder Spinne gibt es hunderte
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
Seidendrüsen, manchmal sogar tausende.
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
Man kann diese in sieben Kategorien zusammenfassen.
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
Sie unterscheiden sich in Größe, Form
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
und manchmal sogar Farbe.
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
In einer Radnetzspinne
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
kann man sieben Arten von Seidendrüsen finden,
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
und das habe ich in diesem Bild skizziert,
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
fangen wir mit der Ein-Uhr-Position an,
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
es gibt tubuliforme Seidendrüsen, welche dazu dienen
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
die äußere Seidenhülle eines Eisacks herzustellen.
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
Es gibt aggregieren und flagelliform Seidendrüsen,
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
die gemeinsam die klebrige
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
Fangspirale eines Radnetzes bilden.
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
Birnenförmige Seidendrüsen stellen den
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
Anheftezement her -- das ist die Seide, die benutzt wird, um
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
Seidenfäden an einem Untergrund zu befestigen.
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
Außerdem gibt es aciniforme Seide,
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
die verwendet wird, um Beute einzuhüllen.
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
Die Seide aus den kleineren Ampullendrüsen wird für den Netzbau eingesetzt.
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
Und die am besten untersuchte Seidenart
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
von allen: die Seide der großen Ampullendrüse.
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
Das ist die Seide, aus der der Rahmen
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
und die Radien eines Radnetzes gemacht sind, und auch
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
der Abseilfaden.
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
Aber was genau ist eigentlich Spinnenseide?
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
Spinnenseide besteht fast vollständig aus Protein.
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
Nahezu all diese Proteine können anhand
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
einer einzigen Genfamilie erklärt werden,
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
das heißt also, dass die Vielfalt von Seidenarten,
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
die wir heute sehen, in einer einzigen Genfamilie verschlüsselt ist,
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
sodass, vermutlich, die ersten Spinnenvorfahren
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
nur eine Art von Seide herstellten,
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
und dass sich das Seidengen im Lauf der letzten
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
380 Millionen Jahre repiliziert
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
und dann diversifiziert und spezialisiert hat,
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
immer und immer und immer wieder, um
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
die vielfältigen Ausprägungen von Spinnenseide zu bedingen,
05:42
that we have today.
134
327000
3000
wie wir sie heute vorfinden.
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
Einige Merkmale haben all diese Seidenarten
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
gemeinsam. Sie haben alle ein gemeinsames
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
Design, z.B. sind sie alle sehr lang --
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
irgendwie überirdisch lang
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
im Vergleich zu anderen Proteinen.
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
Sie wiederholen sich oft und haben große Anteile
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
an den Aminosäuren Glycin und Alanin.
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
Um Euch einen Eindruck zu vermitteln,
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
wie ein Spinnenseidenprotein aussieht,
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
ist hier ein Protein der Abseilfaden-Seide,
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
es ist nur ein Abschnitt,
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
und stammt von der Schwarten Witwe.
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
Das ist die Art von Sequenz, die ich
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
unheimlich gerne Tag und Nacht anschaue. (Lachen)
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
Also, was Ihr hier seht, sin Abkürzungen aus
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
einzelnen Buchstaben für Aminosäuren, und ich habe
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
die Glycine grün eingefärbt,
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
und die Alanine rot, sodass
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
Ihr sehen könnt, dass es einfach viele G's und A's sind.
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
Außerdem seht Ihr, dass es viele kurze
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
Sequenzmotive gibt, die sich immer und immer
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
wieder wiederholen, z.B. gibt es viele
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
was wir Polyalanine nennen, einfach wiederholte A's,
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
AAAA. Es gibt GGQ. Und GGY.
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
Man kann sich diese kurzen Motive,
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
die immer wieder auftreten, als Wörter vorstellen,
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
und diese Wörter bilden Sätzen.
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
So wäre das z.B. ein Satz,
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
und man bekäme diesen grünen Bereich bekommen
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
und das rote Polyalanin, das sich
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
immer und immer wiederholt,
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
und das kann hunderte und
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
aberhunderte Male innerhalb
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
einem einzigen Seidenmolekül vorkommen.
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
Seiden, die von derselben Spinne produziert werden, können
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
unheimlich verschiedene Wiederholsequenzen aufweisen.
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
Oben im Bild, seht Ihr
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
die Wiederholeinheit für den Abseilfaden
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
einer Wespenspinne.
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
Sie ist kurz. Und unten im Bild,
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
das ist die Wiederholsequenz für den
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
Eikokon, oder das tubuliforme Seidenprotein,
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
von der exakt selben Spinne. Und Ihr seht,
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
wie unglaublich unterschiedlich
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
diese beiden Seidenproteine sind -- nun das ist
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
die Art von Schönheit der Diversifizierung
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
innerhalb der Spinnenseiden-Genfamilie.
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
Ihr seht, dass sich die Wiederholeinheiten in ihrer
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
Länge unterscheiden. Aber sie unterscheiden sich auch in der Abfolge.
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
Deshalb habe ich die Glycine wieder grün
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
und die Alanine rot eingefärbt, und die Serine –
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
das ist der Buchstabe S – lila. Und Ihr seht,
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
dass die obere Einheit fast vollständig aus
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
Grün und Rot zusammengestzt werden kann,
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
während die untere Einheit einen
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
substantiellen Anteil Lila aufweist.
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
Wir Seidenbiologen versuchen nun, diese
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
Abfolgen, diese Aminosäuresequenzen
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
mit den mechanischen Eigenschaften
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
der Seidenfäden in Verbindung zu setzen.
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
Nun ist es wirklich praktisch, dass Spinnen ihre Seide
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
vollständig außerhalb ihres Körpers nutzen.
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
Das macht es wirklich, wirklich einfach, Spinnenseide
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
im Labor zu untersuchen, weil
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
wir tatsächlich, also, sie in Luft zu untersuchen
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
das ist genau die Umgebung, in der
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
Spinnen ihre Seidenproteine wirklich nutzen.
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
Das macht es so gut zugänglich, die Eigenschaften der Seide
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
anhand von Methoden wie Dehnungsversuchen, das ist
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
im Wesentlichn, an einem Ende
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
der Faser zu ziehen.
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
Das sind Spannungs-Dehnungs-Kennlinien
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
aus Dehnungsversuchen an
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
fünf von derselben Spinne produzierten Fäden.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
Was man daran sieht, ist, das
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
die fünf Fasern unterschiedliches Verhalten zeigen.
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
Insbesondere, wenn man die Hochachse anschaut,
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
das ist dieSpannung. Wenn man auf den maximalen Betrag
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
der Spannung für jede dieser Fasern nimmt,
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
erkennt man, dass sie sich stark unterscheiden,
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
und dass, in der Tat, der Abseilfaden, oder Seide der großen Ampullendrüse,
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
die stärkste dieser Fasern ist.
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
Wir glauben, dass ist weil die Abseilfaden-Seide,
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
die verwendet wird um Rahmen und Gerüst
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
für ein Netz zu fertigen, sehr kräftig sein muss.
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
Andererseits, wenn man die Dehnung
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
nimmt -- d.h. wie weit eine Faser
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
verlängert werden kann -- wenn man sich hier die
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
Maximalwerte ansieht, gibt es wiederum große Unterschiede
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
und der klare Sieger ist die birnenförmige,
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
bzw. die Fäden der Fangspirale.
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
Tatsächlich kann diese Faser auf
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
über das Doppelte ihrer ursprünglichen Länge gedehnt werden.
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
Seidenfasern unterscheiden sich also in ihrer Stärke
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
und auch in ihrer Dehnbarkeit.
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
Im Fall der Fangspirale
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
muss sie dehnbar sein, um den
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
Impuls eines fliegenden Beutetiers aufzunehmen.
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
Wenn sie nicht so flexibel wäre, dann
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
würde im Grunde, wenn ein Insekt das Netz trifft,
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
dieses wie von einem Trampolin einfach zurückgeworfen werden.
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
Wenn das Netz also vollständig aus
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
Abseilfaden-Seide bestünde, wäre es sehr wahrscheinlich,
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
dass ein Insekt einfach abprallt. Aber indem es die unheimlich
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
dehnbare Fangspiralseide verwendet, kann das Netz
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
den Aufprall der erwischten Beute
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
tatsächlich abfangen.
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
Die Fasern, die eine einzelne Spinne herstellen kann,
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
sind schon ziemlich vielfältig.
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
Wir nennen das den Werkzeugkasten der Spinne.
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
Damit kann die Spinne
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
mit ihrer Umgebung interagieren.
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
Aber wie sieht es mit Unterschieden zwischen verschiedenen
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
Spinnenarten aus, also wenn man eine Art von Seide betrachtet
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
und diese bei verschiedenen Spinnenarten vergleicht?
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
Dieses Feld ist weitgehend unerforscht,
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
aber es gibt ein paar Daten, die ich Euch zeigen kann.
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
Dies zeigt den Vergleich der Festigkeit
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
von Abseilfadenseide, die von
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
21 verschiedenen Spinnenarten gesponnen wurde.
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
Einige davon sind Radnetzspinnen und
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
einige sind Spinnen, die keine Netze bauen.
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
Es wurde vermutet, dass
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
Radnetzspinnen, wie diese Wespenspinne hier,
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
die steifste Abseilfadenseide haben sollten,
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
weil sie fliegende Beutetiere abfangen muss.
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
Was Ihr in diesem Festigkeitsdiagramm seht,
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
ist, je weiter oben der schwarze Punkt auf dem Diagramm ist,
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
desto fester.
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
Die 21 Arten sind in dieser Phylogenie dargestellt,
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
in diesem Evolutionsbaum, der ihre genetische
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
Verwandtschaft darstellt, und ich habe
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
die Radnetzspinnen gelb gefärbt.
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
Wenn Ihr genau diese beiden roten Pfeile nehmt,
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
diese zeigen die Festigkeitsdaten
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
für die Abseilfäden von Nephila Clavipes und
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
Araneus Diademtus.
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
Das sind die beiden Spinnenarten,
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
für die der Großteil an Zeit und Geld
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
in der Forschung zu synthetischer Spinnenseide dafür verwendet wurde,
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
ihre Abseilfadenproteine nachzuahmen.
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
Dabei sind ihre Abseilfäden nicht einmal die stärksten.
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
Tatsächlich, ist der steifste Abseilfaden in dieser Untersuchung
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
diese hier in diesem weißen Bereich,
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
eine Spinne, die keine Netze baut.
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
Dies ist der Abseilfaden von Scytodes,
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
der Speispinne.
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
Scytodes verwendet überhaupt kein Netz
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
um Beute zu fangen. Statt dessen, lauert
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
Scytodes und wartet, dass die Beute
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
nah genug heran kommt, und betäubt sie dann,
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
indem sie ein seidenartiges Gift auf das Insekt sprüht.
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
Stellt Euch das vor wie Jagen mit Sprühkonfetti.
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
So erlegt Scytodes ihre Beute.
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
Wir wissen nicht, warum die Speispinne
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
einen so festen Abseilfaden braucht,
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
aber unerwartete Ergebnisse wie dieses, machen
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
die Suche in der Biologie so aufregend und lohnenswert.
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
Sie befreien uns von den Grenzen
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
unserer Vorstellungskraft.
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
Ich markiere nun im Festigkeitsdiagramm
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
die Werte für Nylonfaden,
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
Bombyx -- Seide von gezüchteten Seidenspinnern --
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
Wolle, Kevlar und Karbonfaser.
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
Und was Ihr seht, ist, dass fast alle
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
von den Abseilfäden der Spinnen übertroffen werden.
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
Es ist die Kombination aus Stärke, Dehnbarkeit
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
und Festigkeit, die Spinnenseide so
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
einzigartig macht, und Biomemetiker aufmerken
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
ließ – Leute, die versuchen, in der
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
Natur neue Lösungsansätze zu finden.
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
Und die Stärke, Dehnbarkeit und Festigkeit
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
von Spinnenseide, zusammen mit der Tatsache,
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
dass Seide keine Immunreaktion hervorruft,
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
hat einiges Aufsehen erregt, in Bezug auf den Einsatz
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
von Spinnenseide in biomedizinischen Anwendungen,
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
z.B. als Bestandteil von
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
künstlichen Sehnen, oder als
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
Orientierungshilfen, um Nerven nachwachsen zu lassen,
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
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3000
und als Gerüste für das Gewebewachstum.
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Spider silks also have a lot of potential
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Außerdem haben Spinnenseiden ein hohes Potential
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for their anti-ballistic capabilities.
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aufgrund ihrer Fähigkeit zur Raketenabwehr.
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Silks could be incorporated into body
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Seide könnte in Panzerung für Körper und
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and equipment armor that would be more
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Ausrüstung integriert werden, die sehr viel
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lightweight and flexible
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leichter und flexibler wäre
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than any armor available today.
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als jede heute erhältliche Panzerung.
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In addition to these biomimetic
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Neben diesen biomimetischen
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applications of spider silks,
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Anwendungen von Spinnenseide,
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personally, I find studying spider silks
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finde ich das Studium der Spinnenseide
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just fascinating in and of itself.
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um seiner selbst willen faszinierend.
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I love when I'm in the laboratory,
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4000
Ich liebe es, wenn ich im Labor bin,
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a new spider silk sequence comes in.
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und eine neue Spinnenseiden-Sequenz erhalte.
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That's just the best. (Laughter)
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Das ist einfach das Größte. (Lachen)
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It's like the spiders are sharing
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Es ist, als ob die Spinnen mir ein
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an ancient secret with me, and that's why
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uraltes Geheimnis verraten würden, und deshalb
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I'm going to spend the rest of my life
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2000
werde ich den Rest meines Lebens damit verbringen,
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studying spider silk.
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Spinnenseide zu studieren.
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The next time you see a spider web,
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Das nächste Mal, wenn Ihr ein Spinnennetz seht,
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please, pause and look a little closer.
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bitte, haltet inne und schaut genauer hin.
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You'll be seeing one of the most
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Ihr werdet eines der besten bekannten
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high-performance materials known to man.
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Höchstleistungsmaterialien sehen.
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To borrow from the writings
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Um die Werke einer Spinne
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of a spider named Charlotte,
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namens Charlotte zu zitieren,
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silk is terrific.
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Seide ist großartig.
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Thank you. (Applause)
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Danke sehr. (Applaus)
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(Applause)
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1000
(Applaus)
ABOUT THE SPEAKER
Cheryl Hayashi - Spider silk scientistCheryl Hayashi studies the delicate but terrifically strong silk threads that make up a spider's web, finding startling applications for human use.
Why you should listen
Biologist Cheryl Hayashi is fascinated with spiders and their silks, and for good reason. Made of a mix of proteins, spider silks come in thousands of variations; there are over 40,000 species of spiders, with many spiders capable of producing half a dozen types. Some silks have the tensile strength of steel -- and often are much tougher -- while remaining light as air and extremely supple. And spiders use their silk in diverse ways: to make their homes and trap their food, to travel, to court and to protect their eggs.
In her lab at UC Riverside, Hayashi explores spider silk’s genetic makeup, evolution and unique biomechanics (winning a MacArthur “genius" grant for it in 2007). Her work blurs the boundary between biology and materials science, looking for the molecular basis of this wondrous material and exploring how humans might learn from it. Hayashi's work may inspire new biomimetic materials for a huge variety of uses, from biodegradable fishing lines and sutures to superstrong ropes and armor cloth.
Cheryl Hayashi | Speaker | TED.com