ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Cheryl Hayashi | Speaker | TED.com
TED2010

Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk

Cheryl Hayashi: La magnifica seta del ragno

Filmed:
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Cheryl Hayashi studia la seta prodotta dal ragno, uno dei materiali naturali a più alta efficienza. Ogni specie di ragno ne può produrre fino a 7 tipi diversi. Come ci riescono? La Hayashi ce ne spiega il funzionamento a livello di DNA - e poi descrive alcune idee per l'utilizzo di questo materiale incredibilmente flessibile e resistente.
- 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

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00:16
I'm here to spreaddiffusione the wordparola about the
0
1000
2000
Mi trovo qui per parlare a tutti
00:18
magnificencemagnificenza of spidersragni
1
3000
2000
della magnificenza dei ragni
00:20
and how much we can learnimparare from them.
2
5000
3000
e di quanto possiamo imparare da loro.
00:23
SpidersRagni are trulyveramente globalglobale citizenscittadini.
3
8000
2000
I ragni sono dei veri cittadini globali.
00:25
You can find spidersragni in nearlyquasi
4
10000
2000
Se ne trovano esemplari in quasi
00:27
everyogni terrestrialterrestre habitathabitat.
5
12000
2000
tutti gli habitat terrestri.
00:29
This redrosso dotpunto marksvotazione
6
14000
2000
Questo puntino rosso indica
00:31
the Great BasinBacino of NorthNord AmericaAmerica,
7
16000
2000
il Grande Bacino del Nord America,
00:33
and I'm involvedcoinvolti with an alpinealpino biodiversitybiodiversità
8
18000
2000
dove sto lavorando con alcuni collaboratori
00:35
projectprogetto there with some collaboratorscollaboratori.
9
20000
2000
a un progetto di biodiversità alpina.
00:37
Here'sQui è one of our fieldcampo sitessiti,
10
22000
2000
Qui vedete una nostra postazione,
00:39
and just to give you a sensesenso of perspectiveprospettiva,
11
24000
2000
e tanto per darvi un'idea della prospettiva,
00:41
this little blueblu smudgesfumino here,
12
26000
2000
questa macchiolina qui
00:43
that's one of my collaboratorscollaboratori.
13
28000
2000
è uno dei miei collaboratori.
00:45
This is a ruggedrobusto and barrensterile landscapepaesaggio,
14
30000
3000
E' un paesaggio aspro e brullo,
00:48
yetancora there are quiteabbastanza a fewpochi spidersragni here.
15
33000
2000
eppure qui vivono alcuni tipi di ragni.
00:50
TurningTornitura rocksrocce over revealedha rivelato this crabgranchio spiderragno
16
35000
4000
Sollevando una pietra c'era questo ragno granchio
00:54
grapplingalle prese with a beetlescarafaggio.
17
39000
2000
alle prese con un coleottero.
00:56
SpidersRagni are not just everywhereovunque,
18
41000
3000
I ragni non si trovano dappertutto,
00:59
but they're extremelyestremamente diversediverso.
19
44000
2000
ma ne esistono specie molto diverse.
01:01
There are over 40,000 describeddescritta speciesspecie
20
46000
3000
Esistono più di 40.000 specie catalogate
01:04
of spidersragni.
21
49000
1000
fino ad oggi.
01:05
To put that numbernumero into perspectiveprospettiva,
22
50000
2000
Per darvi un'idea,
01:07
here'secco a graphgrafico comparingconfrontando the 40,000
23
52000
2000
ecco un grafico che raffronta le 40.000
01:09
speciesspecie of spidersragni
24
54000
2000
specie di ragni
01:11
to the 400 speciesspecie of primatesprimati.
25
56000
2000
con le 400 dei primati.
01:13
There are two ordersordini of magnitudemagnitudine more
26
58000
2000
I ragni hanno due ordini di magnitudine
01:15
spidersragni than primatesprimati.
27
60000
2000
in più dei primati.
01:17
SpidersRagni are alsoanche extremelyestremamente oldvecchio.
28
62000
4000
I ragni sono anche molto antichi.
01:21
On the bottomparte inferiore here,
29
66000
2000
Qui in basso
01:23
this is the geologicgeologico timescaletempi,
30
68000
2000
c'è la cronistoria geologica;
01:25
and the numbersnumeri on it indicateindicare millionsmilioni
31
70000
2000
i numeri indicano milioni di anni
01:27
of yearsanni from the presentpresente, so the zerozero here,
32
72000
2000
fino al presente, e lo zero
01:29
that would be todayoggi.
33
74000
2000
è oggi.
01:31
So what this figurefigura showsSpettacoli is that spidersragni
34
76000
3000
Questa cifra mostra che i ragni
01:34
dateData back to almostquasi 380 millionmilione yearsanni.
35
79000
4000
risalgono a quasi 380 milioni di anni fa.
01:38
To put that into perspectiveprospettiva, this redrosso
36
83000
2000
Per capire, questa linea rossa verticale
01:40
verticalverticale barbar here marksvotazione the divergencedivergenza time
37
85000
3000
segna il punto di separazione
01:43
of humansgli esseri umani from chimpanzeesscimpanzé,
38
88000
3000
degli umani dagli scimpanzé,
01:46
a meresemplice sevenSette millionmilione yearsanni agofa.
39
91000
3000
appena sette milioni di anni orsono.
01:49
All spidersragni make silkseta
40
94000
2000
Tutti i ragni producono seta
01:51
at some pointpunto in theirloro life.
41
96000
2000
prima o poi nella loro vita.
01:53
MostMaggior parte spidersragni use copiouscopiosa amountsquantità of silkseta,
42
98000
3000
La maggior parte ne usa in abbondanza,
01:56
and silkseta is essentialessenziale to theirloro survivalsopravvivenza
43
101000
2000
e la seta è essenziale per la loro sopravvivenza
01:58
and reproductionriproduzione.
44
103000
2000
e la loro riproduzione.
02:00
Even fossilfossile spidersragni can make silkseta,
45
105000
2000
Ne producevano anche anticamente,
02:02
as we can see from this impressionimpressione of
46
107000
2000
come possiamo vedere dalle ghiandole sericigene
02:04
a spinneretfiliera on this fossilfossile spiderragno.
47
109000
3000
di questo fossile.
02:07
So this meanssi intende that bothentrambi spidersragni
48
112000
2000
Questo vuol dire che sia i ragni
02:09
and spiderragno silkseta have been around
49
114000
2000
che la loro seta hanno abitato la terra
02:11
for 380 millionmilione yearsanni.
50
116000
4000
per 380 milioni di anni.
02:16
It doesn't take long from workinglavoro with spidersragni
51
121000
3000
Se lavorate coi ragni non ci metterete molto a capire
02:19
to startinizio noticingnotando how essentialessenziale silkseta is
52
124000
3000
quanto la seta sia essenziale
02:22
to just about everyogni aspectaspetto of theirloro life.
53
127000
3000
in quasi tutti gli aspetti della loro vita.
02:25
SpidersRagni use silkseta for manymolti purposesscopi, includingCompreso
54
130000
3000
I ragni la usano per molti scopi,
02:28
the trailingfinali safetysicurezza draglinedella gru a cingoli,
55
133000
2000
tra cui la tessitura di sicurezza,
02:30
wrappingavvolgimento eggsuova for reproductionriproduzione,
56
135000
3000
per avviluppare le proprie uova,
02:33
protectiveprotettivo retreatsritiri
57
138000
2000
per la creazione di rifugi
02:35
and catchingattraente preypreda.
58
140000
2000
e per catturare le prede.
02:37
There are manymolti kindstipi of spiderragno silkseta.
59
142000
2000
Ci sono molti tipi di seta.
02:39
For exampleesempio, this gardengiardino spiderragno can make
60
144000
3000
Ad esempio, il ragno giardiniere ne può
02:42
sevenSette differentdiverso kindstipi of silkssete.
61
147000
2000
produrre sette diversi tipi.
02:44
When you look at this orbOrb webweb, you're actuallyin realtà
62
149000
2000
In questa ragnatela 'a sfera' o circolare potete vedere
02:46
seeingvedendo manymolti typestipi of silkseta fibersfibre.
63
151000
3000
molti tipi di fibra di seta.
02:49
The frametelaio and radiiraggi of this webweb
64
154000
2000
La struttura di base e i raggi della tela
02:51
is madefatto up of one typetipo of silkseta,
65
156000
3000
sono costituiti da un tipo di seta,
02:54
while the capturecatturare spiralspirale is a compositecomposito
66
159000
2000
mentre la spirale per la cattura è composta
02:56
of two differentdiverso silkssete:
67
161000
2000
da due tipi diversi di seta:
02:58
the filamentfilamento and the stickyappiccicoso dropletgocciolina.
68
163000
3000
il filamento e le micro-gocce vischiose.
03:01
How does an individualindividuale spiderragno
69
166000
3000
Ma come può un singolo ragno
03:04
make so manymolti kindstipi of silkseta?
70
169000
3000
produrre sete così diverse?
03:07
To answerrisposta that, you have to look a lot closerpiù vicino
71
172000
2000
Per capirlo bisogna osservare da vicino
03:09
at the spinneretfiliera regionregione of a spiderragno.
72
174000
2000
la zona delle filiere del ragno.
03:11
So silkseta comesviene out of the spinneretsfiliere, and for
73
176000
2000
Dunque la seta fuoriesce da queste ghiandole,
03:13
those of us spiderragno silkseta biologistsbiologi, this is what
74
178000
2000
che noi biologi della seta chiamiamo
03:15
we call the "businessattività commerciale endfine" of the spiderragno. (LaughterRisate)
75
180000
2000
'la parte operativa' del ragno. (Risate)
03:17
We spendtrascorrere long daysgiorni ...
76
182000
2000
Le nostre giornate sono molto lunghe...
03:19
Hey! Don't laughridere. That's my life.
77
184000
2000
Ehi! non ridete. Sto parlando della mia vita.
03:21
(LaughterRisate)
78
186000
2000
(Risate)
03:23
We spendtrascorrere long daysgiorni and nightsnotti
79
188000
2000
Passiamo giorni e notti ad osservare
03:25
staringfissando at this partparte of the spiderragno.
80
190000
3000
questa parte del ragno.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
Ed ecco ciò che vediamo.
03:30
You can see multiplemultiplo fibersfibre
82
195000
2000
Potete vedere molte fibre
03:32
comingvenuta out of the spinneretsfiliere, because
83
197000
3000
secrete dalle filiere, perché ogni
03:35
eachogni spinneretfiliera has manymolti spigotsZipoli on it.
84
200000
3000
filiera dispone di molti fusuli (ugelli).
03:38
EachOgni of these silkseta fibersfibre exitsuscite from the spigotzipolo,
85
203000
3000
Tutte queste fibre escono dagli ugelli,
03:41
and if you were to tracetraccia the fiberfibra back
86
206000
2000
e se poteste fare il percorso inverso
03:43
into the spiderragno, what you would find is that
87
208000
3000
vedreste che ogni ugello
03:46
eachogni spigotzipolo connectscollega to its ownproprio individualindividuale
88
211000
2000
è collegato alla propria ghiandola serica.
03:48
silkseta glandghiandola. A silkseta glandghiandola kindgenere of lookssembra like a sacSAC
89
213000
3000
Questa ghiandola assomiglia a un sacchetto
03:51
with a lot of silkseta proteinsproteine stuckincollato insidedentro.
90
216000
3000
contenente molte proteine della seta.
03:54
So if you ever have the opportunityopportunità to dissectsezionare
91
219000
2000
Perciò se avrete occasione di fare la dissezione
03:56
an orb-web-weavingOrb-web-tessitura spiderragno,
92
221000
2000
di un ragno che costruisce tele circolari,
03:58
and I hopesperanza you do,
93
223000
2000
e spero che lo facciate,
04:00
what you would find is a bountygenerosità
94
225000
3000
quello che troverete è un'abbondanza
04:03
of beautifulbellissimo, translucenttraslucido silkseta glandsghiandole.
95
228000
3000
di bellissime e traslucide ghiandole della seta.
04:06
InsideAll'interno eachogni spiderragno, there are hundredscentinaia
96
231000
2000
Ogni ragno ne possiede
04:08
of silkseta glandsghiandole, sometimesa volte thousandsmigliaia.
97
233000
3000
a centinaia, talvolta a migliaia.
04:11
These can be groupedraggruppati into sevenSette categoriescategorie.
98
236000
3000
Le possiamo raggruppare in sette categorie.
04:14
They differdifferire by sizedimensione, shapeforma,
99
239000
2000
Differiscono per dimensione, forma
04:16
and sometimesa volte even colorcolore.
100
241000
2000
e talvolta anche per colore.
04:18
In an orb-web-weavingOrb-web-tessitura spiderragno,
101
243000
2000
In un ragno che produce tele circolari
04:20
you can find sevenSette typestipi of silkseta glandsghiandole,
102
245000
2000
se ne trovano sette tipi diversi,
04:22
and what I have depictedraffigurato here in this pictureimmagine,
103
247000
2000
e in questa immagine potete vedere,
04:24
let's startinizio at the one o'clockalle positionposizione,
104
249000
3000
cominciando a ore una,
04:27
there's tubuliformtubuliforme silkseta glandsghiandole, whichquale are used
105
252000
2000
le ghiandole tubuliformi, usate
04:29
to make the outeresterno silkseta of an egguovo sacSAC.
106
254000
2000
per realizzare sacche da uova.
04:31
There's the aggregateaggregato and flagelliformflagelliform silkseta
107
256000
2000
E poi le ghiandole aggregate e flagelliformi
04:33
glandsghiandole whichquale combinecombinare to make the stickyappiccicoso
108
258000
2000
che si combinano per creare la spirale viscosa
04:35
capturecatturare spiralspirale of an orbOrb webweb.
109
260000
3000
per catturare le prede.
04:38
PyriformPiriformi silkseta glandsghiandole make the attachmentattaccamento
110
263000
2000
Le ghiandole piriformi servono per creare
04:40
cementcemento -- that's the silkseta that's used to adhereaderire
111
265000
3000
il cemento - cioè la seta che serve a far aderire
04:43
silkseta linesLinee to a substratesubstrato.
112
268000
3000
i filamenti a un substrato.
04:46
There's alsoanche aciniformAciniforme silkseta,
113
271000
2000
E anche le ghiandole della seta aciniforme,
04:48
whichquale is used to wrapavvolgere preypreda.
114
273000
2000
usata per avviluppare la preda.
04:50
MinorMinori ampullateampollacea silkseta is used in webweb constructioncostruzione.
115
275000
2000
La seta ampollacea minore è usata per tessere la tela.
04:52
And the mostmaggior parte studiedstudiato silkseta linelinea
116
277000
2000
E poi quella che si studia maggiormente:
04:54
of them all: majormaggiore ampullateampollacea silkseta.
117
279000
2000
la seta ampollacea maggiore.
04:56
This is the silkseta that's used to make the frametelaio
118
281000
2000
E' quella usata per la struttura principale e
04:58
and radiiraggi of an orbOrb webweb, and alsoanche
119
283000
3000
per i raggi della tela circolare, e anche
05:01
the safetysicurezza trailingfinali draglinedella gru a cingoli.
120
286000
3000
per la tessitura di sicurezza.
05:04
But what, exactlydi preciso, is spiderragno silkseta?
121
289000
3000
Ma cos'è esattamente la tela di ragno?
05:08
SpiderRagno silkseta is almostquasi entirelyinteramente proteinproteina.
122
293000
3000
E' fatta quasi interamente di proteine.
05:11
NearlyQuasi all of these proteinsproteine can be explainedha spiegato
123
296000
2000
E quasi tutte provengono da una singola
05:13
by a singlesingolo genegene familyfamiglia,
124
298000
3000
famiglia genetica,
05:16
so this meanssi intende that the diversitydiversità of silkseta typestipi
125
301000
2000
che vuol dire che la diversità dei tipi di seta
05:18
we see todayoggi is encodedcon codifica by one genegene familyfamiglia,
126
303000
5000
che abbiamo oggi ha lo stesso codice genetico,
05:23
so presumablypresumibilmente the originaloriginale spiderragno ancestorantenato
127
308000
3000
e dunque presumibilmente un antenato comune
05:26
madefatto one kindgenere of silkseta,
128
311000
2000
secerneva solo un tipo di seta,
05:28
and over the last 380 millionmilione yearsanni,
129
313000
3000
e in questi 380 milioni di anni
05:31
that one silkseta genegene has duplicatedduplicati
130
316000
3000
quel singolo gene si è duplicato
05:34
and then divergedsi separano, specializedspecializzato,
131
319000
3000
e diversificato, specializzandosi,
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
più e più volte, ottenendo
05:40
the largegrande varietyvarietà of flavorssapori of spiderragno silkssete
133
325000
2000
la grande varietà di sete
05:42
that we have todayoggi.
134
327000
3000
che abbiamo oggi.
05:45
There are severalparecchi featuresCaratteristiche that all these silkssete
135
330000
2000
Tutte queste sete hanno delle caratteristiche
05:47
have in commonComune. They all have a commonComune
136
332000
2000
in comune. Hanno tutte la stessa impostazione,
05:49
designdesign, suchcome as they're all very long --
137
334000
2000
ad esempio sono tutte molto lunghe -
05:51
they're sortordinare of outlandishlyuna cifra eccezionalmente long
138
336000
3000
sono insolitamente lunghe,
05:54
comparedrispetto to other proteinsproteine.
139
339000
2000
se confrontate con altre proteine.
05:56
They're very repetitiveripetitive, and they're very richricco
140
341000
3000
Sono molto ripetitive ed estremamente ricche
05:59
in the aminoamino acidsacidi glycineglicina and alaninealanina.
141
344000
3000
degli aminoacidi glicina e alanina.
06:02
To give you an ideaidea of what
142
347000
2000
Per darvi un'idea di come
06:04
a spiderragno silkseta proteinproteina lookssembra like,
143
349000
2000
è fatta una proteina della seta,
06:06
this is a draglinedella gru a cingoli silkseta proteinproteina,
144
351000
2000
questa è la proteina del filo di sicurezza,
06:08
it's just a portionporzione of it,
145
353000
2000
di una piccola porzione,
06:10
from the blacknero widowvedova spiderragno.
146
355000
2000
quello della vedova nera.
06:12
This is the kindgenere of sequencesequenza that I love
147
357000
2000
Questo è il tipo di sequenza
06:14
looking at day and night. (LaughterRisate)
148
359000
3000
che non mi stanco mai di guardare. (Risate)
06:17
So what you're seeingvedendo here is the one letterlettera
149
362000
2000
Quella che vedete è la lettera che indica
06:19
abbreviationabbreviazione for aminoamino acidsacidi, and I've coloredcolorato
150
364000
2000
gli aminoacidi, e io ho contrassegnato
06:21
in the glycinesGlycines with greenverde,
151
366000
2000
la glicina con il colore verde,
06:23
and the alaninesalanine in redrosso, and so
152
368000
2000
l'analina con il rosso,
06:25
you can see it's just a lot of G'sDi G and A'sDi A.
153
370000
3000
e vedete che abbiamo molte G e molte A.
06:28
You can alsoanche see that there's a lot of shortcorto
154
373000
3000
Potete anche vedere che ci sono
06:31
sequencesequenza motifsmotivi that repeatripetere over and over
155
376000
3000
molte sequenze brevi che si ripetono varie volte,
06:34
and over again, so for exampleesempio there's a lot of
156
379000
2000
e così vediamo ad esempio
06:36
what we call polyalaninespolyalanines, or iteratediterato A'sDi A,
157
381000
3000
molte polialanine, o ripetizioni di A,
06:39
AAAAAAAAAA. There's GGQGGQ. There's GGYGGY.
158
384000
4000
AAAAA. Qui le GGQ. E poi le GGY.
06:43
You can think of these shortcorto motifsmotivi
159
388000
2000
Potete immaginare queste brevi sequenze
06:45
that repeatripetere over and over again as wordsparole,
160
390000
3000
che si ripetono come delle parole,
06:48
and these wordsparole occursi verificano in sentencesfrasi.
161
393000
3000
e le parole formano parti di frasi.
06:51
So for exampleesempio this would be one sentencefrase,
162
396000
3000
Ad esempio questa sarebbe una frase,
06:54
and you would get this sortordinare of greenverde regionregione
163
399000
2000
con questa zona verde e quella rossa
06:56
and the redrosso polyalaninepolyalanine, that repeatssi ripete
164
401000
2000
delle polialanine che si ripete
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
più e più volte,
07:00
and you can have that hundredscentinaia and
166
405000
2000
e questo può accadere per centinaia
07:02
hundredscentinaia and hundredscentinaia of timesvolte withinentro
167
407000
2000
e centinaia di volte, all'interno
07:04
an individualindividuale silkseta moleculemolecola.
168
409000
2000
di una singola molecola della seta.
07:06
SilksSete madefatto by the samestesso spiderragno can have
169
411000
2000
Sete prodotte dallo stesso ragno possono avere
07:08
dramaticallydrammaticamente differentdiverso repeatripetere sequencessequenze.
170
413000
3000
sequenze che si ripetono in modi molto diversi.
07:11
At the topsuperiore of the screenschermo, you're seeingvedendo
171
416000
3000
In alto potete vedere l'unità di ripetizione
07:14
the repeatripetere unitunità from the draglinedella gru a cingoli silkseta
172
419000
3000
della tessitura di sicurezza
07:17
of a gardengiardino argiopeArgiope spiderragno.
173
422000
3000
del ragno argiope dei giardini.
07:20
It's shortcorto. And on the bottomparte inferiore,
174
425000
2000
E' corta. E in basso
07:22
this is the repeatripetere sequencesequenza for the
175
427000
2000
c'è la sequenza ripetuta della sacca
07:24
egguovo casecaso, or tubuliformtubuliforme silkseta proteinproteina,
176
429000
2000
delle uova, la proteina tubuliforme,
07:26
for the exactesatto samestesso spiderragno. And you can see
177
431000
3000
sempre dello stesso ragno. E potete constatare
07:29
how dramaticallydrammaticamente differentdiverso
178
434000
2000
quanto differiscano queste proteine
07:31
these silkseta proteinsproteine are -- so this is
179
436000
3000
- dunque questa è la bellezza
07:34
sortordinare of the beautybellezza of the diversificationdiversificazione
180
439000
2000
della diversificazione della famiglia
07:36
of the spiderragno silkseta genegene familyfamiglia.
181
441000
2000
di geni del ragno.
07:38
You can see that the repeatripetere unitsunità differdifferire
182
443000
2000
Potete vedere come le unità che vengono ripetute
07:40
in lengthlunghezza. They alsoanche differdifferire in sequencesequenza.
183
445000
2000
differiscano in lunghezza e in sequenza.
07:42
So I've coloredcolorato in the glycinesGlycines again
184
447000
2000
E, di nuovo, ho colorato la glicina
07:44
in greenverde, alaninealanina in redrosso, and the serinesSerine,
185
449000
3000
in verde, l'alanina in rosso, e la serina,
07:47
the letterlettera S, in purpleviola. And you can see
186
452000
3000
con la lettera S, in viola. Vedete
07:50
that the topsuperiore repeatripetere unitunità can be explainedha spiegato
187
455000
2000
come l'unità superiore venga espressa
07:52
almostquasi entirelyinteramente by greenverde and redrosso,
188
457000
3000
quasi totalmente in verde e rosso,
07:55
and the bottomparte inferiore repeatripetere unitunità has
189
460000
2000
mentre quella in basso
07:57
a substantialsostanziale amountquantità of purpleviola.
190
462000
2000
contiene molto viola.
07:59
What silkseta biologistsbiologi do is we try to relateriferirsi
191
464000
3000
Quello che facciamo noi biologi della seta
08:02
these sequencessequenze, these aminoamino acidacido
192
467000
2000
è cercare di mettere in relazione le sequenze
08:04
sequencessequenze, to the mechanicalmeccanico propertiesproprietà
193
469000
2000
di aminoacidi con le proprietà meccaniche
08:06
of the silkseta fibersfibre.
194
471000
2000
delle fibre della seta.
08:08
Now, it's really convenientconveniente that spidersragni use theirloro silkseta
195
473000
3000
E' davvero un bene che i ragni usino la seta solo quando
08:11
completelycompletamente outsideal di fuori theirloro bodycorpo.
196
476000
2000
è estromessa completamente dal corpo.
08:13
This makesfa testinganalisi spiderragno silkseta really, really
197
478000
2000
Questo rende gli esperimenti molto, molto
08:15
easyfacile to do in the laboratorylaboratorio, because
198
480000
2000
semplici da svolgere in laboratorio, dato che,
08:17
we're actuallyin realtà, you know, testinganalisi it in airaria
199
482000
3000
come sapete, si possono svolgere in ambiente
08:20
that's exactlydi preciso the environmentambiente that
200
485000
2000
aperto, identico a quello in cui i ragni
08:22
spidersragni are usingutilizzando theirloro silkseta proteinsproteine.
201
487000
2000
usano le loro proteine della seta.
08:24
So this makesfa quantifyingquantificare silkseta propertiesproprietà by
202
489000
2000
E questo rende agevole quantificare
08:26
methodsmetodi suchcome as tensiledi tensione testinganalisi, whichquale is
203
491000
2000
le proteine della seta con metodi come quello della tensione,
08:28
basicallyfondamentalmente, you know, tuggingtirando on one endfine
204
493000
2000
che consiste nell'allungare
08:30
of the fiberfibra, very amenabledocile.
205
495000
3000
l'estremità della fibra.
08:33
Here are stress-strainsforzo-deformazione curvescurve
206
498000
3000
Queste sono le curve di stress
08:36
generatedgenerato by tensiledi tensione testinganalisi
207
501000
2000
generate dai test di tensione,
08:38
fivecinque fibersfibre madefatto by the samestesso spiderragno.
208
503000
3000
cinque fibre prodotte dallo stesso ragno.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
Qui vedete che le cinque fibre
08:44
the fivecinque fibersfibre have differentdiverso behaviorscomportamenti.
210
509000
3000
hanno comportamenti diversi.
08:47
SpecificallyIn particolare, if you look on the verticalverticale axisasse,
211
512000
2000
In particolare, l'asse verticale indica
08:49
that's stressstress. If you look at the maximummassimo
212
514000
3000
lo stress. Il valore massimo
08:52
stressstress valuevalore for eachogni of these fibersfibre,
213
517000
2000
per ognuna della cinque fibre
08:54
you can see that there's a lot of variationvariazione,
214
519000
3000
varia sensibilmente,
08:57
and in factfatto draglinedella gru a cingoli, or majormaggiore ampullateampollacea silkseta,
215
522000
3000
e difatti il filo di sicurezza, costituito da seta ampollacea,
09:00
is the strongestpiù forte of these fibersfibre.
216
525000
2000
è il più resistente di tutte.
09:02
We think that's because the draglinedella gru a cingoli silkseta,
217
527000
3000
Forse perché questo tipo di seta,
09:05
whichquale is used to make the frametelaio and radiiraggi
218
530000
3000
usato per la struttura di base e i raggi della tela,
09:08
for a webweb, needsesigenze to be very strongforte.
219
533000
2000
deve essere molto robusto.
09:10
On the other handmano, if you were to look at
220
535000
2000
D'altro canto se si osservano le prove di fatica -
09:12
strainsforzo -- this is how much a fiberfibra can be
221
537000
2000
ossia quanto una fibra possa essere allungata -
09:14
extendedesteso -- if you look at the maximummassimo valuevalore
222
539000
2000
se guardiamo i valori massimi, nuovamente,
09:16
here, again, there's a lot of variationvariazione
223
541000
3000
vediamo che c'è molta differenza,
09:19
and the clearchiaro winnervincitore is flagelliformflagelliform,
224
544000
2000
e la vincitrice è la fibra flagelliforme,
09:21
or the capturecatturare spiralspirale filamentfilamento.
225
546000
2000
che serve a catturare le prede.
09:23
In factfatto, this flagelliformflagelliform fiberfibra can
226
548000
2000
Infatti questa fibra si può estendere
09:25
actuallyin realtà stretchallungare over twicedue volte its originaloriginale lengthlunghezza.
227
550000
4000
fino al doppio della propria lunghezza.
09:29
So silkseta fibersfibre varyvariare in theirloro strengthforza
228
554000
3000
Dunque le fibre della seta variano in
09:32
and alsoanche theirloro extensibilityestensibilità.
229
557000
2000
robustezza ed estensibilità.
09:34
In the casecaso of the capturecatturare spiralspirale,
230
559000
2000
Nel caso della spirale,
09:36
it needsesigenze to be so stretchyelastico to absorbassorbire
231
561000
2000
deve essere molto flessibile per assorbire
09:38
the impacturto of flyingvolante preypreda.
232
563000
2000
l'impatto di una preda in volo.
09:40
If it wasn'tnon era ablecapace to stretchallungare so much, then
233
565000
2000
Se non avesse avuto queste caratteristiche,
09:42
basicallyfondamentalmente when an insectinsetto hitcolpire the webweb,
234
567000
2000
se fosse stata colpita da un insetto
09:44
it would just trampolinetrampolino right off of it.
235
569000
2000
questo sarebbe rimbalzato altrove.
09:46
So if the webweb was madefatto entirelyinteramente out of
236
571000
2000
Cos,ì se l'intera tela fosse composta solamente
09:48
draglinedella gru a cingoli silkseta, an insectinsetto is very likelyprobabile to just
237
573000
3000
dal filo di sicurezza, un insetto molto probabilmente
09:51
bouncerimbalzo right off. But by havingavendo really, really
238
576000
2000
ne verrebbe respinto. Ma con una struttura
09:53
stretchyelastico capturecatturare spiralspirale silkseta, the webweb is actuallyin realtà
239
578000
2000
molto flessibile, la tela è in grado
09:55
ablecapace to absorbassorbire the impacturto
240
580000
2000
di assorbire l'impatto
09:57
of that interceptedintercettato preypreda.
241
582000
3000
della preda intercettata.
10:00
There's quiteabbastanza a bitpo of variationvariazione withinentro
242
585000
2000
C'è molta varietà tra le fibre
10:02
the fibersfibre that an individualindividuale spiderragno can make.
243
587000
3000
che un ragno può generare.
10:05
We call that the toolstrumento kitKit of a spiderragno.
244
590000
3000
La chiamiamo la cassetta degli attrezzi del ragno,
10:08
That's what the spiderragno has
245
593000
2000
quello che serve al ragno
10:10
to interactinteragire with theirloro environmentambiente.
246
595000
2000
per interagire con l'ambiente.
10:12
But how about variationvariazione amongtra spiderragno
247
597000
2000
E cosa possiamo dire delle varianti
10:14
speciesspecie, so looking at one typetipo of silkseta
248
599000
2000
tra le specie, se osserviamo uno dei tipi di seta
10:16
and looking at differentdiverso speciesspecie of spidersragni?
249
601000
3000
e osserviamo le diverse specie di ragni?
10:19
This is an areala zona that's largelyin gran parte unexploredinesplorato
250
604000
2000
Questa è un'area non ancora molto esplorata,
10:21
but here'secco a little bitpo of datadati I can showmostrare you.
251
606000
4000
ma riesco comunque a darvi alcuni dati.
10:25
This is the comparisonconfronto of the toughnessdurezza
252
610000
2000
Questa è la comparazione di robustezza
10:27
of the draglinedella gru a cingoli spilkcuoio spunfilata
253
612000
2000
del filo di sicurezza
10:29
by 21 speciesspecie of spidersragni.
254
614000
2000
di 21 specie di ragni.
10:31
Some of them are orb-weavingOrb-tessitura spidersragni and
255
616000
2000
Alcuni tessono tele circolari
10:33
some of them are non-orb-weaving-orb-tessitura spidersragni.
256
618000
3000
e altri non lo fanno.
10:36
It's been hypothesizedsupposto that
257
621000
2000
Si è ipotizzato che il primo tipo,
10:38
orb-weavingOrb-tessitura spidersragni, like this argiopeArgiope here,
258
623000
3000
come ad esempio l'argiope che vedete,
10:41
should have the toughestpiù duro draglinedella gru a cingoli silkssete
259
626000
2000
dovessero produrre la seta più robusta
10:43
because they mustdovere interceptintercetta flyingvolante preypreda.
260
628000
3000
dato che devono intercettare prede in volo.
10:46
What you see here on this toughnessdurezza graphgrafico
261
631000
3000
Ciò che vedete in questo diagramma di robustezza
10:49
is the higherpiù alto the blacknero dotpunto is on the graphgrafico,
262
634000
2000
è che più è in alto il puntino nero
10:51
the higherpiù alto the toughnessdurezza.
263
636000
2000
maggiore è la robustezza.
10:53
The 21 speciesspecie are indicatedindicato here by this
264
638000
3000
Le 21 specie sono qui indicate tramite
10:56
phylogenyfilogenesi, this evolutionaryevolutiva treealbero, that showsSpettacoli
265
641000
3000
la filogenia, l'albero dell'evoluzione, che mostra
10:59
theirloro geneticgenetico relationshipsrelazioni, and I've coloredcolorato
266
644000
2000
le relazioni genetiche, in cui ho colorato
11:01
in yellowgiallo the orb-web-weavingOrb-web-tessitura spidersragni.
267
646000
3000
in giallo i ragni tessitori di tele circolari.
11:04
If you look right here at the two redrosso arrowsfrecce,
268
649000
3000
Se osservate le due frecce rosse,
11:07
they pointpunto to the toughnessdurezza valuesvalori
269
652000
3000
esse indicano i valori di robustezza dei fili
11:10
for the draglinesEscavatori of nephilaNephila clavipesclavipes and
270
655000
2000
della nephila clavipes
11:12
araneusAraneus diadematusdiadematus.
271
657000
2000
e dell'araneus diadematus.
11:14
These are the two speciesspecie of spidersragni
272
659000
2000
Sono le due specie di ragni
11:16
for whichquale the vastvasto majoritymaggioranza of time and moneyi soldi
273
661000
3000
su cui si sono investiti più tempo e denaro
11:19
on syntheticsintetico spiderragno silkseta researchricerca has been
274
664000
3000
per riuscire a replicarne le proteine della seta
11:22
to replicatereplicare theirloro draglinedella gru a cingoli silkseta proteinsproteine.
275
667000
3000
e creare così una seta sintetica.
11:25
YetAncora, theirloro draglinesEscavatori are not the toughestpiù duro.
276
670000
4000
Eppure queste fibre non sono le più resistenti.
11:29
In factfatto, the toughestpiù duro draglinedella gru a cingoli in this surveysondaggio
277
674000
3000
Infatti la più robusta individuata dall'analisi
11:32
is this one right here in this whitebianca regionregione,
278
677000
3000
è quella che si trova in quest'area bianca,
11:35
a nonnon orb-web-weavingOrb-web-tessitura spiderragno.
279
680000
2000
quella di un ragno non tessitore.
11:37
This is the draglinedella gru a cingoli spunfilata by scytodesScytodes,
280
682000
2000
Si tratta del filo secreto dallo scytodes,
11:39
the spittingsputare spiderragno.
281
684000
2000
o ragno sputatore.
11:41
ScytodesScytodes doesn't use a webweb at all
282
686000
3000
Lo scytodes non fa uso di tele
11:44
to catchcatturare preypreda. InsteadInvece, scytodesScytodes
283
689000
2000
per la cattura della preda.
11:46
sortordinare of lurkssi nasconde around and waitsattese for preypreda
284
691000
3000
Invece, si apposta e aspetta che la preda
11:49
to get closevicino to it, and then immobilizesimmobilizza preypreda
285
694000
3000
gli si avvicini, e poi l'immobilizza spruzzandogli
11:52
by sprayingspruzzatura a silk-likecome la seta venomveleno ontosu that insectinsetto.
286
697000
4000
addosso un veleno serico.
11:56
Think of huntinga caccia with sillysciocco stringstringa.
287
701000
3000
Come cacciare con lo spray di stelle filanti.
11:59
That's how scytodesScytodes foragesforaggi.
288
704000
3000
E' così che si procura da vivere.
12:02
We don't really know why scytodesScytodes
289
707000
2000
Non sappiamo davvero perché lo scytodes
12:04
needsesigenze suchcome a toughdifficile draglinedella gru a cingoli,
290
709000
3000
abbia bisogno di un filo tanto robusto,
12:07
but it's unexpectedinaspettato resultsrisultati like this that make
291
712000
3000
ma sono i risultati imprevisti come questo che rendono
12:10
bio-prospectingbioprospezione- so excitingemozionante and worthwhileutile.
292
715000
4000
l'esplorazione della biodiversità entusiasmante e importante.
12:14
It freeslibera us from the constraintsvincoli
293
719000
2000
Ci libera dai limiti
12:16
of our imaginationimmaginazione.
294
721000
2000
della nostra immaginazione.
12:18
Now I'm going to markmarchio on
295
723000
2000
Ora vi mostrerò
12:20
the toughnessdurezza valuesvalori for nylonnylon fiberfibra,
296
725000
3000
i valori di robustezza della fibra di nylon,
12:23
bombyxBombyx -- or domesticatedammansito silkwormbaco da seta silkseta --
297
728000
3000
del bombice - o baco da seta -
12:26
woollana, KevlarKevlar, and carboncarbonio fibersfibre.
298
731000
3000
della lana, del kevlar, e delle fibre di carbonio.
12:29
And what you can see is that nearlyquasi
299
734000
2000
E potete vedere che quasi tutte
12:31
all the spiderragno draglinesEscavatori surpasssuperare them.
300
736000
2000
le fibre del ragno le superano.
12:33
It's the combinationcombinazione of strengthforza, extensibilityestensibilità
301
738000
4000
E' la combinazione di forza, estensibilità
12:37
and toughnessdurezza that makesfa spiderragno silkseta so
302
742000
3000
e robustezza che rende la seta del ragno
12:40
specialspeciale, and that has attractedha attirato the attentionAttenzione
303
745000
3000
così speciale, cosa che ha attirato l'attenzione
12:43
of biomimeticistsbiomimetica, so people that turnturno
304
748000
3000
degli specialisti di biomimetica, che sondano
12:46
to naturenatura to try to find newnuovo solutionssoluzioni.
305
751000
3000
la natura alla ricerca di nuove soluzioni.
12:49
And the strengthforza, extensibilityestensibilità and toughnessdurezza
306
754000
3000
E forza, estensibilità e robustezza
12:52
of spiderragno silkssete combinedcombinato with the factfatto that
307
757000
3000
della seta, unite al fatto che la seta
12:55
silkssete do not elicitsuscitare an immuneimmune responserisposta,
308
760000
3000
non causa risposte immunitarie,
12:58
have attractedha attirato a lot of interestinteresse in the use
309
763000
3000
hanno attirato molto interesse per l'impiego
13:01
of spiderragno silkssete in biomedicalbiomedica applicationsapplicazioni,
310
766000
2000
della seta in applicazioni biomediche,
13:03
for exampleesempio, as a componentcomponente of
311
768000
2000
ad esempio come componente
13:05
artificialartificiale tendonstendini, for servingservendo as
312
770000
3000
di tendini artificiali, come guide
13:08
guidesGuide to regrowricrescere nervesnervi, and for
313
773000
4000
per la ricrescita di nervi
13:12
scaffoldsPonteggi for tissuefazzoletto di carta growthcrescita.
314
777000
3000
e per strutture per la crescita di tessuti.
13:15
SpiderRagno silkssete alsoanche have a lot of potentialpotenziale
315
780000
3000
La seta ha anche un notevole potenziale
13:18
for theirloro anti-ballisticanti-ballistic capabilitiescapacità.
316
783000
2000
per la caratteristiche anti balistiche.
13:20
SilksSete could be incorporatedincorporato into bodycorpo
317
785000
2000
La seta potrebbe essere utilizzata
13:22
and equipmentattrezzatura armorarmatura that would be more
318
787000
3000
per giubbotti anti proiettile, che diverrebbero
13:25
lightweightleggero and flexibleflessibile
319
790000
2000
più leggeri e flessibili
13:27
than any armorarmatura availablea disposizione todayoggi.
320
792000
3000
di qualsiasi altro giubbotto sul mercato.
13:30
In additionaggiunta to these biomimeticBiomimetic
321
795000
3000
Oltre a queste applicazioni
13:33
applicationsapplicazioni of spiderragno silkssete,
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798000
2000
di biomimetica della seta,
13:35
personallypersonalmente, I find studyingstudiando spiderragno silkssete
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800000
4000
io trovo che lo studio
13:39
just fascinatingaffascinante in and of itselfsi.
324
804000
3000
della seta sia già affascinante di per sé.
13:42
I love when I'm in the laboratorylaboratorio,
325
807000
4000
Gioisco quando in laboratorio riesco
13:46
a newnuovo spiderragno silkseta sequencesequenza comesviene in.
326
811000
3000
a identificare una nuova sequenza della seta.
13:49
That's just the bestmigliore. (LaughterRisate)
327
814000
3000
E' semplicemente il massimo. (Risate)
13:52
It's like the spidersragni are sharingcompartecipazione
328
817000
3000
E' come se i ragni condividessero con me
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an ancientantico secretsegreto with me, and that's why
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820000
2000
un antico segreto, ed è per questo
13:57
I'm going to spendtrascorrere the restriposo of my life
330
822000
2000
che intendo trascorrere il resto della mia vita
13:59
studyingstudiando spiderragno silkseta.
331
824000
2000
a studiare la seta del ragno.
14:01
The nextIl prossimo time you see a spiderragno webweb,
332
826000
3000
La prossima volta che vi imbatterete in una ragnatela,
14:04
please, pausepausa and look a little closerpiù vicino.
333
829000
3000
per piacere fermatevi e guardatela da vicino.
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You'llYou'll be seeingvedendo one of the mostmaggior parte
334
832000
2000
Vedrete uno dei materiali più
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high-performancead alte prestazioni materialsmateriale knownconosciuto to man.
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834000
3000
più straordinari conosciuti dall'uomo.
14:12
To borrowprendere in prestito from the writingsScritture
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837000
2000
Per dirla con l'espressione
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of a spiderragno nameddi nome CharlotteCharlotte,
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839000
3000
di un ragno di nome Carlotta,
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silkseta is terrificfantastico.
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la seta è strabiliante.
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Thank you. (ApplauseApplausi)
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Grazie. (Applausi)
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(ApplauseApplausi)
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(Applausi)
Translated by Daniele Buratti
Reviewed by Elena Montrasio

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ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Cheryl Hayashi | Speaker | TED.com