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: Det fantastiska spindelsilket

Filmed:
889,997 views

Cheryl Hayashi forskar kring spindelsilke, ett av naturens mest högpresterande material. Varje spindelart kan producera upp till 7 olika sorters silke. Hur gör de? Hayashi ger en förklaring på DNA-nivå – och visar oss sedan hur detta superstarka, superflexibla material kan inspirera.
- 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

Double-click the English transcript below to play the video.

00:16
I'm here to spreadspridning the wordord about the
0
1000
2000
Jag är här för att sprida budskapet
00:18
magnificenceprakt of spidersspindlar
1
3000
2000
om hur fantastiska spindlar är
00:20
and how much we can learnlära sig from them.
2
5000
3000
och hur mycket vi kan lära oss av dem.
00:23
SpidersSpindlar are trulyverkligt globalglobal citizensmedborgare.
3
8000
2000
Spindlar är verkligen världsmedborgare.
00:25
You can find spidersspindlar in nearlynästan
4
10000
2000
Man kan hitta spindlar i stort sett
00:27
everyvarje terrestrialterrestrial habitatlivsmiljö.
5
12000
2000
alla jordens olika habitat.
00:29
This redröd dotpunkt marksmärken
6
14000
2000
Den röda pricken är
00:31
the Great BasinBasin of NorthNorr AmericaAmerika,
7
16000
2000
Great Basin i nordamerika,
00:33
and I'm involvedinvolverade with an alpineAlpin biodiversitybiologisk mångfald
8
18000
2000
och jag är med i ett projekt om alpinbiologisk mångfald
00:35
projectprojekt there with some collaboratorsmedarbetare.
9
20000
2000
i detta område tillsammans med några medarbetare.
00:37
Here'sHär är one of our fieldfält siteswebbplatser,
10
22000
2000
Här är en av våra fältstationer,
00:39
and just to give you a sensekänsla of perspectiveperspektiv,
11
24000
2000
och, för att ge er lite perspektiv,
00:41
this little blueblå smudgesmeta ut here,
12
26000
2000
den lilla blå fläcken där,
00:43
that's one of my collaboratorsmedarbetare.
13
28000
2000
det är en av mina medarbetare.
00:45
This is a ruggedrobust and barrenkarg landscapelandskap,
14
30000
3000
Detta är ett klippigt och kargt landskap
00:48
yetän there are quiteganska a few spidersspindlar here.
15
33000
2000
ändå finns här en hel del spindlar.
00:50
TurningSvarvning rocksRocks over revealedavslöjade this crabkrabba spiderSpindel
16
35000
4000
Vi vände på några stenar och så hittade vi den här krabbspindeln
00:54
grapplingbrottas with a beetleskalbagge.
17
39000
2000
kämpandes med en skalbagge.
00:56
SpidersSpindlar are not just everywhereöverallt,
18
41000
3000
Spindlar finns inte bara överallt
00:59
but they're extremelyytterst diverseolika.
19
44000
2000
de är också otroligt varierande.
01:01
There are over 40,000 describedbeskriven speciesarter
20
46000
3000
Det finns över 40.000 kända arter
01:04
of spidersspindlar.
21
49000
1000
spindlar.
01:05
To put that numbersiffra into perspectiveperspektiv,
22
50000
2000
För att sätta den siffran i perspektiv,
01:07
here'shär är a graphGraf comparingjämförande the 40,000
23
52000
2000
här är ett diagramm som jämför de 40.000
01:09
speciesarter of spidersspindlar
24
54000
2000
arterna spindlar
01:11
to the 400 speciesarter of primatesprimater.
25
56000
2000
med de 400 arterna primater.
01:13
There are two ordersorder of magnitudemagnitud more
26
58000
2000
Det finns alltså 100 gånger fler
01:15
spidersspindlar than primatesprimater.
27
60000
2000
spindelarter än primater.
01:17
SpidersSpindlar are alsoockså extremelyytterst oldgammal.
28
62000
4000
Spindlar är också extremt gamla.
01:21
On the bottombotten here,
29
66000
2000
Nedtill här,
01:23
this is the geologicgeologic timescaletidsskala,
30
68000
2000
detta är en geologisk tidsskala
01:25
and the numberstal on it indicateange millionsmiljoner
31
70000
2000
och siffrorna anger antal miljoner år
01:27
of yearsår from the presentnärvarande, so the zeronoll- here,
32
72000
2000
från nutid, så nollan här
01:29
that would be todayi dag.
33
74000
2000
är idag.
01:31
So what this figurefigur showsvisar is that spidersspindlar
34
76000
3000
Vad den här bilden visar är att spindlar
01:34
datedatum back to almostnästan 380 millionmiljon yearsår.
35
79000
4000
har funnits i nästan 380 miljoner år.
01:38
To put that into perspectiveperspektiv, this redröd
36
83000
2000
För att sätta det i perspektiv, det röda
01:40
verticalvertikal barbar here marksmärken the divergencedivergens time
37
85000
3000
lodräta strecket här täcker tidperioden
01:43
of humansmänniskor from chimpanzeesschimpanser,
38
88000
3000
för människans utveckling från chimpansen
01:46
a mereren sevensju millionmiljon yearsår agosedan.
39
91000
3000
för blott sju miljoner år sedan.
01:49
All spidersspindlar make silksilke
40
94000
2000
Alla spindlar producerar silke
01:51
at some pointpunkt in theirderas life.
41
96000
2000
vid någon punkt i sina liv.
01:53
MostDe flesta spidersspindlar use copiousrikliga amountsmängder of silksilke,
42
98000
3000
De flesta spindlar använder sig av stora mängder silke
01:56
and silksilke is essentialgrundläggande to theirderas survivalöverlevnad
43
101000
2000
och silket spelar en ytterst viktig roll i deras överlevnad
01:58
and reproductionfortplantning.
44
103000
2000
och förökning.
02:00
Even fossilfossil spidersspindlar can make silksilke,
45
105000
2000
Till och med spindelfossiler kan producera silke
02:02
as we can see from this impressionintryck of
46
107000
2000
vilket vi kan se på det här avtrycket av
02:04
a spinneretspinndysor on this fossilfossil spiderSpindel.
47
109000
3000
en spinnvårta på den här spindelfossilen.
02:07
So this meansbetyder that bothbåde spidersspindlar
48
112000
2000
Detta betyder alltså att både spindlar
02:09
and spiderSpindel silksilke have been around
49
114000
2000
och spindelsilke har funnits
02:11
for 380 millionmiljon yearsår.
50
116000
4000
i 380 miljoner år.
02:16
It doesn't take long from workingarbetssätt with spidersspindlar
51
121000
3000
Man behöver inte jobba länge med spindlar
02:19
to startStart noticingmärker how essentialgrundläggande silksilke is
52
124000
3000
för att lägga märke till hur oumbärligt silket är
02:22
to just about everyvarje aspectaspekt of theirderas life.
53
127000
3000
i så gott som varje aspekt av deras liv.
02:25
SpidersSpindlar use silksilke for manymånga purposessyften, includingInklusive
54
130000
3000
Spindlar använder silke för många olika ändamål, till
02:28
the trailingavslutande safetysäkerhet draglineslängskopa,
55
133000
2000
den efterhängande ankartråden
02:30
wrappinginslagning eggsägg for reproductionfortplantning,
56
135000
3000
för att slå in ägg vid förökning,
02:33
protectiveskyddande retreatsretreats
57
138000
2000
att skydda sig
02:35
and catchingfångst preybyte.
58
140000
2000
och för att fånga byte.
02:37
There are manymånga kindsslag of spiderSpindel silksilke.
59
142000
2000
Det finns många typer av spindelsilke.
02:39
For exampleexempel, this gardenträdgård spiderSpindel can make
60
144000
3000
Den här trädgårdsspindeln kan till exempel
02:42
sevensju differentannorlunda kindsslag of silksSilks.
61
147000
2000
producera 7 olika sorters silke.
02:44
When you look at this orborb webwebb, you're actuallyfaktiskt
62
149000
2000
När ni tittar på den det här runda nätet
02:46
seeingseende manymånga typestyper of silksilke fibersfibrer.
63
151000
3000
ser ni i själva verket många sorters silkesfibrer.
02:49
The frameram and radiiradier of this webwebb
64
154000
2000
Ramen och radierna i det här nätet
02:51
is madegjord up of one typetyp of silksilke,
65
156000
3000
utgörs av en sorts silke,
02:54
while the capturefånga spiralspiral- is a compositesammansatt
66
159000
2000
medan fångstspiralen utgörs av en komposit
02:56
of two differentannorlunda silksSilks:
67
161000
2000
av två olika sorter silke:
02:58
the filamentglödtråden and the stickyklibbig dropletliten droppe.
68
163000
3000
filamentet och den klibbiga lilla droppen.
03:01
How does an individualenskild spiderSpindel
69
166000
3000
Hur kan en enda spindel
03:04
make so manymånga kindsslag of silksilke?
70
169000
3000
producera så många sorter silke?
03:07
To answersvar that, you have to look a lot closernärmare
71
172000
2000
För att kunna svara på det måste man ta en närmare titt
03:09
at the spinneretspinndysor regionområde of a spiderSpindel.
72
174000
2000
på spindelns spinnvårta.
03:11
So silksilke comeskommer out of the spinneretsspinndysor, and for
73
176000
2000
Silket kommer alltså ur spinnvårtorna, och för
03:13
those of us spiderSpindel silksilke biologistsbiologer, this is what
74
178000
2000
oss biologer som sysslar med spindelsilke, så är detta
03:15
we call the "businessföretag endslutet" of the spiderSpindel. (LaughterSkratt)
75
180000
2000
det vi kallar spindelns "business"-sida. (Skratt)
03:17
We spendspendera long daysdagar ...
76
182000
2000
Vi spenderar långa dagar...
03:19
Hey! Don't laughskratt. That's my life.
77
184000
2000
Skratta inte. Detta är mitt liv.
03:21
(LaughterSkratt)
78
186000
2000
(Skratt)
03:23
We spendspendera long daysdagar and nightsnätter
79
188000
2000
Vi spenderar långa dagar och nätter
03:25
staringstirrande at this partdel of the spiderSpindel.
80
190000
3000
med att stirra på den här delen av spindeln.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
Och detta är vad vi ser.
03:30
You can see multipleflera olika fibersfibrer
82
195000
2000
Man kan se flera fibrer
03:32
comingkommande out of the spinneretsspinndysor, because
83
197000
3000
komma ifrån vårtorna, eftersom
03:35
eachvarje spinneretspinndysor has manymånga spigotstapparna on it.
84
200000
3000
varje vårta har flera små tappar på sig.
03:38
EachVarje of these silksilke fibersfibrer exitsutgångar from the spigottapp,
85
203000
3000
Varje silkesfiber kommer ur en sådan tapp
03:41
and if you were to tracespår the fiberfiber back
86
206000
2000
och om man skulle följa fibertråden
03:43
into the spiderSpindel, what you would find is that
87
208000
3000
in i spindeln, så ser man att
03:46
eachvarje spigottapp connectsansluter to its ownegen individualenskild
88
211000
2000
varje tapp har sin egen individuella
03:48
silksilke glandkörtel. A silksilke glandkörtel kindsnäll of looksutseende like a sacSAC
89
213000
3000
silkeskörtel. En silkeskörtel ser ut lite som en säck
03:51
with a lot of silksilke proteinsproteiner stuckfastnat insideinuti.
90
216000
3000
med en massa silkesproteiner i.
03:54
So if you ever have the opportunitymöjlighet to dissectdissekera
91
219000
2000
Så om ni någon gång får möjlighet att dissekera
03:56
an orb-web-weavingorb-web-vävning spiderSpindel,
92
221000
2000
en spindel som spinner runda nät,
03:58
and I hopehoppas you do,
93
223000
2000
och det hoppas jag att ni får,
04:00
what you would find is a bountyfrikostighet
94
225000
3000
så kommer ni hitta en massa
04:03
of beautifulvacker, translucentgenomskinlig silksilke glandskörtlar.
95
228000
3000
vackra, halvgenomskinliga silkeskörtlar.
04:06
InsideInuti eachvarje spiderSpindel, there are hundredshundratals
96
231000
2000
Inuti varje spindel finns hundratals
04:08
of silksilke glandskörtlar, sometimesibland thousandstusentals.
97
233000
3000
silkeskörtlar, ibland tusentals.
04:11
These can be groupedgrupperade into sevensju categorieskategorier.
98
236000
3000
Dessa kan grupperas i sju kategorier.
04:14
They differskilja sig by sizestorlek, shapeform,
99
239000
2000
De skiljer sig åt vad gäller storlek, form,
04:16
and sometimesibland even colorFärg.
100
241000
2000
och ibland även färg.
04:18
In an orb-web-weavingorb-web-vävning spiderSpindel,
101
243000
2000
I en spindel som spinner runda nät
04:20
you can find sevensju typestyper of silksilke glandskörtlar,
102
245000
2000
hittar man sju olika typer av silkeskörtlar
04:22
and what I have depictedavbildas here in this picturebild,
103
247000
2000
och det som jag visar på den här bilden
04:24
let's startStart at the one o'clockKlockan positionplacera,
104
249000
3000
om man börjar klockan 1,
04:27
there's tubuliformtubuliform silksilke glandskörtlar, whichsom are used
105
252000
2000
är tubformade silkeskörtlar, vilka
04:29
to make the outeryttre silksilke of an eggägg sacSAC.
106
254000
2000
används för att det yttre silket på en äggsäck.
04:31
There's the aggregateaggregat and flagelliformflagelliform silksilke
107
256000
2000
Här är silket för dropparna och de flagellumliknande
04:33
glandskörtlar whichsom combinekombinera to make the stickyklibbig
108
258000
2000
silkeskörtlarna som kombineras för att skapa den klibbiga
04:35
capturefånga spiralspiral- of an orborb webwebb.
109
260000
3000
fångstspiralen i ett nät.
04:38
PyriformPäronformade silksilke glandskörtlar make the attachmentbilaga
110
263000
2000
De pyriforma silkeskörtlarna skapar
04:40
cementcement -- that's the silksilke that's used to adhereföljer
111
265000
3000
fästfundamentet – alltså silket som används för att fästa
04:43
silksilke linesrader to a substratesubstrat.
112
268000
3000
silkestrådar på fästytan.
04:46
There's alsoockså aciniformaciniform silksilke,
113
271000
2000
Det finns också aciniformt silke
04:48
whichsom is used to wrapslå in preybyte.
114
273000
2000
vilket används för att linda in byten.
04:50
MinorMindre ampullateampullate silksilke is used in webwebb constructionkonstruktion.
115
275000
2000
Litet ampullsilke används vid nätkonstruktion.
04:52
And the mostmest studiedstuderade silksilke linelinje
116
277000
2000
Och det mest studerade silket
04:54
of them all: majorstörre ampullateampullate silksilke.
117
279000
2000
av dem alla: det större ampullsilket.
04:56
This is the silksilke that's used to make the frameram
118
281000
2000
Det är silket som används för att göra ramen
04:58
and radiiradier of an orborb webwebb, and alsoockså
119
283000
3000
och radierna i nätet, men används också
05:01
the safetysäkerhet trailingavslutande draglineslängskopa.
120
286000
3000
till ankartråden.
05:04
But what, exactlyexakt, is spiderSpindel silksilke?
121
289000
3000
Men vad är spindelsilke mer exakt?
05:08
SpiderSpindel silksilke is almostnästan entirelyhelt proteinprotein.
122
293000
3000
Spindelsilke består nästan helt och hållet av proteiner.
05:11
NearlyNästan all of these proteinsproteiner can be explainedförklarade
123
296000
2000
Nästan alla av dessa proteiner kan förklaras
05:13
by a singleenda genegen familyfamilj,
124
298000
3000
av en enda genfamilj,
05:16
so this meansbetyder that the diversitymångfald of silksilke typestyper
125
301000
2000
så det betyder att alla de olika typer av silke
05:18
we see todayi dag is encodedkodade by one genegen familyfamilj,
126
303000
5000
vi ser idag är kodade i en enda genfamilj,
05:23
so presumablyförmodligen the originaloriginal- spiderSpindel ancestorförfader
127
308000
3000
så förmodligen producerade spindelförfadern
05:26
madegjord one kindsnäll of silksilke,
128
311000
2000
en sorts silke,
05:28
and over the last 380 millionmiljon yearsår,
129
313000
3000
och under de senaste 380 miljoner åren
05:31
that one silksilke genegen has duplicateddupliceras
130
316000
3000
har den silkesgenen fördubblats
05:34
and then divergedavvek, specializedspecialiserade,
131
319000
3000
och sedan förgrenats, specialiserats
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
om och om igen för att få
05:40
the largestor varietymängd of flavorssmaker of spiderSpindel silksSilks
133
325000
2000
den stora variation av olika sorters silke
05:42
that we have todayi dag.
134
327000
3000
vi ser idag.
05:45
There are severalflera featuresfunktioner that all these silksSilks
135
330000
2000
Det finns flera egenskaper som alla de här silkestyperna
05:47
have in commonallmänning. They all have a commonallmänning
136
332000
2000
har gemensamt. De har alla en gemensam
05:49
designdesign, suchsådan as they're all very long --
137
334000
2000
design, som till exempel att de alla är väldigt långa –
05:51
they're sortsortera of outlandishlyoutlandishly long
138
336000
3000
de är faktiskt besynnerligt långa
05:54
comparedjämfört to other proteinsproteiner.
139
339000
2000
jämfört med andra proteiener.
05:56
They're very repetitiverepetitiva, and they're very richrik
140
341000
3000
De är väldigt repetitiva och mycket rika
05:59
in the aminoamino acidssyror glycineglycin and alaninealanin.
141
344000
3000
på aminosyrorna glycin och alanin.
06:02
To give you an ideaaning of what
142
347000
2000
För att ge er en bild av hur
06:04
a spiderSpindel silksilke proteinprotein looksutseende like,
143
349000
2000
ett spindelsilkesprotein ser ut;
06:06
this is a draglineslängskopa silksilke proteinprotein,
144
351000
2000
detta är ett ankartrådssprotein,
06:08
it's just a portiondel of it,
145
353000
2000
det är bara en bit av det,
06:10
from the blacksvart widowänka spiderSpindel.
146
355000
2000
från "Svarta änkan".
06:12
This is the kindsnäll of sequencesekvens that I love
147
357000
2000
Detta är den sortens sekvens jag älskar
06:14
looking at day and night. (LaughterSkratt)
148
359000
3000
att titta på dag och natt. (Skratt)
06:17
So what you're seeingseende here is the one letterbrev
149
362000
2000
Det ni ser här är enbokstavsförkortningarna
06:19
abbreviationförkortning for aminoamino acidssyror, and I've coloredfärgad
150
364000
2000
för de olika aminosyrorna, och jag har färgat
06:21
in the glycinesGlycines with greengrön,
151
366000
2000
glycinet grönt
06:23
and the alaninesalanines in redröd, and so
152
368000
2000
och alaninet rött och som ni kan se
06:25
you can see it's just a lot of G'sG: s and A'sA: s.
153
370000
3000
är det bara en massa G:n och A:n.
06:28
You can alsoockså see that there's a lot of shortkort
154
373000
3000
Ni kan också se att det är fullt med små korta
06:31
sequencesekvens motifsmotiv that repeatupprepa over and over
155
376000
3000
sekvensmotiv som återupprepas
06:34
and over again, so for exampleexempel there's a lot of
156
379000
2000
om och om igen, till exempel finns det en massa
06:36
what we call polyalaninespolyalanines, or iteratedupprepade A'sA: s,
157
381000
3000
av det vi kallar polyalaniner, eller upprepade A:n,
06:39
AAAAAAAAAA. There's GGQGGQ. There's GGYGGY.
158
384000
4000
AAAA. Där är GGQ. Där är GGY.
06:43
You can think of these shortkort motifsmotiv
159
388000
2000
Man kan se dessa små motiv,
06:45
that repeatupprepa over and over again as wordsord,
160
390000
3000
som upprepas om och om igen, som ord
06:48
and these wordsord occurinträffa in sentencesmeningar.
161
393000
3000
och dessa ord ingår i meningar.
06:51
So for exampleexempel this would be one sentencemeningen,
162
396000
3000
Detta, till exempel, skulle alltså vara en mening,
06:54
and you would get this sortsortera of greengrön regionområde
163
399000
2000
och man skulle få den här typen av gröna områden
06:56
and the redröd polyalaninepolyalanine, that repeatsrepetitioner
164
401000
2000
och det röda polyalaninet, som upprepas
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
om och om och om igen,
07:00
and you can have that hundredshundratals and
166
405000
2000
och man kan ha detta hundratals
07:02
hundredshundratals and hundredshundratals of timesgånger withininom
167
407000
2000
och åter hundratals gånger i
07:04
an individualenskild silksilke moleculemolekyl.
168
409000
2000
en enda silkesmolekyl.
07:06
SilksSilks madegjord by the samesamma spiderSpindel can have
169
411000
2000
Olika silkessorter från en och samma spindel
07:08
dramaticallydramatiskt differentannorlunda repeatupprepa sequencessekvenser.
170
413000
3000
kan ha väldigt olika upprepningsmönster.
07:11
At the toptopp of the screenskärm, you're seeingseende
171
416000
3000
Längst upp på skärmen ser ni
07:14
the repeatupprepa unitenhet from the draglineslängskopa silksilke
172
419000
3000
en repetition från ankartrådsilket
07:17
of a gardenträdgård argiopeArgiope spiderSpindel.
173
422000
3000
från en trädgårdsspindel av släktet Argiope.
07:20
It's shortkort. And on the bottombotten,
174
425000
2000
Den är kort. Och nertill
07:22
this is the repeatupprepa sequencesekvens for the
175
427000
2000
är repetitionssekvensen för
07:24
eggägg casefall, or tubuliformtubuliform silksilke proteinprotein,
176
429000
2000
äggsäcken, eller det tubformade silkesproteinet
07:26
for the exactexakt samesamma spiderSpindel. And you can see
177
431000
3000
från exakt samma spindel. Och ni kan se
07:29
how dramaticallydramatiskt differentannorlunda
178
434000
2000
hur otroligt olika
07:31
these silksilke proteinsproteiner are -- so this is
179
436000
3000
dessa silkesprotein är – det är detta
07:34
sortsortera of the beautyskönhet of the diversificationdiversifiering
180
439000
2000
som är skönheten med
07:36
of the spiderSpindel silksilke genegen familyfamilj.
181
441000
2000
silkesgenfamiljens diversifikation.
07:38
You can see that the repeatupprepa unitsenheter differskilja sig
182
443000
2000
Man kan se hur repetitionerna skiljer sig
07:40
in lengthlängd. They alsoockså differskilja sig in sequencesekvens.
183
445000
2000
i längd. De skiljer sig också i sekvens.
07:42
So I've coloredfärgad in the glycinesGlycines again
184
447000
2000
Även här har jag färgat glycinet
07:44
in greengrön, alaninealanin in redröd, and the serinesSerines,
185
449000
3000
grönt, alaninet rött och serinet,
07:47
the letterbrev S, in purplelila. And you can see
186
452000
3000
bokstaven S, i lila. Och ni kan se
07:50
that the toptopp repeatupprepa unitenhet can be explainedförklarade
187
455000
2000
att repetitionen ovantill kan beskrivas nästan
07:52
almostnästan entirelyhelt by greengrön and redröd,
188
457000
3000
helt och hållet med grönt och rött,
07:55
and the bottombotten repeatupprepa unitenhet has
189
460000
2000
och att repetitionen nedtill
07:57
a substantialväsentlig amountmängd of purplelila.
190
462000
2000
har en betydande del lila.
07:59
What silksilke biologistsbiologer do is we try to relaterelatera
191
464000
3000
Vad vi silkesbiologer försöker göra är att
08:02
these sequencessekvenser, these aminoamino acidsyra
192
467000
2000
knyta dessa sekvenser, dessa sekvenser
08:04
sequencessekvenser, to the mechanicalmekanisk propertiesegenskaper
193
469000
2000
av aminosyror, till de mekaniska egenskaperna
08:06
of the silksilke fibersfibrer.
194
471000
2000
hos silkesfibrerna.
08:08
Now, it's really convenientbekväm that spidersspindlar use theirderas silksilke
195
473000
3000
Det är synnerligen praktiskt att spindlar använder sitt silke
08:11
completelyfullständigt outsideutanför theirderas bodykropp.
196
476000
2000
nästan uteslutande utanför sin kropp.
08:13
This makesgör testingtestning spiderSpindel silksilke really, really
197
478000
2000
Detta gör det mycket enkelt att testa spindelsilke
08:15
easylätt to do in the laboratorylaboratorium, because
198
480000
2000
i labbet, eftersom
08:17
we're actuallyfaktiskt, you know, testingtestning it in airluft
199
482000
3000
vi då faktiskt testar det i luften,
08:20
that's exactlyexakt the environmentmiljö that
200
485000
2000
alltså samma miljö
08:22
spidersspindlar are usinganvänder sig av theirderas silksilke proteinsproteiner.
201
487000
2000
som spindlarna själva använder sina silkesproteiner i.
08:24
So this makesgör quantifyingkvantifiera silksilke propertiesegenskaper by
202
489000
2000
Detta gör det enkelt att kvantifiera silkets egenskaper
08:26
methodsmetoder suchsådan as tensiledrag testingtestning, whichsom is
203
491000
2000
med metoder som testar draghållfastheten
08:28
basicallyi grund och botten, you know, tuggingrycka on one endslutet
204
493000
2000
vilket ungefär går ut på att dra i ena änden
08:30
of the fiberfiber, very amenablemottaglig.
205
495000
3000
på fibern.
08:33
Here are stress-strainstress-stam curveskurvor
206
498000
3000
Här är kurvorna som visar hållfastheten
08:36
generatedgenererad by tensiledrag testingtestning
207
501000
2000
som vi fått fram genom att testa draghållfastheten
08:38
fivefem fibersfibrer madegjord by the samesamma spiderSpindel.
208
503000
3000
på fem olika fibrer från samma spindel.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
Det ni kan se här är att
08:44
the fivefem fibersfibrer have differentannorlunda behaviorsbeteenden.
210
509000
3000
de fem fibrerna beter sig på olika sätt.
08:47
SpecificallySpecifikt, if you look on the verticalvertikal axisaxel,
211
512000
2000
Speciellt om ni tittar på den vertikala axeln,
08:49
that's stresspåfrestning. If you look at the maximummaximal
212
514000
3000
den för spänning. Om ni tittar på det maximala
08:52
stresspåfrestning valuevärde for eachvarje of these fibersfibrer,
213
517000
2000
värdet för spänning för de olika fibrerna
08:54
you can see that there's a lot of variationvariation,
214
519000
3000
så ser ni att det är stor variation,
08:57
and in factfaktum draglineslängskopa, or majorstörre ampullateampullate silksilke,
215
522000
3000
och att ankartråden, eller storampull-silket
09:00
is the strongeststarkaste of these fibersfibrer.
216
525000
2000
är den starkaste av dessa fibrer.
09:02
We think that's because the draglineslängskopa silksilke,
217
527000
3000
Vi tror att detta beror på att ankartrådsilket,
09:05
whichsom is used to make the frameram and radiiradier
218
530000
3000
vilket används för att göra ramen och radierna
09:08
for a webwebb, needsbehov to be very strongstark.
219
533000
2000
i nätet, behöver vara mycket starkt.
09:10
On the other handhand, if you were to look at
220
535000
2000
Om man, å andra sidan, tittar på
09:12
strainanstränga -- this is how much a fiberfiber can be
221
537000
2000
töjbarheten – detta är hur mycket en fiber
09:14
extendedförlängas -- if you look at the maximummaximal valuevärde
222
539000
2000
kan sträckas ut – om man tittar på det maximala värdet
09:16
here, again, there's a lot of variationvariation
223
541000
3000
kan man även här se en stor variation
09:19
and the clearklar winnervinnare is flagelliformflagelliform,
224
544000
2000
och den tydliga vinnaren är den flagellumformade fibern,
09:21
or the capturefånga spiralspiral- filamentglödtråden.
225
546000
2000
eller fångstspiralens filament.
09:23
In factfaktum, this flagelliformflagelliform fiberfiber can
226
548000
2000
Denna flagellumformade fiber kan i själva verket
09:25
actuallyfaktiskt stretchsträcka over twicedubbelt its originaloriginal- lengthlängd.
227
550000
4000
sträckas ut till två gånger sin utgångslängd.
09:29
So silksilke fibersfibrer varyvariera in theirderas strengthstyrka
228
554000
3000
Silkesfibrer varierar alltså i styrka
09:32
and alsoockså theirderas extensibilityutökningsbarhet.
229
557000
2000
men också i töjbarhet.
09:34
In the casefall of the capturefånga spiralspiral-,
230
559000
2000
Vad gäller fångstspiralen
09:36
it needsbehov to be so stretchystretchig to absorbabsorbera
231
561000
2000
så måste den vara töjbar för att klara av
09:38
the impactinverkan of flyingflygande preybyte.
232
563000
2000
stöten av flygande byten.
09:40
If it wasn'tvar inte ablestånd to stretchsträcka so much, then
233
565000
2000
Om det inte var så töjbart så skulle
09:42
basicallyi grund och botten when an insectinsekt hitträffa the webwebb,
234
567000
2000
insekter som träffade det bara studsa av igen som
09:44
it would just trampolinestudsmatta right off of it.
235
569000
2000
från en trampolin.
09:46
So if the webwebb was madegjord entirelyhelt out of
236
571000
2000
Så om nätet skulle vara gjort av
09:48
draglineslängskopa silksilke, an insectinsekt is very likelytroligt to just
237
573000
3000
ankartrådsilke skulle insekter förmodligen
09:51
bounceBounce right off. But by havinghar really, really
238
576000
2000
bara studsa av igen. Men genom att ha riktigt riktigt
09:53
stretchystretchig capturefånga spiralspiral- silksilke, the webwebb is actuallyfaktiskt
239
578000
2000
töjbart silke i fångstspiralen kan nätet
09:55
ablestånd to absorbabsorbera the impactinverkan
240
580000
2000
absorbera stöten
09:57
of that interceptedfångas upp preybyte.
241
582000
3000
från det fångade bytet.
10:00
There's quiteganska a bitbit of variationvariation withininom
242
585000
2000
Det finns stor variation mellan
10:02
the fibersfibrer that an individualenskild spiderSpindel can make.
243
587000
3000
de olika fibrer som en enskild spindel kan producera.
10:05
We call that the toolverktyg kitKit of a spiderSpindel.
244
590000
3000
Vi kallar det spindelns verktygslåda.
10:08
That's what the spiderSpindel has
245
593000
2000
Den är vad spindeln har
10:10
to interactpåverka varandra with theirderas environmentmiljö.
246
595000
2000
för att kunna interagera med sin omgivning.
10:12
But how about variationvariation amongbland spiderSpindel
247
597000
2000
Men hur är det med variationen mellan olika
10:14
speciesarter, so looking at one typetyp of silksilke
248
599000
2000
spindelarter, om man alltså tittar på en sorts silke
10:16
and looking at differentannorlunda speciesarter of spidersspindlar?
249
601000
3000
hos olika spindelarter?
10:19
This is an areaområde that's largelyi stora drag unexploredoutforskade
250
604000
2000
Detta är ett till stor del outforskat område
10:21
but here'shär är a little bitbit of datadata I can showshow you.
251
606000
4000
men här är lite data som jag kan visa er.
10:25
This is the comparisonjämförelse of the toughnessseghet
252
610000
2000
Detta är en jämförelse av
10:27
of the draglineslängskopa spilkspilk spunsnurrade
253
612000
2000
ankartrådsilkets seghet
10:29
by 21 speciesarter of spidersspindlar.
254
614000
2000
hos 21 olika spindelarter.
10:31
Some of them are orb-weavingorb-vävning spidersspindlar and
255
616000
2000
Vissa av dem är spindlar som spinner runda nät
10:33
some of them are non-orb-weavingicke-orb-vävning spidersspindlar.
256
618000
3000
och vissa är spindlar som spinner andra typer av nät.
10:36
It's been hypothesizedhypotes om that
257
621000
2000
Hypoteser har lagts fram att
10:38
orb-weavingorb-vävning spidersspindlar, like this argiopeArgiope here,
258
623000
3000
de spindlar som spinner runda nät, som denna Argiope-spindel,
10:41
should have the toughesttuffaste draglineslängskopa silksSilks
259
626000
2000
borde ha det segaste ankartrådsilket,
10:43
because they mustmåste interceptavlyssna flyingflygande preybyte.
260
628000
3000
eftersom de måste fånga flygande byten.
10:46
What you see here on this toughnessseghet graphGraf
261
631000
3000
Det ni ser här på det seghetsdiagrammet
10:49
is the higherhögre the blacksvart dotpunkt is on the graphGraf,
262
634000
2000
är att ju högre den svarta punkten är i diagrammet
10:51
the higherhögre the toughnessseghet.
263
636000
2000
desto segare är det.
10:53
The 21 speciesarter are indicatedanges here by this
264
638000
3000
De 21 olika arterna har här delats in
10:56
phylogenyfylogeni, this evolutionaryevolutionära treeträd, that showsvisar
265
641000
3000
fylogenetiskt, i detta evolutionära träd, som visar
10:59
theirderas geneticgenetisk relationshipsrelationer, and I've coloredfärgad
266
644000
2000
deras genetiska släktband och jag har
11:01
in yellowgul the orb-web-weavingorb-web-vävning spidersspindlar.
267
646000
3000
färgat de spindlar som spinner runda nät i gult.
11:04
If you look right here at the two redröd arrowspilar,
268
649000
3000
Om ni tittar här till höger på de två röda pilarna,
11:07
they pointpunkt to the toughnessseghet valuesvärden
269
652000
3000
så pekar de ut seghetsvärdena
11:10
for the draglinesslängskopor of nephilaNephila clavipesclavipes and
270
655000
2000
för ankartrådarna hos Nephila Clavipes och
11:12
araneusAraneus diadematusdiadematus.
271
657000
2000
Araneus Diadematus.
11:14
These are the two speciesarter of spidersspindlar
272
659000
2000
Dessa är de två spindelarter
11:16
for whichsom the vastomfattande majoritymajoritet of time and moneypengar
273
661000
3000
på vilka majoriteten av tid och pengar
11:19
on syntheticsyntetisk spiderSpindel silksilke researchforskning has been
274
664000
3000
lagts ner på forskning för att få fram syntetiskt spindelsilke
11:22
to replicateåterskapa theirderas draglineslängskopa silksilke proteinsproteiner.
275
667000
3000
genom att replikera proteinerna i deras draglinjesilke.
11:25
YetÄnnu, theirderas draglinesslängskopor are not the toughesttuffaste.
276
670000
4000
Deras ankartrådar är dock inte de segaste.
11:29
In factfaktum, the toughesttuffaste draglineslängskopa in this surveyundersökning
277
674000
3000
I själva verket var den segaste draglinan i den här undersökningen
11:32
is this one right here in this whitevit regionområde,
278
677000
3000
den här till höger i det här vita området,
11:35
a nonicke orb-web-weavingorb-web-vävning spiderSpindel.
279
680000
2000
en spindel som inte spinner runda när.
11:37
This is the draglineslängskopa spunsnurrade by scytodesscytodes,
280
682000
2000
Det här är ankartråden hos en spindel av släktet scytodes,
11:39
the spittingspotta spiderSpindel.
281
684000
2000
den spottande spindeln.
11:41
ScytodesScytodes doesn't use a webwebb at all
282
686000
3000
Dessa spindlar använder inte nät över huvud taget
11:44
to catchfånga preybyte. InsteadIstället, scytodesscytodes
283
689000
2000
för att fånga byte. Istället kryper de liksom omkring
11:46
sortsortera of lurkslurar around and waitsväntar for preybyte
284
691000
3000
och väntar på bytet
11:49
to get closestänga to it, and then immobilizesimmobilizes preybyte
285
694000
3000
för att komma nära det och sen immobiliserar de bytet
11:52
by sprayingbesprutning a silk-likesiden-liknande venomVenom ontotill that insectinsekt.
286
697000
4000
genom att spruta ett silkesliknande gift på insekten.
11:56
Think of huntingjakt with sillydumbom stringsträng.
287
701000
3000
Ungefär som att jaga med "silly string".
11:59
That's how scytodesscytodes foragesvallfoder.
288
704000
3000
Det är så spottspindeln jagar byte.
12:02
We don't really know why scytodesscytodes
289
707000
2000
Vi vet egentligen inte varför spottspindlarna
12:04
needsbehov suchsådan a toughtuff draglineslängskopa,
290
709000
3000
behöver en så seg ankartråd
12:07
but it's unexpectedoväntat resultsresultat like this that make
291
712000
3000
men det är oväntade resultat som dessa som gör
12:10
bio-prospectingBio-prospektering so excitingspännande and worthwhilevärt.
292
715000
4000
bioprospektering så spännande och meningsfullt.
12:14
It freesfrigör us from the constraintsbegränsningar
293
719000
2000
Det befriar oss från vår fantasis
12:16
of our imaginationfantasi.
294
721000
2000
begränsningar.
12:18
Now I'm going to markmarkera on
295
723000
2000
Nu lägger jag på
12:20
the toughnessseghet valuesvärden for nylonnylon- fiberfiber,
296
725000
3000
seghetsvärdena för nylonfiber,
12:23
bombyxBombyx -- or domesticateddomesticerade silkwormSilkWorm silksilke --
297
728000
3000
bombyx – eller silke från odlade silkesmaskar –
12:26
woolull-, KevlarKevlar, and carbonkol fibersfibrer.
298
731000
3000
ylle, Kevlar och kolfiber.
12:29
And what you can see is that nearlynästan
299
734000
2000
Och det ni kan se är att nästan
12:31
all the spiderSpindel draglinesslängskopor surpassöverträffa them.
300
736000
2000
alla spindelankartrådar överträffar dem.
12:33
It's the combinationkombination of strengthstyrka, extensibilityutökningsbarhet
301
738000
4000
Det är kombinationen av styrka, töjbarhet
12:37
and toughnessseghet that makesgör spiderSpindel silksilke so
302
742000
3000
och seghet som gör spindelsilke så
12:40
specialsärskild, and that has attractedlockade the attentionuppmärksamhet
303
745000
3000
speciellt och det har lockat till sig
12:43
of biomimeticistsbiomimeticists, so people that turnsväng
304
748000
3000
biomemetiker, alltså människor som
12:46
to naturenatur to try to find newny solutionslösningar.
305
751000
3000
vänder sig till naturen för att hitta nya lösningar.
12:49
And the strengthstyrka, extensibilityutökningsbarhet and toughnessseghet
306
754000
3000
Och styrkan, töjbarheten och segheten
12:52
of spiderSpindel silksSilks combinedkombinerad with the factfaktum that
307
757000
3000
hos spindelsilke tillsammans med faktumet
12:55
silksSilks do not elicitframkalla an immuneimmun responsesvar,
308
760000
3000
att silke inte ger immunologiskt utslag
12:58
have attractedlockade a lot of interestintressera in the use
309
763000
3000
har lett till ett intresse för att använda
13:01
of spiderSpindel silksSilks in biomedicalBiomedicinsk applicationstillämpningar,
310
766000
2000
spindelsilke i biomedicinska tillämpningar,
13:03
for exampleexempel, as a componentkomponent of
311
768000
2000
till exempel som en komponent
13:05
artificialartificiell tendonssenor, for servingbetjänar as
312
770000
3000
i artificiella senor, för att fungera som
13:08
guidesguider to regrowregrow nervesnerver, and for
313
773000
4000
guider vid nervåterväxt och som
13:12
scaffoldsbyggnadsställningar for tissuevävnad growthtillväxt.
314
777000
3000
byggnadsställningar vid vävnadsväxt.
13:15
SpiderSpindel silksSilks alsoockså have a lot of potentialpotential
315
780000
3000
Spindelsilke har också stor potential
13:18
for theirderas anti-ballisticanti-ballistiska capabilitiesFörmågor.
316
783000
2000
på grund av dess antiballistiska egenskaper.
13:20
SilksSilks could be incorporatedinkorporerad into bodykropp
317
785000
2000
Olika silkestyper skulle kunna integreras
13:22
and equipmentUtrustning armorrustning that would be more
318
787000
3000
i kropps- och utrustningsskydd som skulle vara
13:25
lightweightlättvikt and flexibleflexibel
319
790000
2000
lättare och mer flexibla
13:27
than any armorrustning availabletillgängliga todayi dag.
320
792000
3000
än någon skyddsutrustning idag.
13:30
In additiontillägg to these biomimeticbiomimetiska
321
795000
3000
Utöver dessa biomemetiska
13:33
applicationstillämpningar of spiderSpindel silksSilks,
322
798000
2000
tillämpningar av spindelsilke,
13:35
personallypersonligen, I find studyingstuderar spiderSpindel silksSilks
323
800000
4000
tycker jag personligen att spindelsilke
13:39
just fascinatingfascinerande in and of itselfsig.
324
804000
3000
är fascinerade att studera i sig själv.
13:42
I love when I'm in the laboratorylaboratorium,
325
807000
4000
Jag älskar när jag är i labbet
13:46
a newny spiderSpindel silksilke sequencesekvens comeskommer in.
326
811000
3000
och en ny spindelsilkessekvens kommer in.
13:49
That's just the bestbäst. (LaughterSkratt)
327
814000
3000
Det är det bästa. (Skratt)
13:52
It's like the spidersspindlar are sharingdelning
328
817000
3000
Det är som om att spindlarna delar med sig av
13:55
an ancientgammal secrethemlighet with me, and that's why
329
820000
2000
en gammal hemlighet med mig och det är därför
13:57
I'm going to spendspendera the restresten of my life
330
822000
2000
jag kommer spendera resten av mitt liv
13:59
studyingstuderar spiderSpindel silksilke.
331
824000
2000
med att studera spindelsilke.
14:01
The nextNästa time you see a spiderSpindel webwebb,
332
826000
3000
Nästa gång ni ser ett spindelnät
14:04
please, pausepaus and look a little closernärmare.
333
829000
3000
snälla stanna upp och titta lite närmare.
14:07
You'llDu kommer be seeingseende one of the mostmest
334
832000
2000
Ni kommer se ett av de mest
14:09
high-performancehög prestanda materialsmaterial knownkänd to man.
335
834000
3000
högpresterande material vi känner till.
14:12
To borrowlåna from the writingsskrifter
336
837000
2000
För att låna från böckerna
14:14
of a spiderSpindel namedsom heter CharlotteCharlotte,
337
839000
3000
om en spindel vid namn Charlotte:
14:17
silksilke is terrificFantastiskt.
338
842000
2000
"Silke är fantastiskt."
14:19
Thank you. (ApplauseApplåder)
339
844000
3000
Tack! (Applåder)
14:22
(ApplauseApplåder)
340
847000
1000
(Applåder)
Translated by Erik Niklasson
Reviewed by Johan Cegrell

▲Back to top

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