TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
Черил Хайяши: Великолепието на паяковата коприна
Filmed:
Readability: 4.6
889,997 views
Черил Хайяши изучава паяковата коприна, един от най-високо производителните материали в природата. Всеки вид паяк може да направи до 7 много различни видове коприна. Как го правят? Хайяши обяснява на ниво ДНК, тогава ни показва как този супер силен, супер гъвкав материал може да вдъхновява.
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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:16
I'm here to spread the word about the
0
1000
2000
Аз съм тук, за да разпространя идеята за
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
великолепието на паяците
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
и за това колко много можем да научим от тях.
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
Паяците са наистина граждани на света (глобални обитатели).
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
Можете да намерите паяци почти
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
във всеки сухоземен хабитат.
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
Тази червена точка показва
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
Големия басейн в Северна Америка
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
и там аз се занимавам с проект за високопланинското
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
биоразнообразие с няколко сътрудника.
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
Това е едно от нашите полета на изследване
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
и само за да ви дам чувство за перспектива,
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
това малко синьо петно тук,
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
това е един от моите сътрудници.
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
Това е скалист и пуст пейзаж
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
и все пак и тук има няколко паяка.
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
Обръщайки скалите открихме този раков паяк
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
борещ се с един бръмбар.
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
Паяците не са само навсякъде,
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
но те са и изключително разнообразни.
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
Има повече от 40 000 описани видове
01:04
of spiders.
21
49000
1000
паяци.
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
За да сложим това число в перспектива,
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
това е диаграма, съпоставяща 40 000-те
01:09
species of spiders
24
54000
2000
вида паяци
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
с 400-те вида примати.
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
Има два разреда повече
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
паяци, отколкото примати.
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
Паяците също така са изключително стари.
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
Тук в дъното,
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
това е геологична времева скала
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
и числата върху нея показват милиони
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
години назад във времето, тъй че нулата тук,
01:29
that would be today.
33
74000
2000
това би било днес.
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
Това, което показва тази фигура, е, че паяците
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
датират от преди почти 380 милиона години.
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
За да сложим това в перспектива, тази червена
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
вертикална линия тук отбелязва времевото разклонение
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
на хората от шимпанзетата -
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
преди само седем милиона години.
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
Всички паяци правят коприна
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
в някакъв момент от живота си.
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
Повечето паяци използват изобилно количество коприна
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
и коприната е жизнено важна за тяхното оцеляване
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
и възпроизвеждане.
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
Дори изкопаемите паяци правят коприна,
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
както можем да видим от този отпечатък
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
на паяжинна жлеза върху този изкопаем паяк.
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
Значи това означава, че и двете - паяците
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
и тяхната комприна, са съществували
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
преди 380 милиона години.
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
Не минава много време от работата с паяци,
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
за да започнеш да забелязваш колко важна е коприната
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
във всеки аспект от техния живот.
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
Паяците използват коприната за много цели, включително
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
за заден екскаватор за безопасност,
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
за обвиване на яйца за възпроизвеждане,
02:33
protective retreats
57
138000
2000
защитени отстъпления
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
и хващане на плячка.
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
Има много видове паякова коприна.
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
Например, този градински паяк може да направи
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
седем различни вида коприна.
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
Когато погледнете това кълбо от паяжина, всъщност
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
виждате много видове копринени фибри.
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
Скелета и радиуса на тази мрежа
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
са направени от един тип коприна,
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
докато захващащата спирала е съставена
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
от две различни коприни:
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
влакното и лепкавата капчица.
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
Как един единствен паяк
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
прави толкова много видове коприна?
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
За да отговорите на това, трябва да се вгледате много по-отблизо
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
в региона на паяжинната жлеза на паяка.
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
Значи коприната излиза от паяжинните жлези, и за
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
нас, биолозите, занимаващи се с паякова коприна, това е, което
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
наричаме "бизнес край" на паяка. (Смях)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
Ние прекарваме дълги дни...
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
Хей! Не се смейте. Това е моят живот.
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
(Смях)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
Ние прекарваме дълги дни и нощи,
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
започвайки от тази част на паяка.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
И това е, което виждаме.
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
Може да видите многобройни фибри,
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
излизащи от паяжинните жлези, защото
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
върху всяка паяжинна жлеза има много кранчета.
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
Всеки от тези копринени фибри завършва с кранчето
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
и ако проследите фибрите обратно
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
в паяка, това, което ще намерите, е, че
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
всяко кранче се свързва със своя собствена
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
копринена жлеза. Копринената жлеза някак прилича на сак
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
с много копринени протеини, натъпкани вътре.
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
Така че ако имате възможността да направите дисекция
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
на паяк тъкач на кълбовидна мрежа,
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
надявам се да имате,
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
това, което ще намерите, е изобилие
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
от красиви, полупрозрачни копринени жлези.
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
Във всеки паяк има стотици
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
копринени жлези, понякога хиляди.
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
Те могат да бъдат групирани в седем категории.
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
Различават се по размер, форма
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
и понякога дори и по цвят.
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
В паяка тъкач на кълбовидна мрежа,
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
може да намерите седем типа копринени жлези
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
и това, което съм изобразила тук на тази снимка,
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
нека започнем от позицията на един часа,
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
има тръбовидни копринени жлези, които са използвани
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
за направата на външната коприна на яйчените торбички.
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
Това са цялостните и бичообразни копринени
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
жлези, които се комбинират, за да направят лепкавото
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
спираловидно захващане на кълбовидната паяжина.
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
Пириформени копринени жлези правят съединяващата
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
спойка - това е коприната, която се използва за залепването
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
на копринените линии за субстрата.
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
Има още гроздовидна коприна,
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
която се използва за увиването на плячката.
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
Второстепенна ампулна коприна се използва за конструкцията на паяжината.
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
И най-изучаваната копринена линия
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
от всички тях: главната ампулна коприна.
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
Това е коприната, която е използвана за направата на рамката
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
и радиуса на кълбовидната паяжина и също така -
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
на задния екскаватор за безопасност,
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
Но какво всъщност е коприната на паяка?
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
Паяковата коприна е почти изцяло един протеин.
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
Почти всички от тези протеини могат да бъдат обяснени
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
от една единствена фамилия гени,
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
значи това означава, че разнообразието от типове коприна,
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
което виждаме днес е (за)кодирано от една фамилия гени,
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
значи вероятно първоначалния паяк прародител
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
е правил един тип коприна
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
и през последните 380 милиона години
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
този единствен копринен ген се е дупликирал
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
и тогава се е отделил, специализирал
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
отново и отново, и отново, за да достигне
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
до обширното разнообразие от паякови коприни,
05:42
that we have today.
134
327000
3000
което имаме днес.
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
Има няколко характерни черти, които всички коприни
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
притежават. Всички те имат сходен
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
дизайн, такъв че всички са много дълги -
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
те са необичайно дълги,
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
сравнени с други протеини.
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
Те са много повторяеми и много богати
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
на аминокиселините глицин и аланин.
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
За да ви дам известна представа за това
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
как изглежда един протеин на паяковата коприна,
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
това е протеин на екскаватора,
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
това е само част от него,
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
от паяка черна вдовица.
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
Това е типа последователност, която обичам
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
да гледам ден и нощ. (Смях)
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
Това което виждате тук е еднобуквена
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
съкращение за аминокиселините, и аз съм оцветила
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
глицина със зелено
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
и аланина в червено, и така
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
може да видите, че е просто много Г-та и А-та.
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
Също може да видите, че има много къси
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
мотиви на серии, които се повтарят отново
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
и отново, затова например има много
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
от това, което наричаме полиаланин, или преповтарящи се А-та,
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
ААААА. Има GGQ (глицин, глицин, глутамин). Има GGY (глицин, глицин, тирозин).
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
Може да си представите тези кратки мотиви,
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
които се повтарят отново и отново като думи
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
и тези думи се появяват в изречения.
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
И например това би било едно изречение
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
и вие бихте получили този зелен регион
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
и червения полиаланин, който се повтаря
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
отново и отново, и отново,
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
и може да имате това стотици и
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
стотици, и стотици пъти
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
в една единствена копринена молекула.
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
Коприна, направена от същия паяк, може да има
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
крайно различни повтарящи се поредици.
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
В горната част на екрана виждате
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
повтарящия се участък от екскаваторната коприна
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
на градинския паяк Argiope.
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
Къс е. И в долната част,
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
това е повтарящата се поредица за
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
яйчената обвивка, или тубулообразния копринен протеин
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
за точно същия паяк. Може да видите
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
колко крайно различни
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
са тези копринени протеини - това е
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
един вид красотата на разнообразието
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
на гена на фамилията на паяковата коприна.
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
Може да видите как повтарящите се единици се различават
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
по дължина. Те също така се различават и по серии.
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
И аз оцветих глицина отново
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
в зелено, аланина в червено и серина,
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
буквата S, в лилаво. И вие може да видите,
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
че горната повтаряща се единица може да бъде обяснена
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
почти изцяло в зелено и червено,
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
и долната повтаряща се единица има
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
съществено количество лилаво.
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
Това, което ние, копринените биолози, правим е, че се опитваме да свържем
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
тези поредици, тези аминокиселинни
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
поредици с механичните свойства
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
на копринените фибри.
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
Сега, наистина е удобно това, че паяците използват тяхната коприна
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
напълно извън своето тяло.
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
Това прави тестването на коприната на паяците много, много
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
лесно за извършване в лаборатория, защото
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
ние всъщност, знаете, я тестваме във въздуха,
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
това е именно средата, в която
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
паяците използват своите копринени протеини.
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
И това прави определянето на броя на свойствата на коприната,
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
чрез методи като тестването на разтегливостта, което е
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
всъщност, знаете, теглене на края
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
на нишката, много податливо.
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
Това са стресово-обтегнати графики
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
извлечени от тестване на разтегливостта
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
на пет фибри, направени от един и същ паяк.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
И това, което може да видите тук, е, че
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
петте фибри имат различно поведение.
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
По-конкретно, ако погледнете вертикалните оси,
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
това е натиск. Ако погледнете максималната
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
стойност на натиска за всеки от тези фибри,
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
може да видите, че има много вариация,
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
и всъщност екскаваторната или главната ампулна коприна
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
е най-силната от тези фибри.
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
Ние мислим, че защото екскаваторната коприна
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
която е използвана за направата на рамката и радиуса
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
на паяжината, трябва да бъде много силна.
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
От друга страна, ако погледнете
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
обтягането - ето колко една фибра може да бъде
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
разширено - ако погледнете максималната стойност
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
тук, отново има много вариация
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
и явният победител е бичобразната,
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
или хващащото спираловидно влакно.
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
Всъщност, тази бичообразна фибра може
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
да се разтегне два пъти оригиналната си дължина.
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
Значи копринените фибри се различават по своята сила
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
и също така по своята разтегливост.
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
В случая на захващащата спирала,
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
тя има нужда да е разтеглива, за да абсорбира
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
въздействието на летящата плячка.
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
Ако не беше способна да се разтяга толкова, тогава
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
когато насекомо се удари в мрежата,
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
то просто ще отскочи обратно от нея.
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
Значи, ако мрежата беше изцяло направена от
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
екскаваторна коприна, много е вероятно насекомото просто
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
да отскочи обратно. Но имайки много, много
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
разтеглива копринена захващаща спирала, тази паяжина е
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
способна да абсорбира въздействието
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
на тази уловена жертва.
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
Има известна вариация във
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
фибрите, които един единствен паяк може да направи.
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
Ние наричаме това инструменталния комплект на паяка.
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
Това е, което паякът има,
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
за да взаимодейства със своята околна среда.
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
А какво да кажем за разнообразието измежду
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
видовете паяци, като гледаме един тип коприна
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
и гледаме различни видове паяци?
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
Това е област, която е до голяма степен неизследвана,
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
но има малко информация, която мога да ви покажа.
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
Това е сравнението на здравината
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
на екскаваторната коприна
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
на 21 вида паяци.
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
Някои от тях са паяци тъкачи на кълбовидни мрежи,
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
а някои от тях - не са.
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
Предполага се, че
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
паяците тъкачи на кълбовидни мрежи, като този Argiope тук,
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
би трябвало да имат най-здравите екскаваторни коприни,
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
защото те трябва да улавят летяща плячка.
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
Това, което виждате на тази графика на здравината,
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
е, че колкото по-нависоко е черната точка на графиката,
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
толкова по-значителна е здравината.
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
21-те видове са посочени тук чрез тази
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
филогенеза, това еволюционно дърво, което показва
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
техните генетични връзки и аз съм оцветила
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
в жълто паяците тъкачи на кълбовидни мрежи.
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
Ако погледнете точно тук към тези две червени стрелки,
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
те сочат стойностите на здравината
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
на екскаваторната коприна на Nephila Clavipes и
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
Araneus Diadematus.
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
Това са двата вида паяци,
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
за които голяма част от времето и парите
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
за изследването на синтетична паякова коприна, са били
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
за репликирането на техните екскаваторни копринени протеини.
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
И все пак техните екскаваторни коприни не са най-здравите.
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
Всъщност най-здравата екскаваторна коприна от общия преглед
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
е ето тази тук в тази бяла част,
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
не на паяка тъкач на къкбовидна мрежа.
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
Това е екскаваторната коприна на Scytodes,
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
плюещия паяк.
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
Scytodes изобщо не използва мрежа,
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
за да хваща плячка. Вместо това Scytodes
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
един вид се спотаява наоколо и чака жертвата
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
да се приближи до него и тогава обездвижва жертвата,
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
пръскайки с подобна на коприна отрова това насекомо.
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
Представете си го като ловуване със смешна връв.
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
Ето как Scytodes търси храна.
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
Ние всъщност не знаем защо Scytodes
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
има нужда от толкова здрав екскаватор,
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
но неочаквани резултати като този правят
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
биопроспекцията толкова вълнуваща и заслужаваща си.
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
Тя ни освобождава от ограниченията
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
на нашето въображение.
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
Сега ще маркирам
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
стойността на здравината на найлоновата фибра,
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
Bombyx - или коприната на домашната копринена буба -
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
вълна, кевлар и въглеродни фибри.
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
И това, което може да видите е, че почти
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
всички паякови екскаватори ги надминават.
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
Именно комбинацията от сила, разтегливост
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
и здравина правят паяковата коприна толкова
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
специална, и това е привлякло вниманието
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
на биомиметистите, така че хората да се обърнат
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
към природата, за да се опитат да намерят нови решения.
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
И силата, разтегливостта и здравината
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
на паяковата коприна, комбинирани с факта, че
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
коприните не предизвикват имунен отговор,
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
е привлякло много интерес в използването
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
на паякова коприна за биомедицински приложения,
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
например като компонент от
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
изкуствени сухожилия, за да служат като
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
гидове за повторното израстване на нерви и за
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
777000
3000
скелета за растеж на тъкани.
13:15
Spider silks also have a lot of potential
315
780000
3000
Паяковата коприна също има много потенциал
13:18
for their anti-ballistic capabilities.
316
783000
2000
заради своите антибалистични способности.
13:20
Silks could be incorporated into body
317
785000
2000
Коприните могат да бъдат включени в телово
13:22
and equipment armor that would be more
318
787000
3000
и бронирано оборудване, което ще бъде по-леко
13:25
lightweight and flexible
319
790000
2000
и пластично
13:27
than any armor available today.
320
792000
3000
от която и да е броня, достъпна днес.
13:30
In addition to these biomimetic
321
795000
3000
В добавка на тези биомимични
13:33
applications of spider silks,
322
798000
2000
приложения на паяковата коприна,
13:35
personally, I find studying spider silks
323
800000
4000
лично аз намирам изучаването на паяковата коприна
13:39
just fascinating in and of itself.
324
804000
3000
просто пленително само по себе си.
13:42
I love when I'm in the laboratory,
325
807000
4000
Обичам, когато съм в лабораторията и
13:46
a new spider silk sequence comes in.
326
811000
3000
ново серия паякова коприна пристигне.
13:49
That's just the best. (Laughter)
327
814000
3000
Това е просто най-доброто. (Смях)
13:52
It's like the spiders are sharing
328
817000
3000
То е все едно паяците споделят
13:55
an ancient secret with me, and that's why
329
820000
2000
древна тайна с мен и ето защо
13:57
I'm going to spend the rest of my life
330
822000
2000
аз ще прекарам остатъка от живота си,
13:59
studying spider silk.
331
824000
2000
изучавайки паяковата коприна.
14:01
The next time you see a spider web,
332
826000
3000
Следващия път, когато видите паякова мрежа,
14:04
please, pause and look a little closer.
333
829000
3000
моля, спрете и погледнете малко по-отблизо.
14:07
You'll be seeing one of the most
334
832000
2000
Вие ще гледате един от най-високо
14:09
high-performance materials known to man.
335
834000
3000
производителните материали, познати на човека.
14:12
To borrow from the writings
336
837000
2000
Взето от написаното
14:14
of a spider named Charlotte,
337
839000
3000
за един паяк, наречен Шарлот -
14:17
silk is terrific.
338
842000
2000
коприната е удивителна.
14:19
Thank you. (Applause)
339
844000
3000
Благодаря ви. (Аплодисменти)
14:22
(Applause)
340
847000
1000
(Аплодисменти)
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