TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
Cheryl Hayashi: Velkolepost pavoučích vláken
Filmed:
Readability: 4.6
889,997 views
Cheryl Hayashi studuje pavoučí vlákna, jedny z nejvýkonnějších materiálů přírody. Každý druh pavouka umí vyrobit až 7 velmi odlišných druhů vláken. Jak to dělají? Hayashi vše vysvětluje na úrovni DNA -- pak ukazuje jak inspirující je tento supersilný a superpružný materiál.
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
Jsem zde, abych rozšířila vaše povědomí
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
o tom, jak nádherní jsou pavouci
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
a co všechno se od nich můžeme naučit.
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
Pavouci jsou opravdovými světoobčany.
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
Můžete je najít téměř
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
v každé pozemské lokalitě.
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
Tato červená tečka označuje
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
Velkou severoamerickou pánev
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
a já se tam s několika spolupracovníky podílím na projektu
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
zkomajícím biologickou různorodost vysokohorských druhů.
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
Tady je jedno z našich pracovišť v terénu,
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
a jen pro představu, o jaký jde úhel pohledu,
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
tato malá šmouha tady
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
je jeden z mých spolupracovníků.
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
Je to tvrdý a neúrodný terén,
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
nachází se zde poměrně málo pavouků.
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
Při obracení kamenů jsme odhalili tohoto
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
pavouka běžníka zápasícího s broukem.
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
Nejenže jsou pavouci všude,
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
ale jsou i nesmírně různorodí.
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
Existuje přes 40 000 popsaných druhů
01:04
of spiders.
21
49000
1000
pavouků.
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
Abychom si uvědomili, o jaké množství jde,
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
mám zde graf srovnávající 40 000
01:09
species of spiders
24
54000
2000
druhů pavouků
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
se 400 druhy primátů.
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
Počet pavouků je o dva řády větší
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
než počet primátů.
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
Pavouci jsou také nesmírně staří.
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
Tady dole
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
to je geologická časová osa,
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
a ta čísla na ní ukazují miliony roků
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
směrem do minulosti, takže nula zde
01:29
that would be today.
33
74000
2000
představuje dnešek.
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
Na tomto obrázku tedy vidíte, že pavouci
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
existovali už před téměř 380 miliony let.
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
Ve srovnání s tím, tento červený
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
svislý pruh představuje dobu vývoje
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
šimpanzů v lidi,
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
před pouhými sedmi miliony let.
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
Všichni pavouci tkají hedvábí
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
v určitém okamžiku svého života.
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
Většina pavouků používá hedvábí v obrovských množstvích,
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
a hedvábí je zásadní pro jejich přežití
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
a rozmnožování.
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
Dokonce pradávní pavouci mohli tkát hedvábí,
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
jak můžeme vidět na tomto otisku
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
snovací bradavky zkamenělého pavouka.
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
Takže to znamená, že jak pavouci
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
tak pavoučí hedvábí zde existují
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
už po 380 milionů roků.
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
Při zkoumání pavouků vám nepotrvá dlouho
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
a povšimnete si, jaký klíčový význam má hedvábí
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
pro pavouky v téměř v každé situaci jejich života.
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
Pavouci používají hedvábí k mnoha účelům, patří sem
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
tkaní záchranných vlečných vláken,
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
obalování vajíček při rozmnožování,
02:33
protective retreats
57
138000
2000
ochrana útulků
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
a lov kořisti.
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
Existuje mnoho druhů pavoučího hedvábí.
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
Například, tento křižák může vytvářet
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
sedm různých druhů hedvábí.
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
Když se díváte na tuto kruhovou pavučinu, pozorujete vlastně
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
mnoho jednotlivých typů pavoučích vláken.
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
Kostra a paprsky této pavučiny
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
jsou utvořeny z jednoho typu,
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
zatímco záchytná spirála se skládá
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
ze dvou rozdílných vláken:
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
ze spřádacího vlákna a z lepivých kapiček.
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
Jak jednotliví pavouci
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
vyrábí takové množství druhů hedvábí?
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
Abyste mohli odpovědět, musíte se podívat mnohem blíže
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
na oblast pavoučích snovacích bradavek.
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
Takže, hedvábí vychází ze snovacích bradavek,
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
a my pavučinoví biologové tomuto říkáme
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
"pracovní konec" pavouka.
(Smích)
(Smích)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
Trávíme mnoho dní...
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
Hej! Nesmějte se. To je můj život.
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
(Smích)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
Dlouhé dni a noci trávíme
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
zíráním na tuto část pavouka.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
A tohle je to, co vidíme.
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
Můžete zahlédnout několik pramínků
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
vycházejících ze snovacích bradavek, protože
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
každá bradavka má na sobě mnoho vývodů.
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
Z každého vývodu vystupuje jeden pramen vlákna,
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
a pokud byste sledovali cestu pramene směrem
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
do těla pavouka, zjistili byste,
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
že každý vývod je propojený se svou vlastní
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
snovací žlázou. Žláza vypadá trochu jako váček
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
naplněný spoustou proteinů pro tvorbu vláken.
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
Takže pokud jste někdy měli příležitost kuchat
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
pavouka tkajícího kruhovou pavučinu,
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
a já doufám, že ano,
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
našli byste mimořádné množství
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
krásných, průsvitných snovacích žláz.
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
Uvnitř každého pavouka jsou stovky
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
snovacích žláz, někdy i tisíce.
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
Ty můžeme seskupit do sedmi kategorií.
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
Odlišují se velikostí, tvarem,
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
a někdy dokonce i barvou.
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
U pavouků, kteří tkají kruhové pavučiny,
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
najdete sedm typů snovacích žláz,
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
a to, co jsem tu znázornila na obrázku,
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
začněme v pozici na jedné hodině,
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
to jsou cylindrické žlázy, které se užívají
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
k výrobě vnějších vláken obalu vajíčka.
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
Agregátní a nitkovité snovací žlázy
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
dohromady tvoří lepkavé,
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
zachytávací spirální vlákno kruhové sítě.
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
Pyriformní žlázy vytváří přídržné
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
pojivo -- to je ono hedvábí, které se užívá k přilepení
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
hedvábných vláken k podkladu.
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
Existuje také aciniformní hedvábí,
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
které se používá k obalení kořisti.
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
Vedlejší ampulární hedvábí se používá ke stavbě.
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
A nejvíce studovaná řada hedvábí
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
ze všech: hlavní ampulární hedvábí.
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
Toto je ten druh hedvábí, který se užívá k sestavení nosného
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
rámu a paprskových vláken kruhové sítě, a také
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
k výrobě záchranného vlečného vlákna.
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
Ale co přesně je pavoučí hedvábí?
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
Pavoučí hedvábí je téměř celé z proteinů.
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
Skoro všechny tyto proteiny můžeme objasnit
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
pomocí jediné rodiny genů,
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
takže to znamená, že rozmanitost typů hedvábných vláken,
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
které dnes známe, je zakódováno v jedné rodině genů,
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
podle všeho původní předek pavouka
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
vyráběl jeden druh hedvábí
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
a za posledních 380 milionů let,
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
byl onen jeden gen kopírován
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
a pak zase dělen, ozvláštňován,
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
znovu a znovu a opět, aby vznikla
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
ta ohromná pestrost druhů pavoučího hedvábí,
05:42
that we have today.
134
327000
3000
které dnes máme.
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
Je několik charakteristických vlastností, které jsou společné
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
všem druhům hedvábí. Všechny mají společnou
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
konstrukci, všechny jsou velmi dlouhé --
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
jsou jaksi výstředně protažené
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
ve srovnání s jinými bílkovinami.
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
Mnohonásobně se opakují a jsou velmi bohaté
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
na aminokyseliny glycin a alanin.
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
Abyste si udělali představu,
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
jak vypadá pavoučí bílkovina hedvábí,
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
toto je bílkovina hedvábného vlečného vlákna,
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
je to jen její část,
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
z pavouka černá vdova.
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
Toto je druh posloupnosti, kterou si ráda
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
prohlížím ve dne v noci. (Smích)
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
Takže, to co zde právě vidíte, jsou jednoznakové
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
zkratky aminokyselin, a já už jsem obarvila
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
glyciny na zeleno
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
a alaniny na červeno, a tak
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
můžete vidět, že je to jen spousta Géček a Áček.
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
Můžete také vidět množství krátkých
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
sekvenčních motivů, které se znovu a znovu opakují,
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
a opět, takže se například opakuje mnoho těch,
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
které nazýváme polyalaniny, neboli opakovaná Áčka,
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
AAAAA. Jsou tu GGQ. A GGY.
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
Můžete přemýšlet o těchto krátkých
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
znovu a znovu se opakujících motivech jako o slovech,
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
a tato slova se objevují ve větách.
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
Takže například tohle by byla jedna věta,
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
a vy byste dostali tuhle zelenou oblast
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
a ten červený polyalanin, který se opakuje
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
znovu a znovu a opět,
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
a těch opakování můžete mít ony stovky
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
a stovky a stovky uvnitř
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
každé molekuly hedvábí.
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
Hedvábí vyrobené tím samým pavoukem může mít
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
dramaticky různé posloupnosti opakování.
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
V horní části obrazovky právě vidíte
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
jednotku opakování z vlečného vlákna hedvábí
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
zahradního křižáka.
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
Je krátká. A dole
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
to je jednotka opakování
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
obalu vajíčka, neboli protein cylindrického hedvábí,
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
přesně toho samého pavouka. A můžete vidět,
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
jak dramaticky odlišné
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
jsou tyhle proteiny hedvábí -- tak tohle je
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
druh té krásné různorodosti
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
rodiny hedvábných pavoučích genů.
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
Můžete vidět, že se jednotky odlišují délkou.
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
Také se liší v posloupnosti.
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
Takže jsem zase obarvila glyciny
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
zeleně, alaniny červeně a sericiny,
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
pod písmenem S, fialově. A vy můžete vidět,
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
že horní jednotku můžeme
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
téměř celou vyjádřit pomocí zelené a červené,
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
a že spodní jednotka má
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
značné množství fialové.
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
To, o co se my pavučinoví biologové snažíme,
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
je nalézt vztah těchto posloupností, těchto posloupností
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
aminokyselin, a mechanických vlastností
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
hedvábných vláken.
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
Velká výhoda je, že pavouci užívají svoje hedvábí
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
zcela mimo svoje těla.
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
Toto opravdu velmi ulehčuje testování
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
pavoučího hedvábí v laboratoři, protože
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
víte, my vlastně testujeme ve vzduchu,
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
který je přesně tím prostředím, ve kterém
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
pavouci užívají svoje hedvábné bílkoviny.
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
Velmi přístupné je tak určování vlastností hedvábí
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
pomocí metod jako je zkouška tahem, která je,
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
víte, v podstatě popotahováním za jeden
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
konec vlákna.
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
Zde jsou křivky závislosti deformace na napětí
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
generované při zkoušce tahem
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
na pěti vláknech produkovaných tím samým pavoukem.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
Tak to co tu teď můžete spatřit,
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
jsou různá chování pěti vláken.
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
Konkrétně, pokud se podíváte na svislou osu,
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
to je napětí. Pokud se podíváte na maximální
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
hodnotu napětí u každého z těchto vláken,
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
zpozorujete značné rozdíly, a že
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
je vlastně vlečné vlákno, neboli hlavní ampulární hedvábí,
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
tím nejsilnějším z těchto vláken.
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
Myslíme si, že je tomu tak proto, že je zapotřebí,
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
aby hedvábí vlečného vlákna, které se užívá k výrobě rámu
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
a paprsků pavučiny, bylo velmi silné.
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
Na druhou stranu, pokud jste pozorovali
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
deformaci -- to znamená to, jak dalece je schopno se
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
vlákno natáhnout -- pokud se podíváte na maximální hodnotu
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
zde, opět jsou tu velké rozdíly
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
a jasným vítězem je nitkovité,
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
neboli záchytné spirálové vlákno.
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
Ve skutečnosti, toto nitkovité vlákno může
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
vlastně více než dvakrát zvětšit svou původní délku.
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
Tak se hedvábná vlákna liší svou pevností
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
a také svou roztažitelností.
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
V případě záchytné spirály,
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
ta musí být natolik roztažitelná, aby utlumila
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
náraz letící kořisti.
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
Pokud by nebyla schopná se tak natáhnout, pak
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
v podstatě ve chvíli, kdy hmyz narazí do pavučiny,
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
stala by se z ní přímo trampolína.
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
Takže pokud by byla pavučina vyrobená celá
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
z vlečného vlákna, hmyz by se velmi pravděpodobně
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
hned jenom odrazil. Ale tím, že je záchytné spirální hedvábí
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
opravdu velmi roztažitelné, síť je opravdu
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
schopná vstřebat dopad
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
zachycené kořisti.
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
Jednotliví pavouci mohou složení uvnitř
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
vláken docela hodně obměňovat.
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
Říkáme tomu pavoučí souprava nářadí.
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
Jeho prostřednictvím pavouk musí
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
ovlivňovat svoje prostředí.
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
A co takhle rozdíly mezi pavoučími
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
druhy, jak při pohledu na jeden typ hedvábí,
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
tak při pohledu na rozdílné druhy pavouků?
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
To je široce neprobádaná oblast,
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
přesto jsou tu nějaká data, která vám mohu ukázat.
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
Toto je srovnání houževnatosti
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
vlečného vlákna, upředeného
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
jednadvaceti druhy pavouků.
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
Některé druhy pavouků tkají kruhové pavučiny
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
a jiné druhy zase ne.
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
Předpokládá se, že pavouci tkající
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
kruhové pavučiny, jako je tady tento křižák,
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
by měli mít ta nejpevnější hedvábí vlečných vláken,
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
protože musí zachytávat letící kořist.
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
Zde na tomto grafu pevnosti vidíte,
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
že čím výše je v grafu černý bod,
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
tím vyšší je houževnatost.
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
Těch 21 druhů je zde naznačeno prostřednictvím
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
fylogeneze, vývojovým stromem, který ukazuje
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
jejich vývojové vazby, a já jsem obarvila
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
pavouky tkající kruhové pavučiny žlutou barvou.
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
Když se podíváte přímo sem na ty dvě červené šipky,
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
míří na hodnoty houževnatosti
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
vlečných vláken nefily kyjonohé
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
a křižáka obecného.
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
Jsou to tyto dva druhy pavouků,
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
kterým byla věnována většina času a peněz
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
na výzkum umělého pavoučího hedvábí
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
za účelem zkopírování bílkovin jejich hedvábí.
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
Přesto, jejich vlečná vlákna nejsou ta nejhouževnatější.
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
Vlastně, nejhouževnatější vlečné vlákno v tomto přehledu
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
je právě tady v té bílé oblasti,
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
u pavouka netkajícího kruhové pavučiny.
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
Je to vlečné vlákno utkané lepovkou,
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
plivajícím pavoukem.
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
Lepovka k chytání kořisti vůbec
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
nepoužívá pavučinu. Místo toho
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
se skrývá někde poblíž a čeká na kořist,
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
až se dostane blíže k ní a pak kořist znehybní
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
vystříknutím hedvábí podobnému jedu.
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
Představte si lov slabou pružinou.
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
To je způsob, jakým lepovka shání potravu.
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
Opravdu nevíme, proč lepovka
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
potřebuje tak pevné vlečné vlákno,
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
ale neočekávané výsledky jako tento dělají
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
bio-výzkum tak vzrušující a proč stojí za námahu.
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
Uvolňuje to bariéry
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
naší představivosti.
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
Nyní poznamenám něco
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
k hodnotám houževnatosti nylonového vlákna,
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
hedvábí bource -- neboli zdomácnělého bource morušového --
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
vlny, Kevlaru a uhlíkových vláken.
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
A to co tady můžete pozorovat je, že je skoro
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
všechna pavočí vlečná vlákna překonávají.
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
Je to kombinace pevnosti, roztažitelnosti
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
a houževnatosti, která způsobuje, že je pavoučí hedvábí
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
tak mimořádné a že přitáhlo pozornost
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
biomimetiků, lidí, kteří se obracejí
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
k přírodě, aby v ní zkoušeli nalézt nová řešení.
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
A pevnost, roztažitelnost a houževnatost
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
pavoučího hedvábí společně se skutečností, že
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
hedvábí nevyvolává nepříznivé imunitní reakce,
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
přitáhlo spoustu zájmu o použití
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
pavoučího hedvábí v biomedicíně,
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
například jako součást
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
umělých šlach, slouží jako
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
vodiče pro obnovu nervových vláken
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
777000
3000
a jako podpora při růstu tkání.
13:15
Spider silks also have a lot of potential
315
780000
3000
Pavoučí hedvábí má také velké možnosti využití
13:18
for their anti-ballistic capabilities.
316
783000
2000
pro svoje protibalistické schopnosti.
13:20
Silks could be incorporated into body
317
785000
2000
Hedvábí by mohlo být začleněno do neprůstřelných vest
13:22
and equipment armor that would be more
318
787000
3000
a zařízení obrněných jednotek, která by byla
13:25
lightweight and flexible
319
790000
2000
lehčí a pružnější
13:27
than any armor available today.
320
792000
3000
než jakýkoliv dnes dostupný pancíř.
13:30
In addition to these biomimetic
321
795000
3000
Kromě těchto biomimetických
13:33
applications of spider silks,
322
798000
2000
uplatnění pavoučího hedvábí,
13:35
personally, I find studying spider silks
323
800000
4000
já osobně shledávám studium pavoučího hedvábí
13:39
just fascinating in and of itself.
324
804000
3000
prostě okouzlujícím samo o sobě.
13:42
I love when I'm in the laboratory,
325
807000
4000
Jsem ráda, když jsem v laboratoři
13:46
a new spider silk sequence comes in.
326
811000
3000
a nastupuje nová posloupnost pavoučího hedvábí.
13:49
That's just the best. (Laughter)
327
814000
3000
To je prostě nejlepší. (Smích)
13:52
It's like the spiders are sharing
328
817000
3000
Je to jako když se se mnou pavouci dělí
13:55
an ancient secret with me, and that's why
329
820000
2000
o dávné tajemství, a proto
13:57
I'm going to spend the rest of my life
330
822000
2000
hodlám strávit zbytek svého života
13:59
studying spider silk.
331
824000
2000
studiem pavoučího hedvábí.
14:01
The next time you see a spider web,
332
826000
3000
Až příště uvidíte pavučinu,
14:04
please, pause and look a little closer.
333
829000
3000
zastavte se prosím a podívejte se trochu blíže.
14:07
You'll be seeing one of the most
334
832000
2000
Uvidíte jeden z nejvýkonnějších
14:09
high-performance materials known to man.
335
834000
3000
materiálů, který člověk poznal.
14:12
To borrow from the writings
336
837000
2000
Abych si vypůjčila ze spisu
14:14
of a spider named Charlotte,
337
839000
3000
o pavoukovi jménem Charlotte,
(dětský román Šarlotina pavučina - pozn. překl.)
(dětský román Šarlotina pavučina - pozn. překl.)
14:17
silk is terrific.
338
842000
2000
hedvábí je velkolepé.
14:19
Thank you. (Applause)
339
844000
3000
Děkuji vám. (Potlesk)
14:22
(Applause)
340
847000
1000
(Potlesk)
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