TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
Cheryl Hayashi: O esplendor da seda de aranha
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Cheryl Hayashi estuda a seda de aranha, um dos materiais de maior alto-desempenho da natureza. Cada espécie de aranha pode produzir até 7 tipos muito distintos de seda. Como é que fazem isso? Hayashi explica ao nível do ADN -- depois mostra-nos como é que este material super forte e resistente pode ser inspirador.
Cheryl Hayashi - Spider silk scientist
Cheryl Hayashi studies the delicate but terrifically strong silk threads that make up a spider's web, finding startling applications for human use. Full bio
Cheryl Hayashi studies the delicate but terrifically strong silk threads that make up a spider's web, finding startling applications for human use. Full bio
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00:16
I'm here to spread the word about the
0
1000
2000
Estou aqui para espalhar a palavra
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
sobre o esplendor das aranhas
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
e o quanto podemos aprender com elas.
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
As aranhas são verdadeiros "cidadãos do mundo".
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
Podemos encontra-las em quase
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
todos os ambientes na Terra.
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
Este ponto vermelho marca
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
a Grande Bacia da América do Norte
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
onde estou envolvida num projecto de
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
biodiversidade alpina com alguns colaboradores.
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
Este é um dos nossos campos de estudo e,
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
só para vos dar uma ideia,
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
este pequeno borrão azul
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
é um dos meus colaboradores.
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
Esta é uma paisagem acidentada e estéril,
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
mas ainda assim existem aqui bastantes aranhas.
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
Revirar pedras revelou esta aranha-caranguejo
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
a lutar com um escaravelho.
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
As aranhas não só estão em todo o lado
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
como são extremamente diversas.
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
Existem mais de quarenta mil espécies documentadas
01:04
of spiders.
21
49000
1000
de aranhas.
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
Pondo este número em perspectiva,
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
aqui está um gráfico que compara as quarenta mil
01:09
species of spiders
24
54000
2000
espécies de aranhas
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
com as 400 espécies de primatas.
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
Existem cerca de mais duas ordens de magnitude de
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
aranhas que primatas.
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
As aranhas também são extremamente antigas.
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
Aqui no fundo,
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
isto é a escala de tempo geológico
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
e o número de anos indica milhões
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
de anos desde o presente, portanto o zero aqui,
01:29
that would be today.
33
74000
2000
que seria hoje.
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
Portanto, o que esta imagem mostra é que as aranhas
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
datam quase de há 380 milhões de anos.
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
Para colocar isso em perspectiva, esta barra
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
vertical vermelha aqui marca a divergência temporal
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
entre humanos e chimpanzés,
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
há uns meros 7 milhões de anos atrás.
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
Todas as aranhas fazem seda
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
a dada altura da sua vida.
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
Grande parte usa imensas quantidades de seda
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
e esta é essencial à sua sobrevivência
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
e reprodução.
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
Até as aranhas em fóssil conseguiam fazer seda,
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
como podemos ver nesta impressão
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
de uma fieira de uma aranha fóssil.
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
Isto significa que, tanto aranhas
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
como a sua seda existem
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
há 380 milhões de anos.
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
Trabalhando com aranhas, não demora muito
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
para nos apercebermos do quão essencial
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
é a seda em qualquer aspecto das suas vidas.
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
As aranhas usam seda para imensos propósitos, incuindo
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
a linha de segurança de reboque,
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
embrulhar os ovos na reprodução,
02:33
protective retreats
57
138000
2000
para criar abrigos
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
e apanhar presas.
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
Existem muitos tipos de seda de aranha.
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
Por exemplo, esta aranha de jardim pode fazer
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
sete tipos diferentes de seda.
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
Quando se olha para uma teia de espiral, podemos
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
ver, na realidade, muitos tipos de fibra de seda.
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
Tanto a moldura como os raios desta teia
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
são feitos de um tipo de seda
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
enquanto a espiral de captura é um compósito
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
de dois tipos diferentes de seda:
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
o filamento e as gotas pegajosas.
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
Mas como é que uma única aranha
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
consegue fazer tantos tipos de seda?
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
Para responder a isto temos que observar muito mais de perto
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
a região da fieira da aranha.
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
Então, a seda sai das fieiras e,
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
entre nós, biólogos de seda de aranha, chamamos-lhe
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
"a ponta do negócio" da aranha. (Riso)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
Passamos longos dias...
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
Hey! Não se riam! É a minha vida!
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
(Riso)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
Passamos longos dias e noites
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
a olhar para esta parte da aranha.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
E isto é o que nós vemos.
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
Podem ver múltiplas fibras
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
a sair das fieiras, porque
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
cada fieira tem várias fúsulas.
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
Cada uma destas fibras sai de uma fúsula
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
e, se a seguisse-mos em direcção à
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
aranha, o que descobriríamos era que
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
cada fúsula está ligada à sua glândula de
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
seda individual. Uma glândula de seda é parecida com um saco
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
cheio de proteínas da seda lá dentro.
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
Por isso, se tiverem a oportunidade de dissecar
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
uma aranha deste género,
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
e espero que tenham,
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
o que encontrariam era uma quantidade enorme
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
de glândulas de seda lindas e translúcidas.
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
Dentro de cada aranha há centenas de
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
glândulas de seda, às vezes milhares.
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
Estas podem agrupar-se em sete categorias.
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
Diferem em tamanho, forma,
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
e, às vezes, até na cor.
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
Numa aranha de teia em espiral podemos
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
encontrar sete tipos de glândulas de seda
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
como tentei ilustrar nesta imagem.
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
Começando na posição da 1 hora
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
há glândulas de seda tubuliforme, que são usadas para
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
fazer a parte de fora do saco para os ovos.
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
Existem as glândulas de seda de agregação e
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
flageliforme que se combinam para fazer a espiral
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
pegajosa de captura da teia.
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
Glândulas de seda piriformes fazem o cimento --
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
esta é a seda usada para ligar os
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
fios de seda a um substrato.
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
Existe também a seda aciniforme,
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
usada para enrolar as presas.
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
A Seda "Minor ampullate" (ampola menor) é usada na construção de teias.
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
E a linha de seda mais estudada de todas:
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
a seda "ampullate major" (de ampola maior).
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
Esta é a seda utilizada para fazer a moldura
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
e os raios de uma teia circular e, também,
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
o fio de segurança de reboque.
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
Mas o que é, exactamente, a seda de aranha?
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
A seda de aranha é quase toda feita de proteínas.
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
Quase todas estas proteínas podem ser explicadas
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
por uma única família de genes.
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
Isto significa que a diversidade de sedas
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
que vemos hoje é codificada por uma família de genes.
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
Portanto, presumivelmente o ancestral original da aranha
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
fazia um tipo de seda
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
e ao longo dos últimos 380 milhões de anos
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
este gene único de seda duplicou-se
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
e depois divergiu, especializou-se
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
uma e outra vez chegando
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
à imensa variedade de sedas de aranha
05:42
that we have today.
134
327000
3000
que temos hoje em dia.
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
Existem características que todas estas sedas
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
possuem em comum. Todas têm
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
um design comum, tal como serem todas muito longas --
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
são cadeias extremamente longas
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
comparadas com outras proteínas.
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
São muito repetitivas e muito ricas em
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
aminoácidos de glicina e de alanina.
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
Para terem uma noção do aspecto
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
de como é uma proteína da seda de aranha
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
esta é uma proteína de seda de reboque,
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
é apenas uma porção dela,
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
da aranha viúva negra.
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
Este é o tipo de sequência que eu adoro
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
observar todos os dias. (Riso)
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
O que aqui vêm é a letra de abreviação
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
de aminoácidos e eu pintei
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
as Glicinas a verde e
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
as Alaninas a vermelho. Portanto,
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
podem ver que são muitos "G"s e "A"s
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
Também podem ver que existem muitas sequências
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
pequenas que se repetem muitas e muitas vezes.
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
Por exemplo, existe muito do que
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
chamamos poli-alaninas, ou "A"s seguidos,
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
AAAAA. Existem GGQ, ali está GGY.
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
Podem pensar nestas pequenas sequências
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
que se repetem muitas vezes como palavras
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
que aparecem em frases.
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
Por exemplo, esta seria uma frase
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
e temos esta espécie de região verde
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
e as poli-alaninas vermelhas que se
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
repetem vezes e vezes sem conta,
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
e podemos ter isto centenas e
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
centenas e centenas de vezes dentro de
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
uma única molécula de seda.
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
Sedas feitas pela mesma aranha podem ter
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
sequências repetidas substancialmente diferentes.
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
Podem ver, no topo da imagem,
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
a unidade que se repete numa seda de reboque
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
de uma aranha de jardim.
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
É pequena e no fundo da imagem
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
está a sequência repetida para o
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
invólucro do ovo, ou proteína da seda tubuliforme
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
para a mesma aranha. Podem ver
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
a dramática diferença entre
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
estas duas proteínas. Esta é
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
a beleza da diversificação da família
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
do gene da seda das aranhas.
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
Podem ver que as unidades repetidas diferem em
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
comprimento. Também diferem na sequência.
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
Agora pintei outra vez as Glicinas a verde,
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
as Alaninas a vermelho e as Serinas,
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
a letra S, em roxo. E podem ver
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
que a unidades repetidas de cima
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
são quase sempre verdes e vermelhas
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
e as unidades repetidas no fundo têm
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
uma quantidade substancial de roxo.
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
O que os biólogos fazem é tentar relacionar
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
estas sequências de aminoácidos
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
com as propriedades mecânicas das
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
fibras da seda.
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
É muito conveniente que as aranhas usem a seda
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
completamente fora do seu corpo.
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
Isto torna o teste da seda muito, muito
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
fáceis de fazer em laboratório, porque
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
estamos a testá-las expostas ao ar
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
que é o mesmo ambiente em que as
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
aranhas usam as suas proteínas da seda.
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
Isto torna a quantificação das suas propriedades
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
por métodos como o teste à tensão onde,
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
basicamente, se puxa numa das pontas
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
da fibra, muito delicado.
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
Aqui estão curvas de tensão
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
geradas por testes tênseis
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
a cinco fibras feitas pela mesma aranha.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
O que podem ver aqui é que as
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
cinco fibras têm comportamentos diferentes.
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
Especificamente, se olharem para o eixo vertical,
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
aquilo é a tensão. Se virem o valor
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
de tensão máximo para cada uma destas fibras
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
podem ver que existe muita variação
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
e, na verdade, a seda de reboque ou "ampullate major" (maior ampola)
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
é a mais forte destas fibras.
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
Pensamos que isto acontece porque esta seda
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
que é usada para fazer a moldura e os raios
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
da teia precisa ser muito forte.
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
Por outro lado, se olhassem para a
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
deformação -- isto é quanto uma fibra pode ser
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
esticada -- se olharem para o valor máximo aqui,
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
mais uma vez, também há muita variação
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
e a clara vencedora é a flageliforme
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
ou a fibra usada na espiral de captura.
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
Na verdade, esta fibra flageliforme consegue
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
esticar-se até ao dobro do seu comprimento original.
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
Assim, as fibras de seda variam na sua
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
resistência e na sua extensibilidade.
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
No caso da espiral de captura,
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
precisa ser extensível para absorver o
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
impacto da presa voadora.
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
Se não fosse capaz de esticar tanto,
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
quando um insecto batesse na teia
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
seria projectado dela, tipo trampolim.
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
Portanto, se a teia fosse feita toda de
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
seda de reboque, um insecto iria muito provavelmente
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
ressaltar da teia. Mas, ao ter esta espiral muito, muito
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
flexível, a teia é capaz de
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
absorver o impacto causado
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
pela presa em voo.
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
Existem bastantes variações de entre
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
as fibras que uma única aranha pode produzir.
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
Chamamos-lhe o "cinto de ferramentas" da aranha.
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
É o que a aranha tem
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
para interagir com o seu ambiente.
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
Então e as variações entre as espécies de
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
aranha, ao olhar para um tipo de seda
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
e ao olhar para outro em espécies diferentes de aranha?
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
Esta é uma área bastante inexplorada
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
mas aqui está um pouco de dados que vos posso mostrar.
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
Esta é a comparação entre a resistência
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
da seda de reboque fiada por
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
21 espécies de aranha.
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
Algumas destas aranhas fazem teias
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
em espiral, outras não.
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
Existe a hipótese de que as
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
aranhas de teia em espiral, como esta Argiope,
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
devem ter as sedas de reboque mais fortes
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
pois têm que interceptar as presas em voo.
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
O que vêem aqui neste gráfico de resistência
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
é que quanto mais alto o ponto preto
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
mais resistente é a seda.
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
As 21 espécies são indicadas por esta
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
filogenia, esta árvore evolutiva, que mostra
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
a sua relação genética e pintei a
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
amarelo as que fazes teias em espiral.
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
Se olharem aqui para as duas setas vermelhas,
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
elas apontam para os valores de resistência
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
da seda de reboque da nephila clavipes e a
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
araneus diadematus.
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
Estas são as duas espécies de aranhas
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
onde a maioria do tempo e dinheiro para
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
pesquisa de seda sintética foram aplicados
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
para copiar as proteínas usadas na seda de reboque.
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
Mas as suas sedas de reboque não são as mais resistentes.
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
Na verdade, a seda de reboque mais resistente da pesquisa
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
é esta aqui, nesta região branca,
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
uma aranha sem teia em espiral.
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
Esta é a seda de reboque fiada pela scytodes,
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
a aranha cuspideira.
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
A Scytodes não usa uma teia, de todo,
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
para apanhar presas. Em vez disso, a Scytodes
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
como que atrai e espera que a presa
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
se aproxime e, depois, imobiliza-a
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
pulverizando-a com um veneno na forma de seda.
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
É como caçar com serpentinas pegajosas.
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
É assim que a scytodes caça.
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
Não sabemos exactamente porque é
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
que ela precisa de uma seda de reboque tão forte mas
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
são resultados inesperados como este que
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
fazem da pesquisa biológica tão excitante e valiosa.
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
Liberta-nos dos limites
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
da nossa imaginação.
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
Agora vou marcar os valores
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
de resistência da fibra de nylon,
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
a "bombyx" -- ou a seda dos bichos-da-seda domesticados --
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
lã, Kevlar e fibras de carbono.
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
O que podem ver é que quase todas
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
as sedas de reboque de aranha são mais fortes.
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
É a combinação de força, extensibilidade
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
e resistência que torna a seda de aranha tão
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
especial e que tanto atrai a atenção dos
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
biomimeticistas, ou seja das pessoas que olham para
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
a natureza para tentar encontrar novas soluções.
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
E a força, a extensibilidade e a resistência
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
das sedas de aranha combinadas com o facto
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
destas não desencadearem uma resposta imunológica
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
que tem atraído muito do interesse em usar
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
as sedas de aranhas na biomedicina,
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
por exemplo, como um componente de
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
tendões artificiais que servem como
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
guias para a regeneração de nervos e
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
777000
3000
como andaimes para o crescimento dos tecidos.
13:15
Spider silks also have a lot of potential
315
780000
3000
As sedas de aranhas também têm muito potencial
13:18
for their anti-ballistic capabilities.
316
783000
2000
pelas suas capacidades antibalísticas.
13:20
Silks could be incorporated into body
317
785000
2000
As sedas podem ser incorporadas em
13:22
and equipment armor that would be more
318
787000
3000
armaduras e equipamento de modo a serem
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lightweight and flexible
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mais leves e flexíveis
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than any armor available today.
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do que qualquer protecção existente.
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In addition to these biomimetic
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Para além destas aplicações da biomimética
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applications of spider silks,
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das sedas de aranha,
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personally, I find studying spider silks
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pessoalmente, acho que o estudo da seda
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just fascinating in and of itself.
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é simplesmente fascinante só por si.
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I love when I'm in the laboratory,
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Adoro estar no laboratório quando
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a new spider silk sequence comes in.
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chega uma nova sequência de seda.
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That's just the best. (Laughter)
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É do melhor que pode haver. (Riso)
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It's like the spiders are sharing
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É como se as aranhas partilhassem
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an ancient secret with me, and that's why
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um antigo segredo comigo e é por isso
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I'm going to spend the rest of my life
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que vou passar o resto da minha vida a
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studying spider silk.
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estudar a seda de aranha.
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The next time you see a spider web,
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Da próxima vez que virem uma teia,
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please, pause and look a little closer.
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por favor, parem e olhem-na mais de perto.
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You'll be seeing one of the most
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Estão a ver um dos materiais com
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high-performance materials known to man.
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melhor desempenho conhecidos até hoje.
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To borrow from the writings
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Como dizia uma aranha no livro
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of a spider named Charlotte,
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"A teia de Charlotte" (por E. B. White)
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silk is terrific.
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"A seda é espectacular!"
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Thank you. (Applause)
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Obrigado. (Aplausos)
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(Aplausos)
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