TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
Шерил Хайаши: Великолепие паучьего шелка
Filmed:
Readability: 4.6
889,997 views
Шерил Хайаши изучает паучий шелк, один из самых высокоэффективных природных материалов. Каждый вид пауков способен производить около 7 различных типов шелка. Как же они это делают? Хайаши объясняет все на уровне ДНК, а потом показывает, как супер-прочный, супер-гибкий материал может вдохновлять.
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
Я здесь для того, чтобы рассказать,
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
в чем состоит великолепие пауков,
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
и сколькому мы можем научиться у них.
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
Паук - поистине гражданин мира.
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
Пауков можно встретить практически в каждой
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
наземной среде обитания.
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
Красной точкой обозначен
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
Большой Бассейн Северной Америки,
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
там я участвую в проекте, посвященном высокогорному биоразнообразию
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
вместе с несколькими коллегами.
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
Вот один из снимков местности,
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
и просто чтобы вы могли ориентироваться,
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
маленькая голубая точка здесь -
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
это мой коллега.
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
Местность весьма труднопроходимая и пустынная,
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
но пауки здесь все же есть.
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
Перевернув камень, мы видим паука-краба,
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
борющегося с жуком.
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
Пауки не просто везде,
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
они еще необычайно разнообразны.
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
Существуют описания более
01:04
of spiders.
21
49000
1000
40 тысяч видов пауков.
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
Чтобы взглянуть на это число с другой точки зрения,
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
здесь приведена диаграмма, в которой
01:09
species of spiders
24
54000
2000
40 тысяч видов пауков противопоставлены
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
400 видам приматов.
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
Количество пауков значительно превышает
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
количество приматов.
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
Кроме того, пауки очень древние существа.
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
Здесь внизу
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
геологическая шкала времени,
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
эти цифры обозначают количество миллионов лет
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
от настоящего, то есть ноль здесь
01:29
that would be today.
33
74000
2000
обозначает сегодня.
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
Эти цифры свидетельствуют о том,
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
что пауки появились почти 380 миллионов лет назад.
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
Для большей наглядности,
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
эта красная вертикальная линия обозначает развитие
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
человека от шимпанзе
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
около семи миллионов лет назад.
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
Все пауки в определенный период своего существования
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
прядут шелк.
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
Большинство пауков используют очень много шелка,
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
который жизненно необходим для их выживания
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
и размножения.
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
Даже ископаемые пауки могли делать шелк,
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
насколько мы можем судить по отпечатку
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
прядильного органа этого ископаемого паука.
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
Это означает, что пауки, равно как и
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
паучий шелк существуют уже
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
примерно 380 миллионов лет.
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
Изучая пауков, очень быстро
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
начинаешь замечать, какое значение имеет шелк
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
практически в каждом аспекте их жизни.
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
Пауки используют шелк для различных целей,
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
будь то бегство в случае опасности,
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
построение коконов для яиц,
02:33
protective retreats
57
138000
2000
защита
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
и ловля добычи.
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
Существует много видов паучьего шелка.
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
Например, садовый паук прядет
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
семь различных видов шелка.
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
Если посмотреть на эту округлую паутину,
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
то можно увидеть различные типы волокон шелка.
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
Обрамление и радиус этой паутины
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
сделаны из одного вида шелка,
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
в то время как спираль объединяет в себе
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
два различных типа шелка:
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
волокно и липкие капли.
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
Как одному пауку удается
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
прясть так много видов шелка?
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
Чтобы получить ответ, придется подробнее взглянуть
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
на прядильный орган паука.
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
Шелк получается из прядильного аппарата, и мы,
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
биологи, изучающие паучий шелк,
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
называем это "бизнес продукт" паука. (Смех)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
Много дней...
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
Эй! Не смейтесь! Это моя жизнь.
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
(Смех)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
Много дней и ночей
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
мы рассматривали эту часть паука.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
И вот что мы увидели.
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
Мы видим множество волокон,
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
выходящих из прядильного органа,
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
так как в каждой есть множество желез.
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
Каждое волокно шелка выходит из паутинной трубочки,
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
и если проследить, что происходит внутри,
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
то можно обнаружить, что
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
каждая паутинная трубочка связана с отдельной железой.
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
Железа имеет сходство с сумкой,
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
наполненной множеством протеинов шелка.
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
Если у вас когда-либо будет возможность вскрыть
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
паука, прядущего паутину,
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
я надеюсь, что будет,
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
вы обнаружите множество
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
красивых, полупрозрачных желез шелка.
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
Внутри каждого паука содержится сотня
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
желез шелка, а иногда и тысяча.
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
Их можно разделить на семь категорий.
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
Они различаются по размеру, форме
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
и иногда по даже по цвету.
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
У паука, прядущего паутину,
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
можно обнаружить семь типов желез шелка,
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
и то, что я изобразила на этом рисунке,
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
давайте начнем отсюда,
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
это железы glandula tubiliformes,
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
которые производят шелк для мешка с яйцами.
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
Это железы glandula aggregata и flagelliform
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
которые производят липкий шелк для
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
ловчей спирали паутины.
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
Железы glandula pyriformes производят
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
шелк для крепежных нитей,
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
которые прочно соединяют волокна шелка с основанием.
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
Есть также железы glandula aciniformes,
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
которые производят шелк для заплетания добычи.
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
Младшая железа ampullate используется для создания паутины.
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
А больше всего изучают
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
главную железу ampullate.
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
Этот шелк применяется в создании обрамления
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
и радиуса паутины, а также
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
нитей для перемещения в случае опасности.
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
Так что же представляет собой паучий шелк?
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
Паучий шелк почти полностью состоит из белка.
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
Практически все белки относятся
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
одной генетической группе,
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
что свидетельствует от том, что то разнообразие типов шелка,
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
которое мы видим сегодня, появилось из одной генетической группы,
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
так что вероятно, что предок паука
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
производил один тип шелка,
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
и в течение 380 миллионов лет
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
этот ген шелка копировался,
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
потом изменялся, приспосабливался
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
снова и снова, чтобы в итоге
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
превратиться в разнообразие видов паучего шелка,
05:42
that we have today.
134
327000
3000
которое существует сейчас.
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
Вот несколько признаков, которые являются общими
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
для всех типов шелка. У всех схожий
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
рисунок, то есть все они очень длинные -
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
даже нелепо длинные,
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
по сравнению с другими белками.
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
Они повторяющиеся, а также содержат большое количество
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
аминокислот: глицина и аланина.
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
Чтобы вы знали,
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
как выглядит белок паучего шелка,
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
вот белок шелка для перемещений,
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
точнее всего лишь его часть,
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
от черной вдовы.
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
Именно та последовательность, за которой мне нравится
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
наблюдать днем и ночью. (Смех)
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
Здесь вы можете увидеть то, что я обозначила
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
одной буквой аминокислоты,
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
глицин я выделила зеленым цветом,
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
аланин красным,
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
и все, что вы видите, это много букв G и А.
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
Еще вы можете увидеть много коротких
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
последовательностей, которые повторяются
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
снова и снова, и, например здесь,
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
много полиаланина, или повторяющихся А,
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
ААААА. Или GGQ. Или GGY.
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
Можно рассматривать эти последовательности,
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
которые повторяются снова и снова, в качестве слов,
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
которые образуют предложения.
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
Так, например, это будет одним предложением,
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
и можно выделить что-то вроде зеленой области
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
и красной - полиаланин, которая повторяется
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
снова и снова,
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
и ее можно встретить сотни
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
и сотни раз внутри
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
отдельной молекулы шелка.
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
В шелке, производимом одним пауком,
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
могут быть совершенно разные повторяющиеся последовательности.
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
В верхней части экрана вы видите
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
повторяющуюся единицу шелка
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
садового паука рода Агриопа.
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
Она короткая. А внизу
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
повторяющаяся последовательность
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
белка шелка для мешка с яйцами,
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
того же самого паука. Вы видите,
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
насколько сильно различаются
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
эти белки шелка - в какой-то степени
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
это красота многообразия
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
генетической семьи паучего шелка.
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
Видно, что повторяющиеся единицы
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
различны по длине. Они также отличаются в последовательности.
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
Я снова выделила глицин зеленым,
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
аланин красным, а серин, буквой S,
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
розовым. Видно, что
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
верхняя повторяющаяся единица почти полностью
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
состоит из зеленого и красного,
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
а нижняя единица в основном
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
содержит розовый.
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
Что делаем мы, биологи - мы пытаемся соотнести
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
эти последовательности аминокислот
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
с механическими свойствами
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
волокон шелка.
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
Очень удобно, что пауки используют шелк
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
только вне своего тела.
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
Так, исследовать паучий шелк в лаборатории
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
очень и очень просто, так как
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
мы практически, понимаете, исследуем его
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
в воздухе, то есть той самой среде, в которой
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
пауки используют белки шелка.
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
Это облегчает задачу исследовать
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
особенности шелка, применяя метод
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
испытания на растяжение, т.е. растягивая
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
волокна с одной стороны.
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
Здесь график давления и напряжения -
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
результат испытания на растяжение
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
пяти волокон, произведенных одним пауком.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
Становится понятным, что
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
пять волокон по-разному ведут себя.
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
А именно, если посмотреть на вертикальную ось,
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
это давление. Если посмотреть на максимальное
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
значение каждого волокна,
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
можно увидеть существенные различия,
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
и, фактически, самые сильные волокна
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
это главные волокна желез ampullate.
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
Мы считаем, что причина в том, что вид шелка,
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
который используется при создании обрамления и радиуса
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
паутины, должен быть очень сильным.
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
С другой стороны, если взглянуть на
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
ось напряжения - то, насколько волокно может
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
растянуться - если посмотреть на максимальное значение,
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
снова увидим много различий,
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
и абсолютный победитель здесь
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
волокно железы flagelliform.
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
На самом деле, это волокно может
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
растянуться более чем в два раза.
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
Итак, волокна шелка различаются упругостью
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
и растяжимостью
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
В случае спирали для захвата жертвы
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
волокно должно быть растяжимым, чтобы
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
вместить в себя летящую добычу.
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
Если бы оно не было способно растянуться, то
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
когда насекомое попадало бы в паутину,
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
оно просто бы перепрыгивало через нее.
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
Если бы паутина состояла только из
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
шелка для перемещений, насекомое бы
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
отпрыгивало от нее. Но благодаря наличию
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
хорошо растяжимого шелка, паутина
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
способна выдержать непредвиденное
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
вторжение добычи.
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
Существует некоторое различие между
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
волокнами, которые может произвести отдельный паук.
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
Мы называем это набор инструментов паука.
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
Это то, что есть у паука
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
для взаимодействия с окружающей средой.
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
Но как насчет различий среди видов пауков,
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
относительно одного типа шелка
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
и относительно различных видов пауков?
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
Эта область мало изучена,
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
но я могу поделиться с вами небольшим количеством информации.
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
Это сравнение прочности
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
шелка для перемещений
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
у 21 вида пауков.
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
Некоторые из них прядут паутину
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
округлой формы, некоторые нет.
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
Существовала гипотеза, что
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
пауки, прядущие круглую паутину, например Агриопа,
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
должны иметь самый прочный шелк,
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
так как им нужно поймать летящую добычу.
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
На этом графике прочности видно, что
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
чем выше черная точка,
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
тем выше прочность.
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
21 вид различается на основе
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
филогенеза, древа эволюции, что показывает
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
их генетические взаимоотношения,
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
желтым я выделила пауков, прядущих круглую паутину.
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
Взгляните на две красные стрелочки,
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
она указывают на уровни прочности
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
для nephila clavipes и
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
araneus diadematus (крестовики).
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
Это два вида пауков,
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
на изучение синтетического шелка которых
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
ушла большая часть времени и средств,
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
а целью было скопировать белки шелка.
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
И все же, их волокна не самые прочные.
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
Как показало исследование, самые прочные нити
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
в белой области,
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
у паука, не прядущего круглую паутину.
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
Вот нить, которую выплевывает паук вида Scytodes,
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
плюющий паук.
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
Они совсем не используют паутину,
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
чтобы поймать добычу. Наоборот, они
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
прячутся и ожидают добычу,
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
чтобы подобраться поближе, и потом обездвижить жертву,
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
распылив шелковидный яд на насекомое.
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
Подумайте об охоте со слабой нитью.
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
Так они обеспечивают себе питание.
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
Мы не знаем наверняка, зачем scytodes
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
нужны такие прочные нити,
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
но как раз такие неожиданные результаты
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
делают био-поиск таким захватывающим и стоящим.
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
Это освобождает нас от рамок
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
нашего воображения.
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
Теперь я хотела бы поговорить о
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
прочности волокон нейлона,
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
шелкопряда - или шелка домашнего шелкопряда -
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
шерсти, кевларе и углеродных волокнах.
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
И что мы видим - почти все волокна
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
паучего шелка превосходят их.
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
Именно сочетание упругости, растяжимости
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
и прочности делает паучий шелк таким
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
особенным, что привлекло внимание
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
биомиметистов, так что люди вновь могут обратиться
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
к природе, чтобы найти новые решения.
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
Упругость, растяжимость и прочность
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
паучего шелка в сочетании с тем, что
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
шелк не вызывает иммунную реакцию,
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
пробудило большой интерес к использованию
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
паучего шелка в сфере биомедицины,
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
например, в качестве компонента
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
искусственных сухожилий,
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
помощи при восстановлении нервов,
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
777000
3000
и поддержки при воссоздании тканей.
13:15
Spider silks also have a lot of potential
315
780000
3000
В паучем шелке также скрыт большой потенциал
13:18
for their anti-ballistic capabilities.
316
783000
2000
для противоракетных резервов.
13:20
Silks could be incorporated into body
317
785000
2000
Шелк можно ввести в тело
13:22
and equipment armor that would be more
318
787000
3000
и в военное снаряжение,
13:25
lightweight and flexible
319
790000
2000
которое будет более легким и гибким,
13:27
than any armor available today.
320
792000
3000
чем любое доступное сейчас оружие.
13:30
In addition to these biomimetic
321
795000
3000
В дополнение к этому биомиметическому
13:33
applications of spider silks,
322
798000
2000
использованию паучего шелка,
13:35
personally, I find studying spider silks
323
800000
4000
лично я считаю, что его изучение
13:39
just fascinating in and of itself.
324
804000
3000
само по себе захватывающее.
13:42
I love when I'm in the laboratory,
325
807000
4000
Я люблю находиться в лаборатории
13:46
a new spider silk sequence comes in.
326
811000
3000
и выводить новые последовательности шелка.
13:49
That's just the best. (Laughter)
327
814000
3000
Это самое любимое. (Смех)
13:52
It's like the spiders are sharing
328
817000
3000
Такое чувство, что пауки делятся со мной
13:55
an ancient secret with me, and that's why
329
820000
2000
древнейшим секретом, и поэтому
13:57
I'm going to spend the rest of my life
330
822000
2000
я всю свою жизнь хочу посвятить
13:59
studying spider silk.
331
824000
2000
изучению паучего шелка.
14:01
The next time you see a spider web,
332
826000
3000
В следующий раз, когда вы увидите паутину,
14:04
please, pause and look a little closer.
333
829000
3000
пожалуйста, остановитесь и присмотритесь повнимательней.
14:07
You'll be seeing one of the most
334
832000
2000
Вы увидите один из самых
14:09
high-performance materials known to man.
335
834000
3000
высокоэффективных материалов, известных человеку.
14:12
To borrow from the writings
336
837000
2000
Позаимствую выражение
14:14
of a spider named Charlotte,
337
839000
3000
паука по имени Шарлотта,
14:17
silk is terrific.
338
842000
2000
"Шелк - это прекрасно".
14:19
Thank you. (Applause)
339
844000
3000
Спасибо. (Аплодисменты)
14:22
(Applause)
340
847000
1000
(Аплодисменты)
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