TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
Cheryl Hayashi: Sự kì diệu của tơ nhện.
Filmed:
Readability: 4.6
889,997 views
Cheryl Hayashi nghiên cứu tơ nhện, một trong những loại vật liệu hiệu suất cao nhất. Mỗi loài nhện tạo ra đến 7 loại tơ khác nhau. Làm sao mà chúng làm được như vậy? Hayashi giải thích ở cấp độ DNA và sau đó cho chúng ta thấy được nguồn cảm hứng mà vật liệu siêu chắc và siêu linh hoạt này có thể mang lại.
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
Tôi đến đây để chia sẻ với mọi người
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
về sự kì diệu của loài nhện
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
và những gì chúng ta có thể học từ chúng.
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
Nhện là những công dân toàn cầu thực thụ.
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
Chúng ta có thể tìm thấy chúng
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
ở hầu hết môi trường trên cạn.
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
Chấm đỏ này đánh dấu
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
Đại Bồn địa Hoa Kì (Bắc Mỹ)
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
và tôi đang tham gia
dự án đa dạng sinh học ở núi cao
dự án đa dạng sinh học ở núi cao
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
tại đây với một số đồng nghiệp.
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
Đây là 1 trong những địa điểm
thực nghiệm,
thực nghiệm,
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
và để bạn có cái nhìn rõ ràng hơn,
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
đốm màu xanh dương này,
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
là 1 trong những đồng nghiệp
của tôi.
của tôi.
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
Đây là 1 cảnh quan gồ ghề và khô cằn,
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
nhưng vẫn có vài chú nhện sống ở đây.
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
Lật các hòn đá lên bạn sẽ thấy
1 con nhện cua
1 con nhện cua
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
đang ghì chặt một con bọ cánh cứng.
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
Nhện không có mặt ở khắp nơi,
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
nhưng chúng rất đa dạng.
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
Có khoảng 40,000 loài nhện
01:04
of spiders.
21
49000
1000
được thống kê.
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
Để có cái nhìn rõ ràng hơn,
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
đây là biểu đồ so sánh
01:09
species of spiders
24
54000
2000
40,000 loài nhện
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
với 400 loài linh trưởng.
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
Nhện có hai cấp độ khuếch đại
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
so với loài tinh tinh.
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
Loài nhện cũng rất cổ.
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
Ở đáy cùng này
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
là niên đại địa chất,
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
và con số ở trên biểu thị
hàng triệu năm
hàng triệu năm
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
kể từ hiện tại và con số 0 ở đây
01:29
that would be today.
33
74000
2000
là thời điểm hôm nay.
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
Con số chỉ ra rằng loài nhện
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
tồn tại cách đây hơn 380 triệu năm.
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
Để rõ ràng hơn, thanh dọc màu đỏ này
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
đánh dấu thời kỳ phân rã
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
của loài người so với loài vượn (tinh tinh),
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
khoảng 7 tỷ năm về trước.
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
Mọi con nhện đều nhả tơ
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
tại một thời điểm nào đó trong đời.
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
Hầu hết chúng nhả một lượng lớn tơ
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
và tơ có vai trò quan trọng với
sự tồn tại
sự tồn tại
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
và sinh sản của chúng.
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
Kể cả loài nhện hóa thạch cũng nhả tơ.
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
như bạn có thể nhìn thấy từ dấu vết này của
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
lỗ nhả tơ trên con nhện hóa thạch này.
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
Điều này có nghĩa là loài nhện
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
và tơ của chúng đã xuất hiện
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
khoảng 380 triệu năm.
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
Không cần mất nhiều thời gian tìm hiểu
về loài nhện để thấy
về loài nhện để thấy
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
tầm quan trọng của tơ
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
với các khía cạnh trong đời sống
của chúng.
của chúng.
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
Nhện dùng tơ của chúng cho nhiều mục đích,
bao gồm
bao gồm
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
làm dây kéo dẫn đường an toàn,
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
bao bọc trứng khi sinh sản,
02:33
protective retreats
57
138000
2000
màng bảo vệ khi rút lui
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
và bắt con mồi.
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
Có nhiều loại tơ nhện.
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
Ví dụ, loài nhện vườn có thể tạo ra
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
7 loại tơ khác nhau.
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
Khi nhìn vào mạng lưới này,
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
có thể thấy nhiều loại thớ tơ,
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
Khung và những đường bán kính
của mạng nhện này
của mạng nhện này
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
được làm từ một loại tơ.
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
trong khi phần xoắn ốc được
kết hợp từ
kết hợp từ
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
2 loại tơ khác nhau:
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
sợi tơ và giọt keo.
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
Làm cách nào để 1 con nhện có thể
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
tạo ra nhiều loại tơ như vậy?
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
Để trả lời, bạn phải nhìn gần hơn
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
vào lỗ nhả tơ của chúng.
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
Tơ được tạo ra từ lỗ tơ,
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
và theo các nhà tơ nhện học thì đây là
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
"hậu môn" của chúng. ( Cười)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
Chúng tôi dành nhiều ngày....
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
Xin đừng cười! Đó là cuộc sống của tôi.
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
( Cười)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
chúng tôi dành nhiều ngày đêm
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
nghiên cứu bộ phận này của loài nhện.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
Và đây là điều chúng tôi thấy.
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
Bạn có thể thấy nhiều sợi tơ
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
đi ra từ lỗ nhả tơ,
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
vì trên mỗi lỗ có nhiều vòi.
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
1 trong những sợi tơ đi ra từ một vòi,
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
và nếu tìm ngọn của sợi tơ
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
trên thân nhện thì đây là điều bạn sẽ thấy
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
mỗi vòi gắn với tuyến tơ riêng của nó.
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
Mỗi tuyến tơ nhìn giống 1 cái túi
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
với nhiều protein tơ bị tắc bên trong.
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
Nếu bạn từng có dịp khám nghiệm
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
một chú nhện "dệt" mạng hình cầu Orb-web,
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
,và tôi mong là bạn có dịp,
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
thì cái bạn thấy là lượng lớn
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
những tuyến tơ mờ lộng lẫy.
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
Bên trong mỗi con nhện có hàng trăm,
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
có khi hàng ngàn tuyến tơ.
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
Những tuyến này được nhóm thành 7 loại.
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
Chúng khác nhau về kích thước, số lượng
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
và thậm chí có khi cả về màu sắc.
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
Bên trong 1 con nhện orb-web,
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
bạn có thể thấy 7 loại tuyến tơ,
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
và đó là cái tôi miêu tả ở hình này,
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
hãy bắt đầu từ hướng 1 giờ,
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
đây là những tuyến tubuliform
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
dùng để tạo ra tơ bọc ngoài túi trứng.
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
Ở đây có sự kết hợp và các tuyến tơ
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
flagelliform kết hợp để tạo ra
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
phần trôn ốc của mạng nhện.
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
Tuyến tơ Pyriform tạo nền xi măng
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
, đó là loại tơ dùng để kết dính
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
các sợi tơ với chất nền.
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
Ở đây cũng có tơ aciniform,
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
dùng để tóm và gói con mồi.
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
Tơ nhỏ ampullate dùng trong
cấu trúc mạng nhện.
cấu trúc mạng nhện.
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
Và loại tơ được nghiên cứu nhiều nhất
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
là tơ đại ampullate.
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
Loại này dùng để tạo khung
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
và đường bán kính của mạng nhện,
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
và dây kéo bảo vệ.
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
Nhưng, chính xác thì tơ nhện là gì?
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
Tơ nhện chủ yếu là Protein
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
Hầu hết các protein này
có thể được giải thích
có thể được giải thích
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
bởi một hệ gien,
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
vậy sự đa dạng của các loại tơ
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
mà ta thấy ngày nay được
mã hóa bởi một hệ gien,
mã hóa bởi một hệ gien,
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
vậy giả thiết rằng tổ tiên của loài nhện
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
đã tạo ra một loại tơ,
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
và trong suốt hơn 380 triệu năm,
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
gien tơ đó đã nhân đôi
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
sau đó phân kỳ, chuyên biệt
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
lại nhiều lần để tạo ra
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
một lượng lớn các loại tơ đa dạng
05:42
that we have today.
134
327000
3000
mà chúng ta có ngày nay.
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
Các loại tơ này có một số điểm chung.
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
Chúng có cùng thiết kế.
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
ví dụ, chúng đểu rất dài.
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
chúng dài một cách kì lạ so với
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
các protein khác.
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
Chúng lặp lại liên tục và rất giàu
các axit amin như
các axit amin như
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
glycine và alanine.
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
Để giúp mọi người hiểu được
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
protein tơ nhện giống như thế nào,
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
Đây là protein của sợi kéo,
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
đây chỉ là một phần của nó,
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
lấy từ một con nhện quá phụ.
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
Đây là một chu trình mà tôi thích
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
quan sát ngày lẫn đêm. ( Cười).
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
Bạn nhìn thấy đây là một chữ cái
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
viết tắt cho axit amin, và tôi đã
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
tô các glycerin với màu xanh lá,
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
và các alanine với màu đỏ, vậy
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
bạn có thể thấy nó chỉ có nhiều G và A
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
Bạn cũng có thể thấy có nhiều
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
đoạn mô típ được lặp đi lặp lại nhiều lần,
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
ví dụ như ở đây có nhiều
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
polyalanine hay tích phân A,
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
AAAAA. Đây là GGQ. Đây là GGY
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
Bạn có thể coi những mô típ ngắn
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
lặp lại này như những từ,
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
và những từ này xuất hiện trong những câu.
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
Vậy trong ví dụ này, đây là một câu,
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
và bạn có thể hiểu vùng màu xanh và
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
polyalanine màu đỏ được lặp lại
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
nhiều lần,
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
và chúng lặp lại hàng trăm,
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
hàng trăm lần bên trong
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
mỗi phân tử tơ.
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
Những sợi tơ được tạo ra từ một con nhện
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
có thể có các chu trình lặp lại
rất khác nhau.
rất khác nhau.
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
Ở đầu màn hình, bạn đang thấy
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
những đơn vị lặp lại từ sợi tơ kéo
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
của một con nhện vườn.
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
Nó ngắn. Và ở cuối,
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
là chu trình lặp lại của
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
một túi trứng, hay protein sợi tubuliform,
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
từ cùng một con nhện. Và bạn có thể thấy
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
sự khác biệt lớn
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
của các sợi protein này. Đây chính là
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
vẻ đẹp trong sự đa dạng
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
của họ tơ nhện.
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
Bạn có thể thấy các đơn vị lặp lại khác nhau
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
về độ dài.
Chúng cũng khác nhau về trình tự.
Chúng cũng khác nhau về trình tự.
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
Nên một lần nữa tôi đã tô
các glycine bằng
các glycine bằng
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
màu xanh lá, alanine màu đỏ, và các serine
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
là chữ S màu tím. Bạn có thể thấy
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
đơn vị lặp phía trên có thể được giải thích
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
hầu hết bởi màu xanh và đỏ,
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
và đơn vị lặp ở phía dưới có
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
một lượng lớn màu tím.
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
Điều mà các nhà tơ nhện học làm là
cố gắng liên hệ
cố gắng liên hệ
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
các trật tự, các mẫu axit amin
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
vào tính chất cơ học
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
của những sợi tơ.
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
Giờ đây, thật tiện khi mà các chú nhện
sử dụng tơ của chúng
sử dụng tơ của chúng
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
hoàn toàn bên ngoài cơ thể chúng.
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
Nó giúp việc kiểm tra tơ nhện
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
trở nên dễ dàng trong phòng thí nghiệm vì
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
bạn biết đấy, chúng ta kiểm tra nó
trong không khí,
trong không khí,
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
đó chính xác là môi trường mà
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
chúng hiện dùng
protein tơ của mình.
protein tơ của mình.
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
Việc này giúp định lượng tính chất tơ
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
bằng phương pháp như kiểm tra độ co dãn
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
bằng cách kéo mạnh một đầu
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
của sợi tơ rất dễ dàng.
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
Đây là biểu đồ ứng suất có được từ
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
một thí nghiệm kiểm tra độ đàn hồi
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
của 5 sợi tơ từ cùng 1 con nhện.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
Bạn có thể nhìn thấy ở đây
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
là 5 sợi tơ với 5 dạng khác nhau.
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
Đặc biệt là khi nhìn vào cột dọc,
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
đó là cột lực. Nếu bạn nhìn vào giá trị
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
lực lớn nhất cho mỗi một sợi tơ,
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
bạn sẽ thấy có nhiều biến số,
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
thực tế là tơ kéo hay tơ ampullate,
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
là sợi chắc nhất trong số đó.
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
Chúng ta nghĩ vậy là vì tơ kéo
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
được dùng để làm khung và đường bán kính
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
của mạng nhện nên phải rất chắc.
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
Mặt khác, nếu bạn nhìn vào cột bề mặt,
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
nó cho thấy diện tích mà 1 sợi tơ có thể
dãn ra đến mức nào,
dãn ra đến mức nào,
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
nếu bạn nhìn
vào giá trị cực đại
vào giá trị cực đại
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
ở đây, có rất nhiều biến số
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
và người thắng cuộc là
sợi flagelliform
sợi flagelliform
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
hay sợi tơ xoắn ốc.
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
Trên thực tế, sợi flagelliform có thể
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
kéo dãn gấp 2 lần chiều dài ban đầu.
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
Vậy các thớ tơ đa dạng về sức bền
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
cũng như độ dãn.
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
Trường hợp của phần trôn ốc,
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
nó cần phải rất đàn hồi để hấp thụ
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
lực tác động của con mồi đang bay.
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
Nếu nó không thể co dãn như vậy thì
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
khi côn trùng va vào mạng,
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
nó sẽ nẩy ra khỏi mạng ngay.
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
Vậy nếu mạng được làm hoàn toàn từ
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
tơ kéo thì côn trùng sẽ
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
văng ngược ra ngay.
Nhưng nhờ khả năng
Nhưng nhờ khả năng
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
kéo dãn của tơ trôn ốc,
mạng tơ hoàn toàn
mạng tơ hoàn toàn
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
có thể hấp thụ được tác động của
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
con mồi đang bị vướng lại.
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
Có một chút khác biệt trong những
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
sợi tơ mà 1 con nhện tạo ra.
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
Ta có thể gọi đó là bộ đồ nghề của chúng.
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
Đó là những gì nó có
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
để tương tác với môi trường.
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
Vậy còn sự khác biệt giữa các loài nhện,
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
khi nhìn vào 1 loại tơ
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
và nhìn vào các loài nhện khác nhau?
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
Đó là khía cạnh chưa được khám phá nhiều
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
nhưng tôi có vài dữ liệu để chia sẻ ở đây.
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
Đó là bảng so sánh về độ dai
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
của sợi tơ kéo được phun ra
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
bởi 21 loài nhện.
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
Một số trong chúng là loài xe tơ và
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
có một số là loài không xe tơ.
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
Có giả thiết cho rằng,
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
loài nhện xe tơ giống như nhện Argiope
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
loài có mạng tơ bền nhất
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
vì chúng phải chặn các con mồi đang bay.
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
Bạn có thể thấy trên biểu đồ về độ dai này
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
cao hơn so với chấm đen trên biểu đồ,
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
càng cao thì càng bền.
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
21 loài được biểu thị ở đây bởi
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
phát sinh học, cây phát sinh này biểu thị
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
mối quan hệ về gien và tôi đã tô
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
loài nhện xe tơ với màu vàng.
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
Nếu bạn nhìn ở đây sẽ có 2 mũi tên màu đỏ,
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
nó chỉ vào giá trị độ dai
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
của các sợi tơ kéo của loài nhện chuối và
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
loài nhện vương miện.
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
Đây là 2 loài nhện được
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
đầu tư nhiều thời gian và tiền bạc
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
trong nghiên cứu tơ nhện tổng hợp
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
để sao chép protein tơ kéo của chúng.
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
Tuy nhiên, tơ kéo của chúng chưa phải
là chắc nhất.
là chắc nhất.
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
Thực ra, loại chắc nhất trong khảo sát
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
là ở vùng màu trắng này,
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
là loài không xe tơ.
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
Đây là tơ kéo xe bởi loài scytodes,
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
là nhện phun tơ
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
Loài này không dùng mạng
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
để bắt mồi. Thay vào đó
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
nó ẩn nấp và chờ con mồi
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
đến gần rồi làm tê liệt chúng
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
bằng cách phun tơ độc
vào con côn trùng đó.
vào con côn trùng đó.
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
Giống như việc bắt mồi bằng
bình xịt tạo bọt dạng sợi.
bình xịt tạo bọt dạng sợi.
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
Đó là cách mà loài này bắt mồi.
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
Ta không biết tại sao loài này cần
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
cần tơ kéo chắc như vậy,
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
nhưng kết quả ngoài mong đợi này khiến
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
việc điều tra hoạt chất sinh học trở nên
có giá trị và thú vị hơn.
có giá trị và thú vị hơn.
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
Nó giải phóng những hạn chế
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
trong tưởng tượng của chúng ta.
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
Bây giờ tôi sẽ đánh dấu
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
các giá trị về độ dai của sợi ni-lon
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
sợi tơ tằm- hay sợi tơ tằm thuần--
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
sợi len, sợi Kevlar và sợi carbon.
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
Và bạn có thể thấy, hầu hết
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
các tơ nhện đều vượt mặt
các sợi trên.
các sợi trên.
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
Chính sự kết hợp về độ bền, độ dãn,
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
và độ dai đã làm cho tơ nhện
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
thật đặc biệt và nó thu hút sự chú ý
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
của các nhà phỏng sinh vật khiến họ
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
dựa vào thiên nhiên để tìm
những giải pháp mới.
những giải pháp mới.
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
Độ bền, độ dãn, độ dai
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
của tơ nhện kết hợp với việc
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
tơ nhện không tìm thấy
đáp ứng miễn dịch,
đáp ứng miễn dịch,
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
thu hút sự quan tâm về việc sử dụng
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
tơ nhện trong ứng dụng chế phẩm sinh học,
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
ví dụ như 1 thành phần của
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
gân nhân tạo, phục vụ cho việc
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
tái tạo thần kinh và làm bệ đỡ
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
777000
3000
cho sự phát triển của mô.
13:15
Spider silks also have a lot of potential
315
780000
3000
tơ nhện còn có tiềm năng
13:18
for their anti-ballistic capabilities.
316
783000
2000
trong khả năng chống đạn.
13:20
Silks could be incorporated into body
317
785000
2000
Các sợi tơ có thể được kết hợp
trong cơ thể
trong cơ thể
13:22
and equipment armor that would be more
318
787000
3000
và thiết bị bảo vệ để chúng
13:25
lightweight and flexible
319
790000
2000
nhẹ và linh hoạt
13:27
than any armor available today.
320
792000
3000
hơn áo chống đạn ngày nay.
13:30
In addition to these biomimetic
321
795000
3000
Bên cạnh những ứng dụng
phỏng sinh học
phỏng sinh học
13:33
applications of spider silks,
322
798000
2000
của tơ nhện,
13:35
personally, I find studying spider silks
323
800000
4000
cá nhân tôi thấy việc nghiên cứu tơ nhện
13:39
just fascinating in and of itself.
324
804000
3000
bản thân nó rất thú vị.
13:42
I love when I'm in the laboratory,
325
807000
4000
Tôi yêu thích khi
ở trong phòng thí nghiệm,
ở trong phòng thí nghiệm,
13:46
a new spider silk sequence comes in.
326
811000
3000
và một chuỗi tơ nhện ra đời.
13:49
That's just the best. (Laughter)
327
814000
3000
Đó là điều tuyệt nhất. (Cười)
13:52
It's like the spiders are sharing
328
817000
3000
Nó giống như những chú nhện đang chia sẻ
13:55
an ancient secret with me, and that's why
329
820000
2000
bí mật cổ đại với tôi, và đó là lý do
13:57
I'm going to spend the rest of my life
330
822000
2000
tôi sẽ dành phần còn lại của cuộc đời mình
13:59
studying spider silk.
331
824000
2000
nghiên cứu về tơ nhện.
14:01
The next time you see a spider web,
332
826000
3000
Lần sau nều bạn thấy một mạng nhện,
14:04
please, pause and look a little closer.
333
829000
3000
xin hãy dừng lại và quan sát nó gần hơn.
14:07
You'll be seeing one of the most
334
832000
2000
Bạn sẽ thấy 1 trong những chất liệu
14:09
high-performance materials known to man.
335
834000
3000
hiệu suất cao mà con người được biết đến.
14:12
To borrow from the writings
336
837000
2000
Cho tôi mượn lời từ
một tác phẩm
một tác phẩm
14:14
of a spider named Charlotte,
337
839000
3000
về chú nhện Charlotte,
14:17
silk is terrific.
338
842000
2000
Tơ nhện rất kì diệu.
14:19
Thank you. (Applause)
339
844000
3000
Xin cảm ơn. ( Vỗ tay)
14:22
(Applause)
340
847000
1000
(Vỗ tay).
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