TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
شيريل هاياشي: روعة خيوط العنكبوت
Filmed:
Readability: 4.6
889,997 views
تدرس شيريل هاياشي خيوط العنكبوت، وتعد خيوط العنكبوت واحدة من أكثر المواد الطبيعية العالية الأداء، وبإمكان كل نوع من العناكب صنع ما يصل إلى 7 أنواع من الخيوط. كيف يفعلون ذلك؟ تجيب هاياشي على هذا السؤال من جانب الحمض النووي -- ثم تبين لنا كيف تستطيع هذه المادة الفائقة القوة والشديدة المرونة إلهامنا.
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
أنا متواجدة هنا لأخبركم عن
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
روعة العناكب
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
وإلى أي مدى يمكننا التعلم منها.
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
فالعناكب في الحقيقة مواطنون عالميون.
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
وتستطيع أن تجدها تقريباً في
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
كل مسكن أرضي.
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
وهذه النقاط الحمراء تمثل
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
الحوض العظيم لأمريكا الشمالية،
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
وأنا من المشاركين بمشروع يختص بالتنوع البيولوجي في جبال الألب
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
مع بعض من الزملاء.
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
هنا واحد من مواقعنا الميدانية،
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
ولإعطائكم نوع من التصوّر،
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
هذه البقعة الصغيرة الزرقاء هنا،
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
هذا واحد من زملائي.
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
هذه تضاريس وعرة وقاحلة،
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
ومع ذلك، تتواجد هنا بعض العناكب.
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
وبتحريك الصخور من مكانها نجد عنكبوت السلطعون
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
تتصارع مع الخنفساء.
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
العناكب ليست فقط في كل مكان،
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
ولكنها أيضاً متنوعة للغاية.
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
فيوجد 40،000 نوع
01:04
of spiders.
21
49000
1000
من العناكب.
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
لتوضيح هذا الرقم في الإطار العام ،
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
يقارن هذا الرسم بياني بين 40،000
01:09
species of spiders
24
54000
2000
نوع من العناكب
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
بالـ 400 نوع من الرئيسيات.
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
هناك درجتان في القيمة اكثر
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
في العناكب اكثر من الرئيسيات
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
العناكب ايضاً قديمة للغاية
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
في الاسفل هنا
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
هذا هو الجدول الزمني الجيولوجي
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
والارقام عليه عبارة عن ملايين
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
من السنين من الآن,لذا فنقطة الصفر هنا,
01:29
that would be today.
33
74000
2000
وهذا يمثل وقتنا الحاضر
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
ما توضحه تلك الارقام ان العناكب
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
يعود وجودها لحوالي 380 مليون سنة
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
لوضع ذلك في الإطار ,هذا الأحمر
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
الخط العامودي هنا يمثل التغير في الوقت
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
بالنسبة للبشرية من شمبانزي,
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
تقريبا قبل سبعة ملايين سنة
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
جميع العناكب تصنع الخيوط
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
في مرحلة معينة من عمرها
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
معظم العناكب تستخدم كميات غزيرة من الخيوط
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
والخيوط شيء اساسي لاستمراريتها
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
وتكاثرها
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
حتى أُحفورات العناكب تستطيع عمل الخيوط
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
كما يمكننا ان نرى من مظهر
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
عضو الغزل في احفورة العنكبوت هذه
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
هذا يعني ان العناكب
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
وخيوط العناكب وُجدت
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
منذ حوالي 380 مليون سنة
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
لم يستغرق الكثير اثناء العمل مع العناكب
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
لتبدأ في ملاحظة كم هي اساسية الخيوط
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
لمعظم اوجه حياتها
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
العناكب تستخدم الخيوط لعدة اغراض, من ضمنها
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
كخيط لسحب الاشياء بامان
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
تغليف البيض للتكاثر
02:33
protective retreats
57
138000
2000
درع وقاية
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
وامساك الفريسة
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
هناك العديد من انواع خيوط العنكبوت
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
على سبيل المثال , عنكبوت الحديقة يمكنه عمل
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
سبعة انواع مختلفة من الخيوط
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
عندما تنظر في هذه الشبكة المتخذة شكل الفلك ,انت في الواقع
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
تشاهد اكثر من نوع من الياف الخيوط
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
الغلاف والانحناء في هذه الشبكة
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
صنعت من نوع واحد من الخيوط
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
بينما المقبض الحلزوني مكون من
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
نوعين مختلفين من الخيوط:
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
الخيط والقطرة اللزجة
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
كيف يمكن لعنكبوتة واحدة
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
عمل عدة انواع من الخيوط؟
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
للإجابة على هذا, يجب ان تنظر عن قرب اكثر
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
على منطقة عضو الغزل في العنكبوت.
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
الخيوط تخرج من عضو الغزل ,ولاولئك
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
من علماء اليولوجيا المتخصصين في خيوط العنكبوت,هذا ما
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
نسميه "العضو الفعال" في العنكبوت (ضحك)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
امضينا ايام طويلة...
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
لا تضحكوا , تلك هي حياتي.
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
(ضحك)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
امضينا اياماً وليالي
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
نحدِق في ذلك الجزء من العنكبوت.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
وهذا ما رأيناه
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
يمكنك رؤية عدة الياف
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
تخرج من عضو الغزل ,لانه
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
كل مغزل يوجد به عدة منافذ
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
كل نوع من الياف الخيوط تلك تخرُج من منفذ مستقل
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
فإذا تتبعت الخيط
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
في اتجاه العنكبوت ,ما سوف تجده انه
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
ان كل منفذ متصل
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
بغدة خيوط مستقلة, غدة الخيوط تشبه الكيس
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
يحتوي على الكثير من من بروتين الخيوط في داخله
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
فإذا كان لديك الفرصة لتشريح
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
شبكة العنكبوت الفلكية المتموجة
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
واتمنى ان تكون لديكم الفرصة,
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
ما سوف تجدونه هو منحة
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
من غدد الخيوط الشفافة
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
في داخل كل عنكبوت يوجد المئات
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
من غدد الخيوط,وفي بعض الاحيان الالاف
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
يمكن تجميعها في سبعة فئات
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
تختلف في الحجم,الشكل,
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
وفي بعض الاحيان اللون
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
في عنكبوت الشبكة الفلكية المتموجة
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
يمكنك ان تجد سبعة انواع من غدد الخيوط,
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
وهي الموجودة في هذه الصورة,
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
دعونا نبدأ بهذه في موضع الساعة الواحدة
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
يوجد غدد الخيوط انبوبية الشكل ,والتي تستخدم
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
الخيط الخارجي لكيس البيضة
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
ويوجد الخيط الركامي,و السوطي الشكل
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
وهي الغدد التي تتجمع ملتصقة لتكون
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
لتكون الحلزون في الشبكة الفلكية الشكل
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
غدة الخيط الكمثرية الشكل تعمل اللاصق
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
الاسمنت-- وهي الخيوط التي تستخدم لتقييد
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
الخيوط الى الركيزة
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
وهناك الخيوط الابرية الشكل
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
والتي تستخدم لتغليف الفريسة
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
الخيط امبولي الشكل القصير يستخدم في انشاء الشبكة
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
واكثر الخيوط دراسة
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
من ضمنها جميعا: الخيط الطويل الامبولي الشكل
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
هذا هو الخيط الذي يعمل الإطار
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
والانحناء في الشبكة الفلكية ,وايضاً
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
خيط الهروب
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
لكن ماهو بالتحديد خيط العنكبوت
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
خيط العنكبوت هو بروتين تماماً
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
تقريبا جميع تلك البروتينات يمكن ان تُفرز
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
بعائلة واحدة من الجينات
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
والذي يعني ان هذا التنوع من انواع الخيوط
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
والتي نراها اليوم لها مُشفرة من عائلة واحدة من الجينات
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
اذا من المفترض اسلاف العنكبوت
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
صنعوا نوع واحد من الخيوط
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
وعلى مدى ال 380 مليون السنة الماضية
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
تكرر ذلك الجين الخاص بالخيوط
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
ثم تباين وتخصص
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
مرات ومرات ومرات للوصول
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
الى صفات متنوعه من خيوط العنكبوت
05:42
that we have today.
134
327000
3000
التي نشاهدها اليوم
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
هناك خصائص متعدة لتلك الخيوط
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
مشتركة بينها,جميعها تشترك
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
في التصميم,على سبيل المثال ,جميعها طويلة جداً--
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
طويلة بشكل مذهل
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
مقارنة بالبروتينات الاخرى.
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
متكررة جداً, وغنية جداً
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
بالاحماض الامينية الجليكاين والانين
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
لإعطاءكم فكرة عن ما
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
يبدو عليه بروتين خيط العنكبوت
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
هذا هو بروتين خيط الجذب
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
جزء منه فقط
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
من عنكبوت الارملة السوداء
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
هذا هو نوع التسلسل الذي احب
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
ان انظر اليه ليلاً ونهاراً (ضحك)
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
ما ترونه هنا هو حرف واحد
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
اختصار الى الأحماض الامينية , لونتهُ
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
في مركب الجليكاينات بالأخضر
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
والأنين بالأخضر وهكذا
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
يمكنكم الملاحظه انها الكثير من حرفي A و G
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
يمكنكم الملاحظة ايضاً ان هناك العديد من
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
نمط التسلسل القصير الذي يتكرر مِراراً ومِراراً
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
ومِراراً مرة اخرى,على سبيل المثال هناك الكثير من
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
ما نطلق عليه بولي الانين (polyalanines) او تكرار حرف A
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
AAAAA ويوجد GGQ ويوجد GGY
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
يمكنك التفكير في تلك الانماط القصيرة
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
والتي تتكرر مراراً ومٍٍراراً كأنها كلمات
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
وتلك الكلمات تظهر في جُمل.
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
على سبيل المثال هذه تُكوٍن كلمة واحدة
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
ويكون لديك منطقة خضراء صغيرة
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
والبولي الانين الذي يتكرر
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
و يتكرر مراراً وتكراراً
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
ويمكنك الحصول على تلك المئات و
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
المئات والمئات من المرات داخله
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
في جزئ واحد من الخيط
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
الخيوط التي تنتج من قبل عنكبوت واحد يوجد بِها
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
وبشكل كبير تسلسلات متكررة مختلفة
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
في اعلى الشاشة تشاهدون
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
وحدة مكررة من خيط الجذب
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
من عنكبوت الحديقة المتعرج
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
انه قصير ,وفي الاسفل
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
هذا تسلسل متكرر خاص ب
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
حافضة البيضة,او بروتين الخيط الانبوبي
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
لنفس العنكبوت ,ويمكنك ملاحظة
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
كيف انها مختلفة بشكل كبير
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
بورتينات الخيوط تلك-- وهذا هو
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
مظهر جمال التنويع
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
في جين خيط العنكبوت
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
يمكنك ملاحظة ان الوحدات المتكررة تختلف
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
في الطول, وتختلف في التسلسل ايضاً
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
لذا فقد لوّنت الجليكاين مرة اخرى
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
بالاخضر,الأنين بالاحمر, و السيرين
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
الحرف S , باللون الارجواني,, ويمكنك ملاحظة
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
ان وحدة التكرار في الاعلى يمكن توضيحها
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
تماماً بالاخضر والاحمر
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
ووحدة التكرار في الاسفل فيها
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
مقدار جوهري من الارجواني
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
ما يفعله علماء الأحياء هو محاولة ربط
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
تلك التكرارات ,تلك الاحماض الامينية
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
المتكررة, ربطها بالخصائص الميكانيكية
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
لالياف الخيط
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
الان, من المريح حقاً ان العناكب تستخدم خيطها
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
حارج الجسم تماماً
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
هذا يجعل دراسة خيط العنكبوت سهل القيام به
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
جداً جداً في المختبر ,لاننا
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
نحن في الواقع, كما تعلمون, نختبره في الهواء
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
وهي تماماً البيئة
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
التي تستخدم فيها العناكب خيوطها.
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
وهذا يجعل التحديد الكمي لخصائص الخيط بإستخدام
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
اساليب مثل الشد ,وهو
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
بشكل اساسي .كما تعلمون ,جذب من طرف واحد
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
من الليف, يجعله ممكناً جدا
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
هذه هي منحنيات اجهاد التوتر
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
والناتجة من اختبار الشد
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
لخمسة الياف مُنتجة من نفس العنكبوت.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
ما تلاحظونه هنا, هو انه
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
الألياف الخمسة لها سلوك مختلف
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
خصوصاً اذا نظرت للمحور العمودي
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
والذي يمثل الإجهاد,اذا نظرتم لأقصى
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
قيمة إجهاد لأيٍ من تلك الألياف
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
يمكنكم ملاحظة الكثير من التفاوت,
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
في الواقع ان خيط الجذب, او الخيط الانبولي الشكل
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
هو الأقوى بين تلك الالياف
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
نعتقد ان ذلك لان خيط الجذب
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
والذي يستخدم لعمل الإطار والتموجات
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
في الشبكة ,يجب ان يكون قوياً جداً
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
في المقابل,اذا نظرتم الى
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
التوتر- هو المقدار الذي يمكن للخيط
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
ان يتمدد-- اذا نظرتم للقيمة القصوى
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
يوجد هناك الكثير من التفاوت
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
والرابح وبوضوح هو الخيط سوطي الشكل
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
او الخيط الحلزوني
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
في الواقع, الخيط سوطي الشكل يمكنه
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
ان يتمدد الى ضعفي طوله الاصلي
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
اذاً الياف الخيط تتفاوت في قوتها
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
وايضاً في قابليتها للتمدد.
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
في حالة القابض الحلزوني
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
يجب ان يكون قابل للتمدد ليمتص
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
تأثير الفريسة الطائرة
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
إذا لم يكن قابل لتمدد بشكل كافي , بالتالي
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
وبشكل اساسي عندما ترتطم حشرة بالشبكة
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
سو تخرج وبشكل بهلواني منها
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
فلو كانت الشبكة مصنوعة تماماً من
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
خيط الجذب ,ستكون الحشرة قادرة على
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
الفرار ,لكن بإستخدام
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
خيط قابض حلزوني قابل للتمدد, تصبح الشبكة
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
قادرة على امتصاص تأثير
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
الفريسة المُعترض طريقها
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
هناك تفاوتات اخرى ضمن
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
الالياف التي يمكن لعنكبوت واحد انتاجها
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
نسمي ذلك شنطة ادوات العنكبوت
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
وهو ما يمتلكه العنكبوت
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
للتفاعل مع بيئته.
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
لكن ماذا عن التنوع بين العنكبوت
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
الفصيلة, القي نظرة نوع من الخيط
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
وانظر في فصيلة مختلفة من العناكب
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
هذه منطقة غير مستكشفة بشكل كبير
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
لكن هناك قليل من البيانات يمكنني عرضها عليكم
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
هذه مقارنة بين صلابة
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
نسيج خيط الجذب
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
في 21 فصيلة من العناكب
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
بعضها عناكب فليكية متموجة
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
وبعضها الاخر ليست عناكب فليكية متموجة
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
تم افتراض انه
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
العناكب االفلكية المتموجة
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
يجب ان يكون لها اصلب خيوط الجذب
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
لانها يجب ان تعترض فرائس طائرة
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
ما تشاهدونه هنا على رسم الصلابة
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
ان الاعلى هي النقطة السوداء على الرسم,
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
الاعلى هو الأصلب
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
ال 21 فصيلة المشار اليها هنا بواسطة
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
النسل,هذه شجرة متطورة تُوضِح
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
علاقاتها الجينية ,ولونتها
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
بالأصفر وهي عناك الشبكة الفلكية المتموجة
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
اذا نظرتم هنا الى الأسهم الصفراء
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
إنها تشير الى القيم الاكثر صلابة
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
بانسبة لخيط الجذب هي العناكب ناسجة الحرير الذهبي و
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
العناكب المتاقطعة الفلكية
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
يوجد هناك فصيلين من العناكب
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
والذي أُنفق معظم المال والوقت
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
على ابحاث خيط العنكبوت الصناعي
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
لتكرار مشاكل خيوط الجذب الخاصة بها
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
خيوط والجذب الخاصة بها ليست الأقوى
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
في الواقع , خط الجذب الاصلب في هذا المسح
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
هو هذا الذي هنا في هذه المنطقة
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
عنكبوت الشبكة المتموجة غير الفلكية.
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
هذا هو خيط الجذب الذي تم نسجه من قبل العنكبوت الباصق
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
العنكبوت الباصق
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
العنكبوت الباصق لا يستخدم الشبكة على الاطلاق
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
لإصطياد الفريسة, بدلاً من ذلك
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
يتربص وينتظر الفريسة
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
لتصبح قريبة ثم يصيب الفريسة بالشلل
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
عن طريق رش سُم شبيه بالخيط في الحشرة
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
تخيلو الصيد بسلسلة تافهة
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
تلك هي الكيفية التي تصيد بها العناكب الباصقة
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
لا نعرف في الحقيقة لماذا العناكب الباصقة
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
تحتاج خيط الجذب الصلب هذا
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
لكن نتيجة غير متوقعة مثل هذه تجعل
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
البحث البيولوجي مثير وجدير بالإهتمام
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
انه يحررنا من قيود
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
خيالنا
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
الان اريد ان اعلق على
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
قيم الصلابة لألياف النايلون
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
بومبيكس-- او حرير دودة القز المستأنسة
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
الصوف,الكيلفر, الالياف الكربونية
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
وما سوف تلاحظه وبوضوح
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
ان خيط الجذب في العنكبوت تفوق عليهم
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
انه خليط من القوة وقابلية التمجج
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
والصلابة ما يجعل خيط العنكبوت
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
خاص جداً, وهو ما جذب انتباه
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
علماء الأحياء ,وكذلك الأشخاص الذي يتوجهون
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
للطبيعة لمحاولة ايجاد حلول جديدة
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
والقوة , وقابلية التمدد, والصلابة
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
في خيوط العنكبوت, ممزوجة بحقيقة انه
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
الخيوط لا تُظهِر استجابة مناعية
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
جذبت الكثير من الاهتمام حول استخدام
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
خيوط العنكبوت في التطبيقات الطبية الحيوية
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
على سبيل المثال كعنصر في
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
أوتار صناعية تخدم كـ
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
موجّه لإعادة نمو الاعصاب وفي
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
777000
3000
سقالات لنمو الانسجة
13:15
Spider silks also have a lot of potential
315
780000
3000
لخيوط العنكبوت إمكانية كبيرة
13:18
for their anti-ballistic capabilities.
316
783000
2000
من القدرة المضادة للباليستية
13:20
Silks could be incorporated into body
317
785000
2000
الخيوط يمكن ادراجها في جسم
13:22
and equipment armor that would be more
318
787000
3000
وتسليحها بدرع يكون اكثر
13:25
lightweight and flexible
319
790000
2000
خفة ومرونة
13:27
than any armor available today.
320
792000
3000
اكثر من اي درع موجود في هذه الايام
13:30
In addition to these biomimetic
321
795000
3000
بالاضافة لتلك
13:33
applications of spider silks,
322
798000
2000
التطبيقات الحيوية لخيوط العنكبوت
13:35
personally, I find studying spider silks
323
800000
4000
شخصياً, وجدت ان دراسة خيوط العنكبوت
13:39
just fascinating in and of itself.
324
804000
3000
سحر في حد ذاته
13:42
I love when I'm in the laboratory,
325
807000
4000
احب عندم اكون في المختبر
13:46
a new spider silk sequence comes in.
326
811000
3000
ويظهر تسلسل جديد لخيط العنكبوت
13:49
That's just the best. (Laughter)
327
814000
3000
هذا هو الافضل .(ضحك)
13:52
It's like the spiders are sharing
328
817000
3000
ذلك يبدو كأن العناكب تشاركني
13:55
an ancient secret with me, and that's why
329
820000
2000
سِر قديم, وهذا يفسر لماذا
13:57
I'm going to spend the rest of my life
330
822000
2000
سوف امضي ما تبقى من عمري
13:59
studying spider silk.
331
824000
2000
ادرس خيط العنكبوت
14:01
The next time you see a spider web,
332
826000
3000
في المرة القادمة التي تشاهدون فيها شبكة العنكبوت
14:04
please, pause and look a little closer.
333
829000
3000
ارجوكم توقفوا وانظروا عن قرب اكثر
14:07
You'll be seeing one of the most
334
832000
2000
سوف تشاهدون واحد من اكثر
14:09
high-performance materials known to man.
335
834000
3000
المواد عالية الاداء التي عرفها الانسان
14:12
To borrow from the writings
336
837000
2000
لاقتبس من كتابات
14:14
of a spider named Charlotte,
337
839000
3000
عنكبوت يُسمى شارلوت
14:17
silk is terrific.
338
842000
2000
الخيط رائع
14:19
Thank you. (Applause)
339
844000
3000
شكرا (تصفيق)
14:22
(Applause)
340
847000
1000
(تصفيق)
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