TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
Σέριλ Χαγιάσι: O μαγικός κόσμος της αράχνης
Filmed:
Readability: 4.6
889,997 views
Η Σέριλ Χαγιάσι μελετάει το μετάξι της αράχνης, ένα από τα υλικά υψηλών επιδόσεων. Κάθε είδος αράχνης μπορεί να κατασκευάσει μέχρι 7 διαφορετικά είδη μεταξιού.Πώς όμως τα καταφέρνουν; Η Χαγιάσι μας το εξηγεί μέσα από την ανάλυση του DNA και μας δείχνει πώς αυτό το δυνατό και ελαστικό υλικό μπορεί να γίνει αντικείμενο έμπνευσης.
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
Είμαι εδώ για να σας παρουσιάσω
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
τον μαγικό κόσμο της αράχνης
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
και πόσα μπορούμε να μάθουμε από αυτή.
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
Οι αράχνες είναι πραγματικοί πολίτες αυτού του κόσμου.
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
Μπορούμε να βρούμε αράχνες σε σχεδόν
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
οποιαδήποτε χερσαία περιοχή της γης.
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
Αυτή η κόκκινη κουκκίδα δείχνει
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
την ευρύτερη λεκάνη της Βόρειας Αμερικής,
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
και εγώ, μαζί με κάποιους συνεργάτες ασχολούμαστε
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
με ένα πρόγραμμα πάνω στην αλπική βιοποικιλότητα.
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
Να ένα από τα σημεία έρευνάς μας
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
και για να σας δώσω απλά μια εικόνα
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
αυτό το μικρό μπλε σημάδι εδώ
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
είναι ένας από τους συνεργάτες μου.
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
Το τοπίο είναι τραχύ και άγονο,
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
και γι' αυτό υπάρχουν αρκετές αράχνες εδώ.
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
Εάν γυρίσουμε τους βράχους θα ανακαλύψουμε αυτή την αράχνη-κάβουρα
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
η οποία παλεύει με ένα σκαθάρι.
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
Οι αράχνες είναι παντού,
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
και υπάρχουν και πάρα πολλά διαφορετικά είδη.
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
Υπάρχουν πάνω από 40.000 καταγεγραμμένα είδη
01:04
of spiders.
21
49000
1000
αραχνών.
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
Για να καταλάβετε καλύτερα,
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
εδώ σας παραθέτω ένα γράφημα που συγκρίνει 40.000
01:09
species of spiders
24
54000
2000
είδη αραχνών
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
από τα 400 είδη πρωτευόντων θηλαστικών.
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
Υπάρχουν 2 τάξεις μεγέθους, αλλά
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
οι αράχνες είναι πιο πολλές από τα πρωτεύοντα θηλαστικά.
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
Επίσης, οι αράχνες είναι πανάρχαιο είδος.
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
Εδώ στο κάτω μέρος
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
είναι η γεωλογική χρονική κλίμακα,
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
και οι αριθμοί ανταποκρίνονται σε εκατομμύρια
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
χρόνια από το παρόν μέχρι το μηδέν εδώ,
01:29
that would be today.
33
74000
2000
το οποίο θα μπορούσε να είναι το σήμερα.
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
Σύμφωνα με αυτό το σχεδιάγραμμα, η ύπαρξη των αραχνών
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
χρονολογείται πριν από 380 εκατομμύρια χρόνια.
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
Για να το κατανοήσουμε, αυτή η κόκκινη
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
κάθετη γραμμή εκεί δείχνει το χρόνο απόκλισης
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
μεταξύ των ανθρώπων και των χιμπατζήδων,
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
μόλις 7 εκατομμύρια χρόνια πριν.
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
Όλες οι αράχνες υφαίνουν μετάξι
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
σε κάποια χρονική στιγμή της ζωής τους.
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
Οι περισσότερες αράχνες χρησιμοποιούν μεγάλες ποσότητες μετάξι
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
το οποίο είναι απαραίτητο στην επιβίωσή τους
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
και στην αναπαραγωγή τους.
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
Ακόμα και οι απολιθωμένες αράχνες μπορούν να παράγουν μετάξι,
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
όπως μπορούμε να δούμε από την αποτύπωση
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
ενός νηματοειδούς αδένα σε αυτό το απολίθωμα αράχνης.
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
Αυτό σημαίνει ότι και οι αράχνες
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
αλλά και το μετάξι τους χρονολογούνται
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
γύρω στα 380 εκατομμύρια χρόνια.
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
'Όταν ξεκινήσαμε να μελετάμε τις αράχνες,
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
δεν αργήσαμε να διαπιστώσαμε πόσο σημαντικό είναι το μετάξι
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
σε κάθε πτυχή της ζωής τους.
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
Οι αράχνες χρησιμοποιούν το μετάξι για πολλούς λόγους, μεταξύ άλλων είναι
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
η παραγωγή ενός νήματος ανέλκυσης για την ασφάλεια τους
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
η προστασία των αυγών για την αναπαραγωγή τους,
02:33
protective retreats
57
138000
2000
η προστατευμένη υποχώρηση,
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
και η σύλληψη της λείας τους.
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
Υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη μεταξιού αράχνης.
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
Για παράδειγμα αυτή η αράχνη κήπων μπορεί να υφάνει
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
7 διαφορετικά είδη μεταξιού.
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
Αν παρατηρήσετε αυτόν τον σφαιρικό ιστό, μπορείτε να δείτε
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
πολλά διαφορετικά είδη μεταξένιων ινών.
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
Το πλαίσιο και οι ακτίνες αυτού του ιστού
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
είναι κατασκευασμένες από ένα είδους μεταξιού,
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
ενώ η τελική σπείρα σύλληψης είναι ένα μείγμα
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
από 2 διαφορετικά είδη μεταξιού:
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
το νήμα και το κολλώδες σταγονίδιο.
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
Πώς μια αράχνη μπορεί να
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
παράγει τόσα πολλά είδη μεταξιού;
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
Για να σας απαντήσουμε σε αυτό το ερώτημα πρέπει να κοιτάξουμε ακόμα πιο κοντά
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
σην περιοχή του νηματοειδούς αδένα της αράχνης.
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
Το μετάξι βγαίνει από το νηματοειδή αδένα και
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
και για εμάς-τους βιολόγους που ασχολούμαστε με το μετάξι της αράχνης - είναι αυτό
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
που λέμε «ο χώρος της επιχείρησης» της αράχνης. (Γέλια)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
Περνάμε πολλές μέρες
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
Μη γελάτε! Αυτή είναι η ζωή μου.
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
(Γέλια)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
Περνάμε μέρες και νύχτες
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
παρατηρώντας αυτό το σημείο της αράχνης.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
Και να τι βλέπουμε.
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
Μπορείτε να δείτε πολλάπλες ίνες
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
να βγαίνουν από τους νηματοειδείς αδένες γιατί
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
κάθε νηματοειδής αδένας έχει πολλές υποδοχές πάνω του.
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
Καθεμιά από αυτές τις ίνες μεταξιού βγαίνει από την υποδοχή,
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
και εάν παρατηρήσουμε τη διαδρομή του μεταξιού
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
θα διαπιστώσουμε ότι στο εσωτερικό της αράχνης θα βρούμε
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
ότι κάθε υποδοχή συνδέεται με το δικό της
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
μεταξογόνο αδένα. Ένας μεταξογόνος αδένας μοιάζει με σάκο
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
ο οποίος εμπεριέχει πολλές κολλώδεις πρωτεΐνες μεταξιού.
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
Εάν είχατε ποτέ την ευκαιρία να διαμελίσετε
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
μια αράχνη η οποία κατασκευάζει σφαιρικό ιστό,
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
και μακάρι να το κάνατε
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
αυτό που θα βρίσκατε θα ήταν
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
πολλούς, όμορφους και ημιδιαφανείς μεταξογόνους αδένες.
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
Μέσα σε κάθε αράχνη, υπάρχουν εκατοντάδες
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
μεταξογόνοι αδένες, και σε μερικές περιπτώσεις ακόμα και χιλιάδες.
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
Μπορούν να χωριστούν σε 7 κατηγορίες.
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
Διαφέρουν σε μέγεθος, σε σχήμα
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
και μερικές φορές ακόμα και σε χρώμα.
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
Σε μια αράχνη η οποία κατασκευάζει σφαιρικό ιστό
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
μπορούμε να βρούμε 7 είδη μεταξογόνων αδένων
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
-αυτό έχω αποτυπώσει σε αυτή την εικόνα.
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
Ας ξεκινήσουμε από τα δεξιά προς τα αριστερά -όπως οι δείχτες του ρολογιού-
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
αυτοί είναι οι σωληνοειδείς μεταξογόνοι αδένες οι οποίοι χρησιμοποιούνται για να
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
παράγουν το εξωτερικό μετάξι του κουκουλιού για τα αυγά τους.
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
Υπάρχουν οι σύνθετοι και οι μαστιγοειδείς μεταξογόνοι
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
αδένες οι οποίοι συνδυάζονται για να παράγουν την κολλώδη
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
σπείρα σύλληψης ενός σφαιρικού ιστού.
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
Οι απιοειδείς μεταξογόνοι αδένες παράγουν το τσιμέντο
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
σύνδεσης το οποίο είναι το μετάξι που χρησιμοποιείται για να ενώσει
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
τις μεταξωτές γραμμές σε ένα υπόστρωμα.
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
Υπάρχει επίσης το λοβοειδές μετάξι
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
το οποίο χρησιμποποιείται για να συλλάβει τη λεία της.
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
H ελάσσων φύσιγγα μεταξιού χρησιμοποιείται στην κατασκευή του ιστού.
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
Και η πιο μελετημένη γραμμή μεταξιού
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
από όλες είναι η μείζουσα φύσιγγα μεταξιού.
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
Αυτό είναι το μετάξι το οποίο χρησιμοποιείται για να φτιάξει το πλαίσιο
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
και τις ακτίνες του σφαιροειδούς ιστού και επίσης
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
το προστατευτικό νήμα ανέλκυσης.
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
Αλλά τι ακριβώς είναι το μετάξι της αράχνης;
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
Το μετάξι της αράχνης είναι όλο σχεδόν μια πρωτεΐνη.
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
Όλες σχεδόν αυτές οι πρωτεΐνες ανήκουν
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
στην ίδια γονιδιακή οικογένεια,
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
αυτό σημαίνει ότι η ποικιλία των ειδών του μεταξιού,
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
που παρατηρούμε σήμερα κωδικοποιούνται από μία και μοναδική οικογένεια γονιδίων,
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
έτσι, υποθέτουμε ότι ο αυθεντικός πρόγονος της αράχνης
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
παρήγαγε μόνο ένα είδος μεταξιού
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
και κατά την διάρκεια των τελευταίων 380 εκατομμυρίων χρόνων
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
αυτό το μοναδικό γονίδιο μεταξιού πολλαπλασιάστηκε,
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
έπειτα διαφοροποιήθηκε, ειδικεύτηκε
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
ξανά και ξανά για να αποκτήσει
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
μια μεγάλη ποικιλία από είδη μεταξιών αράχνης
05:42
that we have today.
134
327000
3000
που έχουμε σήμερα.
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
Τα διαφορετικά είδη μεταξιού έχουν πολλά κοινά χαρακτηριστικά
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
μεταξύ τους. Όλα έχουν το ίδιο
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
σχέδιο - αφού είναι όλα πολύ μακριά -
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
και είναι αφύσικα μακριά
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
σε σχέση με τις υπόλοιπες πρωτεΐνες.
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
Επαναλαμβάνονται συνέχεια και όλα είναι πολύ πλούσια σε
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
αμινοξέα, γλυκίνη και αλανίνη.
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
Για να σας δώσω μια ιδέα για το
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
πώς φαίνεται μια πρωτεΐνη μεταξιού αράχνης
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
εδώ είναι μια πρωτεΐνη του νήματος ανέλκυσης,
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
είναι μια μικρή ποσότητα
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
από την αράχνη 'μαύρη χήρα'.
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
Αυτή είναι η ακολουθία που μου αρέσει
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
να παρατηρώ μέρα και νύχτα. (Γέλια)
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
Αυτό που παρατηρείτε εδώ είναι ένα γράμμα
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
το οποίο είναι η συντομογραφία για τα αμινοξέα, και με το πράσινο
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
χρώμα συμβολίζω τις γλυκίνες
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
και με το κόκκινο την αλανίνη και γι' αυτό
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
μπορείτε να δείτε πολλά G και A.
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
Μπορείτε να παρατηρήσετε, επίσης, ότι υπάρχουν
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
πολλά μοτίβα αλληλουχίας τα οποία επαναλαμβάνονται ξανά
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
και ξανά, για παράδειγμα υπάρχουν πολλά από αυτά
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
που ονομάζουμε πολυαλανίνες, δηλαδή αυτά τα επαναλαμβανόμενα Α,
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
ΑΑΑ.Υπάρχουν τα GGQ και τα GGY.
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
Φανταστείτε ότι αυτά τα σύντομα μοτίβα
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
τα οποία επαναλαμβάνονται ξανά και ξανά όπως οι λέξεις,
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
και όλες αυτές οι λέξεις σχηματίζουν φράσεις.
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
Έτσι για παράδειγμα, αυτό θα μπορούσε να ήταν μία φράση,
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
και θα μπορούσατε να υποθέσετε ότι αυτή η πράσινη περιοχή
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
και η κόκκινη πολυαλανίνη, επαναλαμβάνονται
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
ξανά και ξανά
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
και ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν εκατοντάδες,
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
εκατοντάδων φορών
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
σε ένα μόνο μόριο μεταξιού.
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
Τα είδη των μεταξιών τα οποία παράγονται από την ίδια αράχνη μπορούν να έχουν
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
πάρα πολλές διαφορετικές επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες.
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
Στο πάνω μέρος της οθόνης, βλέπετε
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
την επαναλαμβανόμενη ενότητα από το νήμα ανέλκυσης
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
μιας Αργιόπης, αράχνης κήπου.
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
Είναι σύντομη. Και στην κάτω πλευρά
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
είναι η επαναλαμβανόμενη αλληλουχία για την
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
θήκη για τα αυγά, ή την σωληνοειδής πρωτεΐνη μεταξιού,
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
για την ίδια ακριβώς αράχνη. Και μπορείτε να δείτε
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
πόσο πολύ διαφορετικές
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
είναι αυτές οι πρωτεΐνες μεταξιού - αλλά αυτή είναι
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
η ομορφιά της διαφοροποίησης
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
της οικογένειας γονιδίων μεταξιού της αράχνης.
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
Μπορείτε να διαπιστώσετε ότι οι επαναλαμβανόμενες ενότητες διαφέρουν
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
σε μήκος. Διαφέρουν επίσης και σε αλληλουχία.
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
Γι' αυτό το λόγο, αποτύπωσα τη γλυκίνη ξανά
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
με πράσινο, την αλανίνη με κόκκινο και τη σερίνη
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
με το γράμμα S, με μωβ. Μπορείτε να δείτε
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
ότι η πρώτη επαναλαμβανόμενη ενότητα αποτυπώνεται
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
όλη σχεδόν με πράσινο και κόκκινο,
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
και η τελευταία επαναλαμβανόμενη ενότητα έχει
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
ένα σημαντικό ποσοστό μωβ.
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
Αυτό που προσπαθούμε να πετύχουμε, οι βιολόγοι, είναι να συσχετίσουμε
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
αυτές τις αλληλουχίες, αυτές τις αλληλουχίες
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
αμινοξέων σε μηχανικές ιδιότητες
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
των ινών του μεταξιού.
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
Βέβαια, είναι πολύ βολικό ότι οι αράχνες χρησιμοποιούν το μετάξι τους
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
τελείως έξω από το σώμα τους.
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
Αυτό μας βοηθάει να εξετάσουμε το μετάξι
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
στο εργαστήριο πολύ εύκολα, γιατί
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
το εξετάζουμε, όπως καταλαβαίνετε σε φυσικό περιβάλλον
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
εξάλλου αυτό ακριβώς είναι το περιβάλλον μέσα στο οποίο
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
οι αράχνες χρησιμοποιούν τις πρωτεΐνες μεταξιού.
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
Έτσι αυτό κάνει την ποσοτική μέτρηση των ιδιοτήτων του μεταξιού
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
όπως είναι η δοκιμή εφελκυσμού, η οποία, για να καταλάβετε, είναι
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
το τράβηγμα της μιας άκρης
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
της ίνας, πολύ εύκολο.
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
Εδώ βλέπετε κάποιες καμπύλες τάσης παραμόρφωσης,
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
οι οποίες έχουν παραχθεί από την δοκιμή εφελκυσμού
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
5 ινών οι οποίες έχουν φτιαχτεί από την ίδια αράχνη.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
Έτσι αυτό που μπορείτε να δείτε εδώ είναι
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
ότι οι πέντε ίνες έχουν διαφορετικές συμπεριφορές.
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
Πιο συγκεκριμένα, εάν προσέξετε τον κάθετο άξονα
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
θα δείτε την τάση. Εάν παρατηρήσετε το μέγιστο
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
βαθμό παραμόρφωσης για καθεμιά από αυτές τις ίνες
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
μπορείτε να δείτε ότι υπάρχουν πολλές διακυμάνσεις
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
και για την ακρίβεια το νήμα ανέλκυσης ή η μείζουσα φύσιγγα μεταξιού.
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
είναι η πιο ανθεκτική από αυτές τις ίνες.
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
Υποθέτουμε ότι αυτό συμβαίνει γιατί το νήμα ανέλκυσης
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
το οποίο χρησιμοποιείται για να κατασκευάσει το πλαίσιο και την ακτίνα
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
για έναν ιστό, πρέπει να είναι πολύ δυνατό.
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
Από την άλλη πλευρά, εάν κοιτάξετε την
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
παραμόρφωση - δηλαδή το πόσο μπορεί μια ίνα να
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
επιμηκυνθεί - θα δείτε ότι η μέγιστη τιμή της,
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
εδώ έχει πάλι, πολλές διακυμάνσεις
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
και ο "νικητής" είναι οι μαστιγοειδείς αδένες μεταξιού
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
ή το σπειροειδές νήμα σύλληψης.
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
Στην πραγματικότητα, η ίνα των μαστιγοειδών αδένων μεταξιού μπορεί
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
να επιμηκυνθεί για την ακρίβεια 2 φορές το αρχικό της μέγεθος.
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
Έτσι οι ίνες του μεταξιού διαφέρουν τόσο στην αντοχή
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
αλλά και στην ιδιότητά τους να επιμηκύνονται.
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
Η σπείρα σύλληψης
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
πρέπει να είναι ελαστική για να αντέξει
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
την επίδραση της ιπτάμενης λείας.
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
Εάν δεν μπορούσε να επιμηκυνθεί τόσο,
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
τότε το έντομο το οποίο θα έπεφτε στον ιστό,
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
απλά θα έκανε ταλάντωση πάνω του και θα έφευγε.
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
Έτσι εάν ο ιστός ήταν φτιαγμένος εξ' ολοκλήρου από
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
νήμα ανέλκυσης, είναι πολύ πιθανό το έντομο
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
απλά ν' αναπηδούσε. Αλλά το μετάξι της σπείρας σύλληψης
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
έχει πολύ μεγάλη ελαστικότητα
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
και γι' αυτό μπορεί να αντέξει την αλληλεπίδραση
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
με τη λεία.
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
Υπάρχουν αρκετές διαφοροποιήσεις ανάμεσα
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
στις διαφορετικές ίνες τις οποίες παράγει μια αράχνη.
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
Είναι θα λέγαμε τα εργαλεία μιας αράχνης.
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
Γι' αυτό η αράχνη πρέπει
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
να αλληλεπιδράσει με το περιβάλλον.
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
Αλλά τι γίνεται με τις διαφοροποιήσεις που υπάρχουν ανάμεσα
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
στα είδη αραχνών; Δηλαδή αν συγκρίνουμε το ίδιο είδος μεταξιού
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
σε διαφορετικά είδη αραχνών;
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
Αυτό είναι ένα μονοπάτι το οποίο δεν έχει εξερευνηθεί πολύ
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
αλλά υπάρχουν κάποια δεδομένα τα οποία μπορώ να σας δείξω.
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
Αυτή είναι η σύγκριση της αντοχής
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
του νήματος ανέλκυσης
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
σε 21 είδη αραχνών.
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
Μερικές από αυτές τις αράχνες υφαίνουν ιστό σε σχήμα σφαίρας
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
και μερικές όχι.
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
Υποτίθεται ότι
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
οι αράχνες οι οποίες κατασκευάζουν ιστούς σε σχήμα σφαίρας, όπως η Αργιόπη
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
θα έπρεπε να έχουν το πιο ανθεκτικό νήμα ανέλκυσης
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
επειδή πρέπει να συλλαμβάνουν ιπτάμενες λείες.
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
Σε αυτό το γράφημα το οποίο απεικονίζει την αντοχή
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
βλέπετε ότι όσο πιο ψηλά είναι η μαύρη κουκκίδα τόσο πιο
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
υψηλά είναι και τα επίπεδα αντοχής.
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
Τα 21 είδη τα οποία βλέπετε εδώ κατηγοριοποιούνται βάσει
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
της φυλογένειας, αυτό το εξελικτικό δέντρο, το οποίο αποτυπώνει
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
τις γενετικές τους σχέσεις, και στο οποίο απεικονίζονται
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
με κίτρινο οι αράχνες οι οποίες κατασκευάζουν ιστό σε σχήμα σφαίρας.
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
Εάν κοιτάξετε στο δεξιό μέρος εδώ στα 2 κόκκινα βέλη,
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
δείχνουν τα επίπεδα αντοχής
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
από το νήμα ανέλκυσης της αράχνης nephila clavipes και της
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
araneus diadematus.
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
Αυτά είναι 2 είδη αραχνών τα οποία
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
έχουν αποσπάσει το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου και των χρημάτων
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
στην έρευνα για το συνθετικό μετάξι αραχνών και πιο συγκεκριμένα
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
για την αναπαραγωγή των πρωτεϊνών του νήματος ανέλκυσης.
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
Και όμως, τα νήματα ανέλκυσης δεν είναι τα πιο ανθεκτικά.
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
Στην πραγματικότητα το πιο σκληρό νήμα ανέλκυσης σε αυτή την έρευνα
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
είναι αυτό εδώ σε αυτή τη λευκή περιοχή,
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
μιας αράχνης που δεν κατασκευάζει τον ιστό της σε σχήμα σφαίρας.
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
Αυτό είναι το νήμα ανέλκυσης που παράγεται από την αράχνη Scytodes
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
του είδους spitting.
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
Η αράχνη Scytodes δε χρησιμοποιεί τον ιστό
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
για να συλλάβει τη λεία της. Αλλά
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
κρύβεται και περιμένει να πλησιάσει
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
η λεία και έπειτα την ακινητοποιεί
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
και την ψεκάζει με ένα μετάξι σαν δηλητήριο.
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
Είναι σαν να κυνηγάει με ένα λεπτό νήμα.
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
Έτσι τρέφεται η Scytodes.
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
Δεν έχουμε καταλάβει γιατί η Scytodes
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
χρειάζεται τόσο ανθεκτικό νήμα ανέλκυσης,
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
αλλά αυτά τα απροσδόκητα αποτελέσματα
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
κάνουν την βιοπροοπτική συναρπαστική και ενδιαφέρουσα.
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
Μας απελευθερώνει από τα δεσμά
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
της φαντασίας μας.
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
Τώρα θα εστιάσω
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
στα επίπεδα αντοχής της νάυλον ίνας
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
bombyx - ή αλλιώς το μετάξι του μεταξοσκώληκα -
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
της μάλλινης, της Κέβλαρ ή της ίνας του άνθρακα.
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
Όπως μπορείτε να δείτε, όλα
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
τα νήματα ανέλκυσης των αραχνών, τα ξεπερνούν.
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
Ο συνδυασμός δύναμης, ελαστικότητας
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
και αντοχής κάνει το μετάξι της αράχνης τόσο
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
διαφορετικό και έχει τραβήξει την προσοχή
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
των ειδικών της βιομιμητικής, ώστε οι άνθρωποι οι οποίοι στρέφονται
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
στη φύση να μπορούν να βρουν νέες λύσεις.
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
Και η δύναμη, η ελαστικότητα και η αντοχή
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
του μεταξιού της αράχνης σε συνδυασμό με το γεγονός ότι
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
τα μετάξια δεν προκαλούν ανοσολογική απόκριση,
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
ελκύουν πολύ το ενδιαφέρον στη χρήση
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
των μεταξιών της αράχνης στην βιοîατρικές εφαρμογές,
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
για παράδειγμα, σαν συστατικό για
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
τεχνητούς τένοντες, για τη χρήση τους
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
σαν οδηγών για την επανάπτυξη των νεύρων και για
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
777000
3000
τη βάση για την ανάπτυξη των ιστών.
13:15
Spider silks also have a lot of potential
315
780000
3000
Τα μετάξια της αράχνης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν
13:18
for their anti-ballistic capabilities.
316
783000
2000
για τις αντιβαλλιστικές τους ικανότητες.
13:20
Silks could be incorporated into body
317
785000
2000
Το μετάξι μπορεί να ενσωματωθεί στο σώμα
13:22
and equipment armor that would be more
318
787000
3000
και να το θωρακίσει προκειμένου να είναι πιο
13:25
lightweight and flexible
319
790000
2000
ελαφρύ και πιο ελαστικό
13:27
than any armor available today.
320
792000
3000
από οποιαδήποτε άλλη πανοπλία σήμερα.
13:30
In addition to these biomimetic
321
795000
3000
Προσωπικά θεωρώ ότι είναι πολύ συναρπαστικό
13:33
applications of spider silks,
322
798000
2000
να μελετάω τόσο τις βιομιμητικές εφαρμογές
13:35
personally, I find studying spider silks
323
800000
4000
αλλά και τις
13:39
just fascinating in and of itself.
324
804000
3000
ιδιότητες των αραχνών.
13:42
I love when I'm in the laboratory,
325
807000
4000
Χαίρομαι πολύ να είμαι στο εργαστήριο
13:46
a new spider silk sequence comes in.
326
811000
3000
και να βλέπω να φτάνει μια νέα αλληλουχία από μετάξι αράχνης.
13:49
That's just the best. (Laughter)
327
814000
3000
Αυτό είναι το καλύτερό μου. (Γέλια)
13:52
It's like the spiders are sharing
328
817000
3000
Είναι σαν οι αράχνες να μοιράζονται
13:55
an ancient secret with me, and that's why
329
820000
2000
ένα αρχαίο μυστικό με εμένα, και γι' αυτό
13:57
I'm going to spend the rest of my life
330
822000
2000
θα περάσω την υπόλοιπη ζωή μου
13:59
studying spider silk.
331
824000
2000
παρατηρώντας τον ιστό της αράχνης.
14:01
The next time you see a spider web,
332
826000
3000
Την επόμενη φορά που θα δείτε έναν ιστό αράχνης,
14:04
please, pause and look a little closer.
333
829000
3000
σας παρακαλώ σταματήσετε και παρατηρήστε τον από κοντά.
14:07
You'll be seeing one of the most
334
832000
2000
Θα δείτε ένα από τα πιο
14:09
high-performance materials known to man.
335
834000
3000
ανθεκτικά υλικά, τα οποία είναι γνωστά στον άνθρωπο.
14:12
To borrow from the writings
336
837000
2000
Θα δανειστώ μια έκφραση από τα βιβλία
14:14
of a spider named Charlotte,
337
839000
3000
από μια αράχνη που λεγόταν Σάρλοτ,
14:17
silk is terrific.
338
842000
2000
το μετάξι είναι εκπληκτικό.
14:19
Thank you. (Applause)
339
844000
3000
Ευχαριστώ. ( Χειροκρότημα)
14:22
(Applause)
340
847000
1000
(Χειροκρότημα)
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