TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
چری هایاشی:عظمت تار عنکبوت
Filmed:
Readability: 4.6
889,997 views
چری هایاشی روی یکی از مواد داراي بهره وري بالا يعني تارعنكبوت تحقيق مي كند. هر نوع عنکبوت قادر است تا هفت نوع تار مختلف درست کند. آنها چگونه این کار را انجام می دهند؟ هایاشی با کمک آنالیز DNA به توضیح این شگفتی می پردازد و در آخر نشان می دهد که چطور این ماده فوق العاده قدرتمند و قابل انعطاف می تواند منبع الهام باشد.
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
من اينجام تا از حقيقتي درباره
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
عظمت عنكبوت ها صحبت كنم
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
و اينكه تا چه حد مي توان از آنها آموخت.
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
عنكبوت ها واقعا در همه جاي زمين ساكن هستند.
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
شما عنكبوت ها را تقريبا
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
در همه جاي كره خاكي مي تونيد پيدا كنيد.
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
اين نقطه قرمز رنگ
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
منطقه " گرت بسين" در شمال آمريكا رو نشون ميده.
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
منم با تعدادي از همكارام در اونجا
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
مشغول انجام يه پروژه متنوع زيستي هستم .
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
اينجا يكي از مكان هاي تحقيقي ماست
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
و براي اينكه نمايي از اين مكان رو به شما نشون بدم
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
اين نقطه آبي كوچولو اينجا
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
يكي از همكارامه.
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
اينجا يك زمين باير و سنگلاخ است،
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
با اين وجود چند تا عنكبوت اينجا هستند.
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
با برگرداندن سنگ اين عنكبوت خرچنگي رو مي بينيد
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
كه يه سوسك رو شكار كرده.
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
عنكبوت ها نه تنها در همه جا هستند
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
بلكه بي نهايت متنوع هم هستند.
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
تا كنون حدود بيش از چهل هزار نوع عنكبوت
01:04
of spiders.
21
49000
1000
شناخته شده است.
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
اگه اين عدد رو درون نمودار بذاريم
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
اين نمودار مقايسه اي چهل هزار
01:09
species of spiders
24
54000
2000
نوع عنكبوت با
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
چهارصد نوع اوليه عنكبوت ها است.
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
در مقايسه با نوع هاي اوليه دو رديف بيشتر
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
از انواع عنكبوت ها اينجا وجود داره.
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
عنكبوت ها در عين حال قدمت زيادي هم دارند.
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
در انتهاي اين نمودار
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
معيار زماني زمين شناسي رو مي بينيد
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
اعداد روي آن نمايانگر ميليونها سال پيش
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
تا زمان حال است. ،نقطه صفر در اينجا
01:29
that would be today.
33
74000
2000
زمان حال رو نشان ميده.
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
بنابراين آنچه كه اين نمودار نشون ميده اينه كه
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
قدمت عنكبوت ها تقريبا به 380 ميليون سال پيش بر ميگرده.
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
با گذاشتن اين عدد در نمودار [متوجه طول قدمت آنها ميشيم]
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
اين ستون عمودي قرمز در اينجا زمان جدايي
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
نسل انسان از شامپانزه رو نشون ميده،
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
که صرفا به هفت ميليون سال پيش برميگرده.
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
همه عنكبوتها در دوران مختلفي
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
از زندگي شان تار درست ميكنند.
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
بسياري از آنها مقادير زيادي تار درست ميكنند
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
و تار براي بقا و توليد مثل آنها
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
نقشي حياتي دارد.
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
حتي عنكبوت هاي فسيل شده ميتونن تار بسازن،
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
چنانكه در اين تصوير نمايي از
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
آثار اندام تار ساز عنكبوت رو ميتونيد ببينيد.
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
اين بدين معني است كه هم عنكبوتها
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
و هم تار عنكبوتها در حدود
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
380 ميليون سال قدمت دارند.
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
از زمان شروع كار با عنكبوتها چيزي طول نمي كشه
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
تا متوجه بشيد كه تار عنكبوت تا چه
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
در تمام وجوه زندگي آنها حياتي است.
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
عنكبوت ها از تار براي مقاصد مختلفي استفاده مي كنند،
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
مثلا يک شبكه ايمني،
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
پوشاندن تخم ها براي توليد مثل،
02:33
protective retreats
57
138000
2000
اقدامات حفاظتي
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
و به دام انداختن طعمه .
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
تار عنكبوت انواع متفاوتي دارد.
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
مثلا اين عنكبوت باغچه قادره
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
هفت نوع تار مختلف توليد كنه.
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
وقتي به حلقه هاي اين تار نگاه مي كنيد، مي تونيد
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
در واقع انواع متفاوتي از فيبرهاي تار رو ببينيد.
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
قالب اين شبكه
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
از يك نوع تار ساخته شده
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
در حاليكه كه بدنه مارپيچي آن تركيبي از
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
دو نوع تار متفاوت است:
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
فيلامنت و قطره هاي چسبناك .
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
چطور يك عنكبوت به تنهايي
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
اينهمه انواع متفاوت از تار رو درست مي كنه؟
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
براي پيدا كردن جواب شما بايد نگاهي دقيقتر
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
به منطقه تار ساز عنكبوت بندازيد.
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
تار ها از قسمت تارساز بيرون مي آيند
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
ما عنكبوت شناسان معمولا به اين قسمت مي گيم
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
"اندام انتهايي فعال" عنكبوت. (خنده حضار)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
ما روزهاي زيادي رو صرف كرديم ...
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
نخنديد! اين زندگي منه .
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
(خنده حضار)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
ما روزها و شبهاي زيادي رو صرف
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
خيره شدن به اين قسمت از عنكبوت كرديم.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
و اين چيزيه كه مي بينيم.
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
شما مي تونيد دسته هاي چندتايي فيبري
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
كه از بخش تار ساز بيرون مي آيند رو ببينيد،
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
چرا كه هر بخش تارساز چندين برآمدگي داره.
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
هر كدوم از اين فيبرها از اين برآمدگي ها بيرون مي آيند
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
و اگه رد فيبر ها رو تا درون شكم عنكبوت
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
دنبال كنيد ،چيزي كه مي بينيد اينه كه
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
اينه كه هر كدوم از اين برآمدگي ها به غده
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
تار ساز خودش وصل شده. يك غده تار ساز
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
مثل كيسه اي مي مونه كه توش پر از پروتئين تاره.
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
بنابراين اگه زماني شانس بازكردن
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
كيسه تارساز عنكبوت رو داشتيد
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
و اميدوارم كه داشته باشيد،
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
يك عالمه
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
غده زيباي شفاف تارساز رو خواهيد ديد.
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
درون هر عنكبوت صدها و گاهي هزاران
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
غده تار ساز وجود داره .
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
اين غده ها رو ميشه به هفت دسته تقسيم كرد.
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
آنها از نظر اندازه، شكل،
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
و حتي گاهي اوقات رنگ با هم فرق مي كنند.
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
در بخش تار ساز يك عنكبوت
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
شما مي تونيد هفت نوع غده تار ساز رو ببينيد.
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
و اونچه كه من در اينجا به تصوير كشيده ام،
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
از بالا سمت راست شروع ميكنم.
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
اينجا غده هاي توبولين شكل تار سازي هستن
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
كه تار بخش بيروني كيسه تخم رو شكل ميدن.
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
اينها غدد تار ساز گره اي تاژك شكلي هستن
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
كه در تركيب با هم بخش چسبناك
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
تار عنكبوت رو مي سازند.
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
غده تار ساز گلابي شكل قسمت سفت
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
چسبناكي رو ميسازند كه تار با آنها
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
به جاهاي مختلف مي تونه وصل بشه.
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
در اينجا حتي غده خوشه اي هم هست
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
كه براي به دام انداختن طعمه به كار ميره.
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
در ساختار شبكه تار مجموع اين تارها به كار رفته.
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
و تاري كه بيشترين مطالعه روش انجام گرفته
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
تار شبكه است.
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
اين تاري است كه براي شكل دادن قالب
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
و مدارهاي شبكه تار به كار ميره، همچنين
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
بخش حفاظتي تار رو هم شكل ميده.
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
اما تار عنكبوت دقيقا چيه؟
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
تار عنكبوت تقريبا تماما پروتئينه.
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
تقريبا تمام اين پروتئين ها رو ميشه
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
بوسيله ژن ها تشريح كرد،
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
و اين به اين معني است كه تنوعي
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
كه امروز در تار عنكبوت مي بينيم، بوسيله ژن ها
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
رمز گشايي شده اند، اينجوري احتمالا
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
اجداد عنكبوت ها يك نوع تار
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
درست مي كردند و در طول 380 ميليون سال
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
اون ژن تار بازسازي شده ،
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
و سپس به شكل خاصي دگر گون شده
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
و دوباره و دوباره اين روند شكل گرفته
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
تا به اين حد از تنوع و پراكندگي كه امروز
05:42
that we have today.
134
327000
3000
در تا عنكبوت مي بينيم رسيده.
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
اين تارها در چند ويژگي با هم مشتركند.
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
آنها همه يك طرح يكسان دارند ،
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
مثلا خيلي درازند--
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
كه در مقايسه با انواع ديگه از پروتئين ها
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
يه جور عجيبي دراز هستند.
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
ژن ها خيلي زياد تكرار شده و همه آنها
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
سرشار از آمينو اسيد گليسين و آلانين هستند.
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
براي اينكه بهتون
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
تصويري از يك تار عنكبوت بدم ،
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
اين يه تار پروتئيني محافظتي است
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
اين فقط پروتئين تار است كه از يك
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
عنكبوت سياه بيوه گرفته شده.
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
اين يه جوري همون سكانسيه كه دوست دارم
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
روز و شب تماشاش كنم.
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
در اينجا شما حرف اختصاري آمنيو اسدها رو ميبيند
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
كه من اونها رو رنگي كردم
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
گلاسين با سبز
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
و آلانين با قرمز و به همين شكل .
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
همينجوري كه مي بينيد اينجا يه عالمه G و A وجود داره.
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
همينطور مي تونيد توالي هاي كوچكي رو ببينيد
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
كه مدام تكرار شده اند
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
مثلا اينجا يه عالمه پلي آمنين رو مي بينيد.
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
به شكل A
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
AAAAA. اينجا GGQ و اينجا GGY.
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
مي تونيد اين توالي هاي كوچيك رو
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
به شكل كلماتي ببينيد كه مدام تكرار مي شند.
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
و اين كلمات جمله ها رو تشكيل مي دهند.
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
مثلا اين مي تونه يه جمله باشه،
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
شما مي تونيد اين بخش سبز رنگ
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
يا پلي آمين هاي قرمز رو كه مدام
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
تكرار ميشند رو برداريد
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
و ببينيد كه صدها و صدها و
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
صدها بار اين رديف
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
در يك مولوكول تار به تنهايي وجود دارند.
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
تارهاي توليد شده از يك عنكبوت مشابه
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
مي تونه به طرز زيادي توالي هاي متفاوتي داشته باشه.
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
در بالاي صفحه، شما توالي تكرار شونده
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
تار محافظتي يك
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
عنكبوت باغچه رو مي بينيد.
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
خيلي كوتاهه. و در پايين
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
اين توالي تكرار تار
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
كيسه تخمدان ، يا پروتئين توبولين ،
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
يك عنكبوتي است دقيقا مشابه عنكبوت اول.
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
مي بينيد كه تا چه حد
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
اين پروتئين هاي تار با هم متفاوت هستند.
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
اين يك نمونه از زيبايي متنوع
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
ژن هاي خانوادگي تار عنكبوت است.
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
مي بينيد كه بخش هاي تكرار شونده از نظر درازا
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
با هم فرق مي كنند، آنها حتي در توالي ها هم فرق مي كنند.
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
بنابراين من دوباره در اينجا
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
گلاسين رو با رنگ سبز، آلانين رو با قرمز
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
و سرين (S) رو با زرشكي نشون دادم.
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
همونطور كه مي بينيد، بخش بالايي
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
تماما از سبز و قرمز تشكيل شده
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
و بخش پاييني مقدار قابل توجهي
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
از رنگ زرشكي رو در خودش داره.
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
كاري كه تارشناسان انجام مي دهند اينه كه
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
سعي مي كنند كه اين توالي هاي آمينو اسيد ها رو
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
به ملحقات مكانيكي فيبرهاي تار
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
ربط دهند.
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
اينكه عنكبوت ها تارهاشون رو
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
كاملا در بيرون از بدنشان به كار ميبرند
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
كار آزمايش تار رو در آزمايشگاه براي ما
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
كاملا راحت كرده چرا كه
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
همونطور كه مي دونيد ما آزمايش ها مون رو
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
در هوا انجام مي دهيم.. دقيقا جايي كه عنكبوت ها
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
از پروتئين هاي تارشون استفاده مي كنند
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
اينجوري ما مي تونيم ملحقات تار رو
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
به كمك روش هايي مثل آزمايش كشساني
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
آزمايش كنيم. روشي كه در اون به آرامي
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
يك سمت تار رو مي كشيم
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
اين منحني هاي ميزان فشار-كشش تار است
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
كه به كمك آزمايش هاي كشساني بر روي
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
پنج فيبر تار يك عنكبوت به دست آمده.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
در اينجا مي بينيد كه اين پنج تار
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
ويژگي هاي متفاوتي از خود نشون مي دهند.
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
خصوصا اگه به محور عمودي يعني
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
محور ميزان فشار نگاه كنيد، در بالاترين نقطه مي بينيد كه
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
ميزان فشار براي هر تار
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
تا چه حد متفاوت است.
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
و در حقيقت تار محافظ،
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
مقاوم ترين نوع فيبر را دارد.
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
به نظر ما اين بدين خاطر است كه تار محافظ
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
كه نقش تشكيل قالب و مدارهاي شبكه تار رو دارد،
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
مي بايست بسيار مقاوم باشند.
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
از طرف ديگه اگه به محور ميزان مقاومت
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
نگاه كنيد - اين محور قابليت كشساني هر فيبر رو
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
نشون ميده. در اينجا هم در نقطه هاي اوج
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
باز تنوع رو مي بينيد.
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
در اينجا بيشترين ميزان براي تارسازها
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
يا تارهاي به دام انداختن طعمه هستند.
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
در حقيقت،هر فيبر تار شكار
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
مي تونه دوبرابره اندازه طبيعي اش كش بياد.
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
بنابراين فيبرهاي تار از نظر ميزان كشش
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
و مقاومت بسيار متنوع مي باشند.
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
در مورد تار شكار
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
اين تار بايد از كشساني بالايي برخوردار باشه
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
تا بتونه حشره هاي پرنده رو به دام بياندازه.
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
اگه اين تار تا اين حد قابليت كشساني نداشته باشه
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
طبيعتا وقتي يه حشره اي به تار برخورد ميكنه
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
فقط از روش مي افته پايين.
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
بنابراين اگه كل شبكه تار از جنس
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
تارهاي محافظتي ساخته شده بود، حشره به راحتي
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
روي تار معلق مي زد و ميرفت. اما با داشتن
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
تاري فوق العاده كششي، شبكه قادره تا
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
تاثير حضور حشره به دام افتاده رو
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
به عنكبوت انتقال بده.
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
اين تنها گوشه اي از تنوع درون فيبر تارهايي است
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
كه يك عنكبوت مي تونه بسازه.
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
ما اسم اينو گذاشتيم" جعبه ابزار عنكبوت".
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
اين چيزيه كه عنكبوت براي برقراري ارتباط
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
با طبيعت ازش بهره ميگيره.
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
اما تنوع گونه هاي مختلف عنكبوت چي؟
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
حالا كه به تنوع يك نوع تار پرداختيم
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
عظمت تنوع گونه هاي مختلف رو بنگريد.
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
اين محدوده از لحاظ زيادي ناشناخته است.
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
اما كمي اطلاعات هست كه مي تونم بهتون نشون بدم.
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
اين نمودار مقايسه اي ميزان سختي
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
تارهاي محافظتي
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
21 گونه عنكبوت مختلف است.
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
برخي از اونها عنكبوت هاي گرد باف هستند
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
و برخي هم غير گرد باف.
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
فرض بر اين است كه
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
عنكبوت هاي گرد باف، مثل اين آرجيوپ كوچولو
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
بايد سخت ترين تارهاي محافظتي رو داشته باشند،
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
چرا كه آنها حشره هاي پرنده رو شكار مي كنند.
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
چيزي كه اينجا رو اين نمودار ميزان سختي مي بينيد
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
اينجوريه كه هر چي نقطه سياه روي نمودار
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
بالاتر باشه، تار سخت تره.
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
21 نوع عنكبوت در اينجا
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
بر اساس تکامل نژادي، نشان داده شده اند، اين شجره تكامل
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
رابطه هاي ژنتيكي آنها را نشان ميدهد و من
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
تيره عنكبوت هاي گردباف رو با رنگ زرد نشان داده ام.
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
اين دوتا فلش قرمز رنگ در اينجا
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
ميزان سختي تارهاي محافظتي
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
گونه نفيلا كالويس (nephila clavipes)
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
و آرنا دايادماتوس (araneus diadematus) هستند.
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
اينها دوگونه از عنكبوت هايي هستند
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
كه در آزمايشگاه هاي توليد تار مصنوعي براي نمونه سازي پروتئين تارهاي محافظتي شان بيشترين ميزان وقت و هزينه صرف شده است.
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
كه در آزمايشگاه هاي توليد تار مصنوعي براي نمونه سازي پروتئين تارهاي محافظتي شان بيشترين ميزان وقت و هزينه صرف شده است.
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
كه در آزمايشگاه هاي توليد تار مصنوعي براي نمونه سازي پروتئين تارهاي محافظتي شان بيشترين ميزان وقت و هزينه صرف شده است.
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
با اين وجود تار محافظتي آنها سختترين نوع تار نيست.
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
در حقيقت سخت ترين تار محافظتي در اين تحقيق
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
متعلق به اين نمونه در منظقه سفيد است،
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
يك عنكبوت غير گردباف.
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
اين تار محافظتي اسكايتوديز (scytodes) است
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
يك عنكبوت زهر افشان.
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
اسكاي توديز براي به دام انداختن طعمه
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
هرگز از تار استفاده نمي كنه
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
در عوض در جايي كمين كرده و منتظر ميشه
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
تا حشره بهش نزديك بشه و بعد با پاشيدن
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
زهري تار شكل حشره رو فلج مي كنه.
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
يه جور شكار به شيوه غير معمول رو در نظر بگيريد
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
اسكايتوديز ها به اين شيوه شكار ميكنند.
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
علت اينكه چرا اسكايتوديز ها تار محافظتي
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
تا اين حد مقاوم دارند براي ما روشن نيست
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
اما همين نتايج غير منتظره است كه
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
تحقيقات زيستي رو هيجان انگيز و ارزشمند ميكنه.
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
اين ما رو از بند هاي
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
تخيلمان رها ميكنه.
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
حالا ميخوام ميزان سختي
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
فيبر نايلون
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
ابريشم بامبيكس-- يا همون ابريشم دست بافت--
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
پشم، كولار و فيبرهاي كربن رو نشون بدم.
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
و حقيقت اينه كه تقريبا در تمام عنكبوت ها سختي تار
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
از اين مواد بيشتره.
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
اين تركيب سختي،انعطاف پذيري و مقاومت است كه
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
تار عنكبوت را خاص كرده است.
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
و تا اين حد توجه زيست شناسان را جلب كرده
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
به گونه اي كه افراد به طبيعت رو ميارن
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
تا راه كارهاي جديد از آن پيدا کنن.
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
مقاومت،انعطاف پذيري و سختي تارهاي عنكبوت
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
به علاوه اين حقيقت كه
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
تارها واكنش مصونيت پذيري از خود نشان نمي دهند
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
توجه زيادي را به كاربرد تار عنكبوت
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
در زمينه زيست پزشكي جذب كرده است.
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
مثلا در ساختار اجزاي تاندوم مصنوعي
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
براي رشد دوباره اعصاب
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
و همچنين براي ايجاد زمينه هايي
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
777000
3000
براي رشد بافت ها.
13:15
Spider silks also have a lot of potential
315
780000
3000
عنكبوت ها همچنين كاربرد هاي زيادي
13:18
for their anti-ballistic capabilities.
316
783000
2000
به خاطر توانايي هاي ضد بالستيكشان دارند.
13:20
Silks could be incorporated into body
317
785000
2000
تارها مي توانند در بدنه و ساختار
13:22
and equipment armor that would be more
318
787000
3000
تجهيزات زرهي به كار رفته و
13:25
lightweight and flexible
319
790000
2000
زره هايي سبك تر و قابل انعطاف تر از
13:27
than any armor available today.
320
792000
3000
هر زرهي كه تا كنون داشته ايم را ارايه دهند.
13:30
In addition to these biomimetic
321
795000
3000
جداي از اين كاربردهاي زيستي
13:33
applications of spider silks,
322
798000
2000
شبيه ساز شده از تار عنكبوت ها
13:35
personally, I find studying spider silks
323
800000
4000
من شخصا تحقيق بر روي تار عنكبوت ها رو
13:39
just fascinating in and of itself.
324
804000
3000
به نوبه خود بسيار حيرت انگيز ديدم.
13:42
I love when I'm in the laboratory,
325
807000
4000
زماني كه در آزمايشگاه هستم از ديدن
13:46
a new spider silk sequence comes in.
326
811000
3000
صحنه خارج شدن يك تار عاشقانه لذت مي برم.
13:49
That's just the best. (Laughter)
327
814000
3000
اين بهترين چيز است.
13:52
It's like the spiders are sharing
328
817000
3000
انگار كه عنكبوت ها يك راز باستاني را
13:55
an ancient secret with me, and that's why
329
820000
2000
با من به اشتراك مي گذارند و درست به همين دليل
13:57
I'm going to spend the rest of my life
330
822000
2000
مي خواهم مابقي زندگي ام را
13:59
studying spider silk.
331
824000
2000
با تحقيق بر تار عنكبوت ها سپري كنم.
14:01
The next time you see a spider web,
332
826000
3000
دفعه بعد كه در جايي تار عنكبوت ديديد،
14:04
please, pause and look a little closer.
333
829000
3000
لطفا براي لحظه اي مكث كنيد و از نزديك تماشا كنيد.
14:07
You'll be seeing one of the most
334
832000
2000
شما شاهد يكي از متنوع ترين
14:09
high-performance materials known to man.
335
834000
3000
موادي خواهيد بود كه تا به امروز شناخته شده است.
14:12
To borrow from the writings
336
837000
2000
با قرض گرفتن يك جمله از نوشته اي
14:14
of a spider named Charlotte,
337
839000
3000
درباره عنكبوتي به اسم شارلوت، مي خوام بگم
14:17
silk is terrific.
338
842000
2000
تار عنكبوت شگفت انگيز است.
14:19
Thank you. (Applause)
339
844000
3000
ممنونم.( تشويق حضار)
14:22
(Applause)
340
847000
1000
(تشويق حضار)
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