TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
Cheryl Hayashi: Suurenmoinen hämähäkinseitti
Filmed:
Readability: 4.6
889,997 views
Cheryl Hayashi tutkii hämähäkinseittiä, yhtä luonnon huippumateriaalia. Kukin hämähäkkilaji voi tehdä jopa seitsemää erilaista seittilankaa. Miten ne pystyvät siihen? Hayashi selittää asian DNA-tasolla -- sitten hän osoittaa, kuinka tämä supervahva ja superjoustava materiaali voi toimia innoituksen lähteenä.
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
Tulin tänne levittämään sanaa
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
hämähäkkien suurenmoisuudesta,
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
ja siitä, kuinka paljon niiltä on opittavaa.
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
Hämähäkit ovat aitoja maailmankansalaisia.
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
Niitä voi löytää lähes kaikista
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
maanpäällisistä ympäristöistä.
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
Punaisen täplän kohdalla on
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
Great Basin Pohjois-Amerikassa,
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
ja osallistun siellä alpiinisen vyöhykkeen
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
monimuotoisuutta tutkivaan projektiin.
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
Tässä on yksi tutkimuskentistämme,
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
ja antaakseni mittakaavaa,
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
tämä sininen pikku täplä
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
on yksi työtovereistani.
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
Maisema on karun hedelmätöntä,
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
mutta siellä on aika paljon hämähäkkejä.
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
Kivien alta paljastui tämän rapuhämähäkin
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
ja kovakuoriaisen painiottelu.
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
Hämähäkkejä ei pelkästään löydy joka puolelta,
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
ne ovat myös äärimmäisen erilaisia.
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
Hämähäkkilajeja tunnetaan
01:04
of spiders.
21
49000
1000
yli 40 000.
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
Antaakseni mittakaavaa numerolle,
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
tässä kaaviossa verrataan
01:09
species of spiders
24
54000
2000
40 000 hämähäkkilajia
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
400 kädellislajiin.
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
Hämähäkkejä on 100 kertaa enemmän
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
kuin kädellisiä.
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
Hämähäkit ovat myös suunnattoman vanhoja.
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
Kuvan alaosa
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
esittää geologista aikaa,
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
ja numerot miljoonia vuosia,
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
nollan tarkoittaessa
01:29
that would be today.
33
74000
2000
tätä päivää.
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
Kuvio osoittaa, että hämähäkit
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
ovat peräisin miltei 380 miljoonan vuoden takaa,
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
Antaakseni taas mittakaavan,
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
punainen pystyviiva kuvaa aikaa, jolloin
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
ihmiset ja simpanssit eriytyivät toisistaan,
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
vain seitsemän miljoonaa vuotta sitten.
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
Kaikki hämähäkit kehräävät seittiä
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
jossain vaiheessa elämäänsä.
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
Useimmat hämähäkit käyttävät seittiä ylen määrin,
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
ja seitti on olennaisen tärkeä niiden
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
selviytymiselle ja lisääntymiselle.
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
Jopa hämähäkkifossiilit voivat tehdä seittiä,
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
mikä näkyy tästä fossiilihämähäkin
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
kehruunystyn jäljestä.
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
Sekä hämähäkit että seitti
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
ovat olleet olemassa
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
380 miljoonaa vuotta.
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
Kun työskentelee hämähäkkien parissa,
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
huomaa pian, miten elintärkeää seitti on
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
miltei kaikelle niiden elämässä.
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
Hämähäkit käyttävät seittiä moniin tarkoituksiin:
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
riippuvaan turvarihmaan,
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
munien koteloimiseen,
02:33
protective retreats
57
138000
2000
turvapaikkoihin,
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
ja saalispyydyksiin.
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
Seittilaatuja on useita.
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
Esimerkiksi tämä ristihämähäkki voi tehdä
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
seitsemää eri laatua.
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
Tässä ratasverkossa
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
näkee oikeastaan monta seittikuitutyyppiä.
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
Verkon kehys- ja sädelangat
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
ovat yhtä seittilaatua,
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
kun taas pyydysspiraali koostuu
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
kahden laadun yhdistelmästä:
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
rihmasta ja tahmeasta pisarasta.
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
Miten sama yksi yksilö
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
tekee niin monenlaista seittiä?
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
Sen selvittämiseksi täytyy katsoa tarkemmin
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
hämähäkin kehruunystyjen seutua.
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
Seitti purkautuu kehruunystyistä,
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
ja meille seittibiologeille tuo seutu on
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
hämähäkin "bisnespuoli". (Naurua)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
Käytämme päiväkausia...
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
Hei! Älkää naurako. Tämä on elämääni.
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
(Naurua)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
Tuijottelemme yötä päivää
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
tuota hämähäkin osaa.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
Ja tällaista näemme.
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
Lukuisat kuidut
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
tulevat ulos kehruunystyistä,
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
koska kaikissa nystyissä on pikku putkia.
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
Jokainen silkkikuitu tulee putkesta,
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
ja jos kuitua voisi seurata
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
hämähäkin sisään, huomaisi
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
kunkin reiän johtavan ikiomaan kehruurauhaseensa.
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
Rauhanen on näyttää säkiltä,
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
johon on sullottu paljon seittiproteiinia.
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
Jos teillä on joskus tilaisuus leikata auki
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
verkkoa kutova hämähäkki,
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
mitä todella toivon,
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
löytäisitte koko joukon
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
kauniita, läpikuultavia kehruurauhasia.
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
Jokaisessa hämähäkissä on satoja
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
rauhasia, joskus tuhansia.
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
Ne voi ryhmitellä seitsemään luokkaan.
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
Ne eroavat kooltaan ja muodoltaan,
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
joskus jopa väriltään.
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
Ratasverkkoja kutovien rauhaset
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
ovat seitsemää eri tyyppiä,
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
ja niitä esittelen tässä kuvassa.
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
Lähdetään liikkeelle kello yhdestä,
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
tubuliform-rauhasista, joista
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
punotaan munasäkin ulkopinta.
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
Aggregate- ja flagelliform-seittirauhaset
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
tekevät yhdessä verkon tahmean
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
pyydysspiraalin.
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
Pyriform-rauhaset valmistavat liima-aineen ---
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
seitin, jota käytetään kiinnittämään
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
rihmat alustaan.
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
Aciniform-seittiä
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
käytetään saaliin paketointiin.
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
Minor ampullate -seittiä käytetään verkkorakenteissa.
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
Eniten tutkittu seittirihma on
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
major ampullate,
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
josta tehdään ratasverkon
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
kehys ja säteet
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
sekä riippuva turvarihma.
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
Mitä hämähäkinseitti varsinaisesti on?
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
Se on miltei kokonaan proteiinia.
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
Lähes kaikki nämä proteiinit voi selittää
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
yhden geeniperheen avulla,
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
mikä tarkoittaa, että nykyinen seittityyppien
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
monimuotoisuus on yhden geeniperheen koodaama,
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
joten oletettavasti hämähäkkien esi-isä
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
kehräsi yhtä seittilaatua,
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
ja 380 miljoonan vuoden kuluessa
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
tuo yksi seittigeeni on kahdentunut
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
ja eriytynyt, erikoistunut
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
yhä uudelleen ja uudelleen
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
päätyen seittien laajaan
05:42
that we have today.
134
327000
3000
nykykirjoon.
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
Kaikilla näillä seiteillä on monia
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
yhteisiä piirteitä. Niillä on sama muotoilu,
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
valtava pituus --
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
ne ovat ällistyttävän pitkiä
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
muihin proteiineihin verrattuna.
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
Niissä on paljon toistoa ja hyvin runsaasti
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
glysiini- ja alaniini-aminohappoja.
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
Jotta saisitte käsityksen,
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
miltä seittiproteiini näyttää,
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
tässä on tukilangan proteiini,
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
vain osa siitä,
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
mustaleskihämähäkiltä.
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
Rakastan tällaisen sekvenssin tutkimista
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
öin päivin. (Naurua)
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
Tässä näette kirjainlyhenteet
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
aminohapoille,
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
glysiinit vihreällä,
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
ja alaniinit punaisella, joten
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
tässä on vain paljon G- ja A-kirjaimia.
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
Voi myös nähdä, että monien lyhyiden
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
sekvenssien teemat toistuvat yhä uudelleen
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
ja uudelleen, kuten esimerkiksi monet
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
niin sanotut polyalaniinit eli kertautuvat A-kirjaimet,
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
AAAAA. Samoin GGQ ja GGY.
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
Näitä lyhyitä teemoja, jotka toistuvat
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
yhä uudelleen, voi pitää sanoina,
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
ja nämä sanat esiintyvät lauseissa.
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
Esimerkiksi tämä olisi yksi lause,
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
jossa olisi tavallaan vihreä alue
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
ja punainen polyalaniini,
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
joka toistuu toistumistaan,
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
ja voi esiintyä monia satoja
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
kertoja yksittäisessä
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
seittimolekyylissä.
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
Saman hämähäkin seiteillä voi olla
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
täysin erilaisia toistojaksoja.
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
Ylhäällä näkyy
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
Argiope-sukuun kuuluvan tarhahämähäkin
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
tukilangan toistojakso.
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
Se on lyhyt. Alhaalla on
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
toistuva sekvenssi munakotelon
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
putkimaisesta seittiproteiinista,
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
täsmälleen samalta hämähäkiltä.
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
Näkee, kuinka täysin erilaisia
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
nämä proteiinit ovat --
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
jonkinlaista erilaistumisen kauneutta
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
hämähäkin seitin geeniperheessä.
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
Toistojaksojen pituudet
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
ja sekvenssit vaihtelevat.
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
Glysiinit on merkitty vihreällä,
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
alaniinit punaisella,
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
ja seriinit liilalla S:llä. Voi huomata,
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
että ylempi toistojakso koostuu
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
miltei kokonaan vihreästä ja punaisesta,
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
ja alemmassa jaksossa on
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
aika lailla liilaa.
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
Seittibiologit yrittävät ymmärtää
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
näiden aminohapposekvenssien
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
yhteyden seittikuitujen mekaanisiin
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
ominaisuuksiin.
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
On todella kätevää, että hämähäkit käyttävät seittiänsä
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
vain ruumiinsa ulkopuolella.
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
Näin seitin testaaminen on todella,
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
todella helppoa laboratoriossa,
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
koska itse asiassa testaamme sitä
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
ilmassa, juuri siinä ympäristössä,
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
missä hämähäkit seittiproteiinejaan käyttävät.
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
Näin seittiproteiinien ominaisuuksien määrittämiseen
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
soveltuu hyvin esimerkiksi vetokoe, joka on
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
pohjimmiltaan kuidun toisesta päästä
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
vetämistä.
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
Nämä jännitys-venymäkäyrät
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
on saatu vetokokeilla
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
saman hämähäkin viidestä eri kuidusta.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
Kuten näkyy,
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
nuo viisi kuitua käyttäytyvät eri tavoin.
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
Erityisesti, jos katsoo pystyakselilta jännitystä.
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
Kunkin kuidun maksimaalisia
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
jännitysarvoja katsoessaan,
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
voi havaita suurta vaihtelua,
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
ja itse asiassa tukilanka, major ampullate -seitti,
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
on näistä kuiduista vahvinta.
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
Luultavasti siksi, että tämän seitin,
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
jota käytetään verkon kehys- ja sädelankojen tekemiseen,
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
täytyy olla hyvin vahvaa.
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
Toisaalta, jos katsoo venymiskykyä --
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
kuinka pitkäksi kuidun voi venyttää --
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
huomaa tässäkin maksimiarvojen vaihtelevan
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
suuresti.
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
Selkeä voittaja on pyydysspiraalin
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
siimamainen kuitu.
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
Itse asiassa tämä kuitu voi
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
venyä oman mittansa verran.
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
Seittikuitujen vahvuus ja
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
venytettävyys vaihtelee.
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
Pyydysspiraalin
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
on oltava niin joustavaa voidakseen kestää
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
lentävän saaliin iskun.
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
Jos se ei joustaisi kunnolla,
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
hyönteisen osuessa verkkoon,
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
se pompauttaisi saaliin pois kuin trampoliini.
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
Jos verkko koostuisi pelkästä
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
tukilangasta, hyönteinen todennäköisesti
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
kimmahtaisi ulos. Koska pyydysseitti on todella,
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
todella venyvää, verkko pystyy
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
absorboimaan kaappaamansa
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
saaliin törmäysenergian.
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
Yksittäisen hämähäkin kehräämät
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
kuidut vaihtelevat aika lailla.
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
Puhutaan hämähäkin työkalupakista.
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
Sen avulla hämähäkki voi olla
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
vuorovaikutuksessa ympäristöönsä.
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
Entä vaihtelu hämähäkkilajien välillä,
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
kun tutkitaan eri hämähäkkilajien
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
samaa seittityyppiä?
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
Tätä aluetta on tutkittu vähän,
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
mutta pieniä tiedonmurusia voin antaa.
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
Tässä vertaillaan
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
21 hämähäkkilajin kehräämän
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
tukilangan lujuutta.
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
Jotkut niistä kutovat verkon,
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
toiset taas eivät.
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
Hypoteesina on ollut, että verkonkutojilla,
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
kuten tällä tarhahämähäkillä,
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
pitäisi olla lujimmat tukilangat,
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
koska niiden on napattava lentävä saalis.
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
Mitä korkeammalla lujuuskuviossa
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
musta piste on,
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
sen parempi lujuus.
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
Tässä 21 lajia on merkitty
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
fylogeneettisen, evolutiivisen puun avulla,
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
josta näkyy lajien geneettiset suhteet.
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
Olen merkinnyt verkonkutojat keltaisella.
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
Punaiset nuolet
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
osoittavat tukilankojen lujuusarvot
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
lajeille nephila clavipes
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
ja araneus diadematus.
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
Näiden kahden hämähäkkilajin
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
tutkimiseen on käytetty eniten aikaa ja rahaa
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
synteettisen seitin tutkimuksessa,
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
jotta voitaisiin monistaa niiden tukilankaproteiineja.
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
Ne eivät kuitenkaan ole lujimpia.
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
Itse asiassa tutkimuksen lujin tukilanka
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
on tällä valkoisella alueella olevalla
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
hämähäkillä, joka ei kudo verkkoa.
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
Tämän seitin on kehrännyt scytodes,
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
sylkevä hämähäkki.
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
Scytodes ei käytä lainkaan verkkoa
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
saalistamiseen. Sen sijaan se
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
vaaniskelee ja odottelee saalista
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
päästäkseen lamauttamaan sen läheltä,
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
suihkauttamalla seittimäistä myrkkyä hyönteisen päälle.
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
Kuin metsästystä serpentiinisprayllä.
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
Näin scytodes hankkii ruokansa.
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
Ei oikeastaan tiedetä, miksi scytodes
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
tarvitsee niin lujan tukilangan,
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
mutta tällaiset odottamattomat tulokset tekevät
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
biosovellusten etsimisestä jännittävää ja kannattavaa.
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
Se vapauttaa
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
mielikuvituksen rajat.
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
Nyt esitän lujuusarvot
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
nylon-kuidulle, bombyxille --
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
eli kesytetyn silkkiäistoukan seitille --
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
villalle, kevlarille ja hiilikuiduille.
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
Lähes kaikkien hämähäkkien
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
tukilangat päihittävät ne.
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
Vahvuuden, laajenemiskyvyn
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
ja sitkeyden yhdistelmä tekee hämähäkin seitistä
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
erityisen, ja se on kiinnittänyt biomimeetikkojen
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
huomion, ihmisten, jotka kääntyvät
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
luonnon puoleen löytääkseen uusia ratkaisuja.
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
Seittien vahvuus, elastisuus ja sitkeys,
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
sen lisäksi,
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
etteivät seitit aiheuta immuunivastetta,
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
on herättänyt suurta mielenkiintoa
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
seittien käyttöön biolääketieteen sovelluksissa,
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
esimerkiksi osana keinotekoisia jänteitä,
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
ohjaamassa hermojen uudelleen kasvattamista
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
ja rakennetukina
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
777000
3000
kudosten kasvattamisessa.
13:15
Spider silks also have a lot of potential
315
780000
3000
Hämähäkin seiteillä on paljon mahdollisuuksia
13:18
for their anti-ballistic capabilities.
316
783000
2000
torjuntakykynsä ansiosta.
13:20
Silks could be incorporated into body
317
785000
2000
Seittiä voitaisiin liittää vartalon ja
13:22
and equipment armor that would be more
318
787000
3000
laitteiden suojakuoriksi, jotka olisivat
13:25
lightweight and flexible
319
790000
2000
kevyempiä ja joustavampia
13:27
than any armor available today.
320
792000
3000
kuin mikään nyt saatavilla oleva panssarointi.
13:30
In addition to these biomimetic
321
795000
3000
Näiden luontoa jäljittelevien
13:33
applications of spider silks,
322
798000
2000
sovellusten lisäksi,
13:35
personally, I find studying spider silks
323
800000
4000
pidän itse seittitutkimusta
13:39
just fascinating in and of itself.
324
804000
3000
kiehtovana ihan sinällään.
13:42
I love when I'm in the laboratory,
325
807000
4000
Laboratoriossa käyn kuumana,
13:46
a new spider silk sequence comes in.
326
811000
3000
kun paljastuu uusi seittisekvenssi.
13:49
That's just the best. (Laughter)
327
814000
3000
Se on huippujuttu. (Naurua)
13:52
It's like the spiders are sharing
328
817000
3000
Tuntuu siltä kuin hämähäkit jakaisivat kanssani
13:55
an ancient secret with me, and that's why
329
820000
2000
muinaisen salaisuuden,
13:57
I'm going to spend the rest of my life
330
822000
2000
siksi aion käyttää loppuelämäni
13:59
studying spider silk.
331
824000
2000
seittitutkimukseen.
14:01
The next time you see a spider web,
332
826000
3000
Kun seuraavan kerran näet hämähäkinverkon,
14:04
please, pause and look a little closer.
333
829000
3000
muistathan pysähtyä ja katsoa vähän tarkemmin.
14:07
You'll be seeing one of the most
334
832000
2000
Näet yhden parhaimmista
14:09
high-performance materials known to man.
335
834000
3000
ihmisen tuntemista materiaaleista.
14:12
To borrow from the writings
336
837000
2000
Lainatakseni
14:14
of a spider named Charlotte,
337
839000
3000
Charlotte-hämähäkin kirjoituksia,
14:17
silk is terrific.
338
842000
2000
seitti on mahtavaa.
14:19
Thank you. (Applause)
339
844000
3000
Kiitos. (Suosionosoituksia)
14:22
(Applause)
340
847000
1000
(Suosionosoituksia)
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