TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
シェリル・ハヤシ「クモの糸の壮麗さ」
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シェリル・ハヤシはクモの糸を研究しています。自然界に存在する高性能な素材のひとつです。単一のクモの種でも、最大７種類の非常に異なる質の糸を作る能力があります。どうやって作りだすのか シェリル・ハヤシが DNA の説明をし、超強力で超柔軟な素材がどんなに興奮するもので、アイデアをくれるものか教えてくれます
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
クモの壮麗さを伝え
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
クモがもっている特徴から
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
どれほど多くのことが学べるのかお話しします
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
クモは本当に全世界に生息します
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
地球上のほとんどの場所に
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
クモがいるのが分かります
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
画面上の赤い点は 北米の
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
グレートベースン国立公園です
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
そこで高山地帯の生命多様性を
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
共同研究者と研究しています
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
これは研究場所の１か所です
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
青色のぼんやりとした点が見えますか？
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
あれが研究者の１人と言えば
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
広大さを掴んでもらえますでしょうか
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
こういった岩だらけの不毛地帯ですら
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
多くの種のクモが生息しています
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
岩をひっくり返すと 甲虫と組み合っている
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
カニグモがでてきます
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
クモは世界中の様々な環境に分布するだけでなく
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
非常に多様性に富んでいます
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
今までに 40000種以上が
01:04
of spiders.
21
49000
1000
発見されています
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
霊長目が400種程度な一方
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
クモは40000種いることを
01:09
species of spiders
24
54000
2000
グラフにするとその差を掴んでもらえるでしょうか
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
グラフにするとその差を掴んでもらえるでしょうか
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
数字で２桁の違いがあるほど
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
霊長目よりも クモが多いのです
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
クモは非常に古くから存在する種です
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
この表の下には
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
地球誕生からの時間軸があります
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
目盛の数字は４百万年前から現在を
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
示しています 右下のゼロは
01:29
that would be today.
33
74000
2000
現在を表しています
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
この表が示すように
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
クモの起源は３億８千万年前に遡ります
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
全体から見ると 右下の
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
赤色の縦棒あたりが人類の起源です
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
人とチンパンジーが分化したのは
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
たった７百万年前でしかありません
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
全てのクモが
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
生活の中で糸を生成します
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
ほとんどのクモが生存や繁殖に 多量の糸を使います
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
この糸は欠かすことができません
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
とても重要なものなんです
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
太古のクモでさえ糸を使用しています
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
出糸突起のようなものを
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
この化石のクモにも認めることができます
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
このことから クモもクモの糸も
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
3億8千万年もの間
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
存在していることになります
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
クモの生活のまさに全てにおいて
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
糸が必需品であることは
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
研究すればすぐに気がつきます
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
様々な目的に使っています 例えば
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
牽引糸でぶら下がる為に
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
繁殖時の卵を覆う為に
02:33
protective retreats
57
138000
2000
隠れ家を作る為に
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
そして餌を捕まえる為に使います
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
糸の種類も数多くあります
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
例えば 画面のニワオニグモは７種類の
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
糸を生成できます
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
クモの巣を見れば
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
多様な糸の繊維が見えてきます
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
巣の枠糸と放射線上の縦糸は
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
１つの糸種で出来ていて
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
らせん状の捕獲部(横糸)は
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
２つの糸種で出来ています
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
線のようなフィラメントと粘球で出来ています
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
どのようにして 一匹のクモが
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
これほど多くの種類の糸を生成するのでしょうか？
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
その答えを見つけるには
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
出糸突起部分の観察が必要です
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
糸は 出糸突起から吐出されます
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
この部分を我々クモ糸の学者は
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
「営業窓口(先端部)」と読んでいます(笑)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
学者は長時間...
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
ちょっと 笑わないで 真剣に取り組んでいるんです(笑)
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
ちょっと 笑わないで 真剣に取り組んでいるんです(笑)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
学者は長時間昼夜を問わず
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
クモの先端部を観察しています
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
画面に出ているこれを見ています
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
複数の繊維が出糸突起から
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
出ているのがわかります
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
各々の出糸突起に多くの糸いぼ(発射口)があるのです
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
各種の糸繊維が糸いぼから外に出るのですが
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
もし繊維の根元まで辿れば
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
糸いぼのそれぞれが個々の糸の分泌腺に
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
繋がっているとわかります
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
分泌腺は袋のような形状をしており
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
中は糸タンパク質で満たされています
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
クモの巣を作るクモを
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
解剖する機会がありましたら
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
いえ 是非解剖してみてください
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
半透明で美しい糸分泌腺が
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
見れるでしょう
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
分泌腺の数は数百
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
時には数千に及ぶこともあります
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
分泌腺は ７種類に分類することができます
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
その大きさ 形 そして
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
色までもが 異なります
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
クモの巣を作るクモには
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
７種類の糸の分泌腺(絹糸腺)があり
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
画面に図解しました
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
右上1時の方向からお話しします
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
管状腺という絹糸腺があり
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
卵を包む糸のふくろを作ります
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
次の集合腺と鞭状腺は
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
混ざり クモの巣のらせん部の
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
粘着する糸(横線)を作ります
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
梨状腺は
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
基質に糸が着くようにする
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
付着剤を作ります
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
ブドウ状腺の糸は
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
餌を絡めるのに使います
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
小瓶状腺の糸は巣に使います
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
そして 最も研究が集中しているのが
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
大瓶状腺です
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
ここの糸は枠(枠糸)と放射状の(横糸)で
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
クモの巣を作り また ぶら下がる時に
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
安全にぶら下がる牽引糸となります
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
では糸は一体なにでできているのでしょうか？
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
クモの糸はタンパク質のかたまりです
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
このタンパク質のほとんどは
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
単一の遺伝子族でできています
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
これは現代の多様な遺伝子が
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
全て単一の遺伝子族の中に組み込まれていることを意味します
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
おそらくは クモの原種は１種類の糸しか
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
作っていなかったと考えられます
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
３億８千年の進化の過程で
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
糸の遺伝子が複製され分岐し
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
特性を持つ糸ができるプロセスが
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
何度も繰り返されて
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
現在存在する非常に多様な
05:42
that we have today.
134
327000
3000
種類が生成されるに至ったのです
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
全種の糸に共通する点が何個かあります
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
まずはデザインですが
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
タンパク質の長さは
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
一貫して
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
驚く程長くなっています
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
グリシン・アラニンといったアミノ酸に富んだ
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
とても反復的な配列を形成しています
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
クモ糸のタンパク質がどんなものか
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
お見せしましょう
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
これは クロゴケグモの
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
牽引糸タンパク質の
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
ごく一部です
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
この配列を昼も夜も調べるのが
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
たまらないんです (笑)
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
画面には 配列内のアミノ酸を
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
頭文字で示し 色を着けました
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
グリシンを緑色のG
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
アラニンを赤色のAで示しました
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
ほとんどAとGが占めていることが窺えます
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
さらに 同じ短いモチーフが何度も何度も何度も
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
繰り返されているのが分かりますか
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
例えば ポリアラニンと呼ぶ
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
Aが繰り返されている AAAAAという箇所や
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
GGQといったりGGYといった繰り返しがあります
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
この繰り返す同じモチーフは
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
文章の中で何度も出てくる
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
単語であるかのようです
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
例えば これが１つの文とすると
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
緑色が多い部分や
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
赤色のポリアラニンの繰り返しが
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
何度も何度も出てきます
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
この部分が一つ一つの糸の分子に
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
何百も何百も何百も
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
出てくるのです
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
同じクモが作る糸でも
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
配列は驚くほどに異なります
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
画面の上部に出ているのは コガネグモが
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
出した牽引糸の配列反復単位です
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
この糸の場合 １単位の長さは短くなっています
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
画面の下部に出ているのは
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
卵を包む糸(管状糸)の
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
タンパク質の反復配列です
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
全く同じクモのものですが
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
劇的に違うのがわかりますね
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
ご覧の通り この遺伝子族の
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
多様性こそが
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
クモ糸の美点なのです
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
反復単位の長さだけでなく
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
配列も違うことが見て取れます
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
配列を示すのにグリシンを緑色に
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
アラニンを赤色にし セリンを紫色でSとしました
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
画面上部の反復単位は
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
ほぼ全体が
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
緑と赤で構成されています
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
下部は
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
紫がほとんどを占めます
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
糸学者はこの反復内の配列または
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
アミノ酸配列が糸繊維の
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
力学的属性と関連が無いか
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
調べるのです
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
クモが糸を使うのは完全に体外であることは
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
非常に都合のいいことです
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
この特性のおかげで研究室での
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
クモ糸の実験が簡単にできます
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
クモが糸のタンパク質を使う
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
環境と全く同じ空気中で
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
実験ができるためです
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
繊維の片方を固定して引っ張る
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
張力テストなどの測定方法で
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
クモ糸の属性を測定するのに
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
環境を作りやすいのです
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
この図はさきほどのクモを使って
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
５種類の繊維で張力テストを実施し
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
応力歪み曲線を描いたものです
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
５種類の繊維がそれぞれ異なる
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
性質をもっているのが分かります
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
特に 縦軸に応力を描きました
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
その軸にあるそれぞれの繊維の
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
最大応力を見てください
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
繊維間で大きな違いが見られます
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
牽引糸 あるいは 大瓶状腺からの糸が
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
最も高い強度を示しました
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
牽引糸が最強なのは枠糸と放射線状の横糸で
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
クモの巣を作るには 糸が非常に強い必要があるからと
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
学者は考えています
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
もう１つの力 どこまで伸ばせるかという
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
歪みを見ましょう
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
最大歪みを見ると
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
またも 繊維間で大きな違いがあります
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
鞭毛 または 横糸が
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
あきらかに勝ります
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
鞭毛繊維は実に
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
当初の２倍以上の長さまで伸ばせます
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
このように 糸繊維は応力と歪みの点で
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
大きく異なります
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
らせんの状横糸にいたっては
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
飛来する餌の衝撃を吸収できるように
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
相当に柔軟でなければなりません
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
この柔軟性を欠いた場合には
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
巣に虫がかかったとしても
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
撥ねてすぐに逃げられてしまいます
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
もし牽引糸のみで巣を作れば
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
虫は跳ね返されてしまうだけでしょう
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
しかし 非常に柔軟に伸縮する
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
らせん状横糸があるから巣は
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
餌がかかった衝撃を
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
吸収することができるのです
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
クモの生成する繊維の
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
種類は実に多種多様です
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
クモの道具箱と呼んでいます
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
環境に応じてクモは
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
これらを使い分けるのです
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
では クモの種同士では
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
どの程度差があるのでしょうか？
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
同じ種類の糸の特性はクモの種類によって違うのでしょうか？
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
この研究領域はまだそれほど
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
進んでいませんが 少しだけお見せします
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
これは21種類のクモの
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
牽引糸の靭性(切れにくさ)を
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
比較した図です
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
巣を作る種と作らない種の
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
両方を含んでいます
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
コガネグモのように巣を作るクモが
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
最も高い靱性の牽引糸を持っているという
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
仮説があります
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
飛来する餌を捉える必要があるからです
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
この表は糸の靱性を示した図です
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
点が上に上がるほど
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
糸が切れにくくなります
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
ここに示した21種のクモは
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
系統発生の進化木に従って遺伝子的に繋がっています
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
右側に描かれている
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
巣を作る種の背景は黄色にしました
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
２つの赤い矢印が指しているのは
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
アメリカジョロウグモとニワオニグモの
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
牽引糸の靱性(切れにくさ)を
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
座標に示したものです
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
この２種のクモの作る
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
牽引糸のタンパク質構成を
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
人工合成する研究に ほとんどの
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
主要な資金と時間が集中しています
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
しかし この２種類のクモの牽引糸が最強なわけではなく
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
実際には この調査での最強の牽引糸は
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
左上白背景の種で
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
巣を作らないクモでした
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
これは毒吹グモのヤマシログモ科が
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
紡いだ牽引糸です
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
ヤマシログモ類は餌を捕まえるのに
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
網を使わず そのかわりに
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
網に忍んで獲物に近づき
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
糸状の毒を虫に吹きかけて
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
動けなくするのです
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
「クモ糸射出のおもちゃ」で狩りをする感じです
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
これがこのクモの餌の集め方です
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
学者はヤマシログモが
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
なぜこんな強力な牽引糸を必要なのか分かっていません
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
しかしこのような予期しない結果こそが
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
生物調査を非常に興奮させ価値あるものにします
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
生物を調べることで人の想像力の
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
限界を超えることができるのです
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
次に 様々な繊維の持つ
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
靱性(切れにくさ)で図に線を引いてみました
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
上から順に ナイロン カイコ(家蚕)
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
羊毛 ケブラー繊維 炭素繊維 の線です
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
殆ど全てのクモ牽引糸が
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
靱性で勝っていますね
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
応力と歪みと靱性の組み合わせこそが
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
クモの糸を特別なものにし
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
生体模倣科学者の注目を浴び
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
多くの人が自然から新しい方法を
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
探ろうとするのです
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
クモ糸が応力と歪みと靱性を
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
持っていながらも同時に
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
免疫反応の心配がないことから
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
生物医学への適応に
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
多くの注目が集まっています
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
例えば人工腱の一部として
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
神経を再建することに使い
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
組織が作られる土台として
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
777000
3000
使うような応用がありえます
13:15
Spider silks also have a lot of potential
315
780000
3000
クモの糸は防弾性材質としても
13:18
for their anti-ballistic capabilities.
316
783000
2000
多くの可能性を秘めています
13:20
Silks could be incorporated into body
317
785000
2000
糸繊維を防弾着や
13:22
and equipment armor that would be more
318
787000
3000
装甲具に組み込んで
13:25
lightweight and flexible
319
790000
2000
現存するどんな防具より
13:27
than any armor available today.
320
792000
3000
軽く柔軟なものが作れます
13:30
In addition to these biomimetic
321
795000
3000
このような 生体模倣的な活用に加えて
13:33
applications of spider silks,
322
798000
2000
個人的にはクモの糸の研究
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personally, I find studying spider silks
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そのものに魅力を感じ
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just fascinating in and of itself.
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クモの糸それ自体が魅力的なのです
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I love when I'm in the laboratory,
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私には 研究室で 見たことの無いクモ糸の
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a new spider silk sequence comes in.
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配列を発見する瞬間がたまりません
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That's just the best. (Laughter)
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最高なんです (笑)
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It's like the spiders are sharing
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その瞬間はまるでクモが古代の秘密を
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an ancient secret with me, and that's why
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教えてくれているようです
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I'm going to spend the rest of my life
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故に 私は生涯クモの糸の
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studying spider silk.
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研究をするつもりです
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The next time you see a spider web,
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今度クモの巣を見かけたら 立ち止まって
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please, pause and look a little closer.
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近づいて見てください
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You'll be seeing one of the most
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人類が知り得る最も強力な
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high-performance materials known to man.
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材質の一つを見ることになります
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To borrow from the writings
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『シャーロットのおくりもの』の
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of a spider named Charlotte,
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クモのシャーロットが紡いだように
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silk is terrific.
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クモの糸は「すばらしい」です
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Thank you. (Applause)
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ありがとうございます(拍手)
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(Applause)
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(拍手)
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