TED2010
Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk
Cheryl Hayashi: Wspaniałość pajęczej nici
Filmed:
Readability: 4.6
889,997 views
Cheryl Hayashi studjuje pajęczą nić, jeden z najwydajniejszych materiałów. Każdy gatunek pająka potrafi wytworzyć do 7 bardzo zróżnicowanych typów pajęczyny. Jak one to robią? Hayashi wyjaśnia to na podstawie DNA - następnie pokazuje jak ten super-mocny i super-rozciągliwy materiał może inspirować.
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
Jestem tu, aby opowiedzieć
00:18
magnificence of spiders
1
3000
2000
o niesamowitości pająków
00:20
and how much we can learn from them.
2
5000
3000
i o tym, jak wiele możemy się od nich nauczyć
00:23
Spiders are truly global citizens.
3
8000
2000
Pająki są prawdziwymi obywatelami świata.
00:25
You can find spiders in nearly
4
10000
2000
Spotykamy je prawie
00:27
every terrestrial habitat.
5
12000
2000
w każdym środowisku lądowym.
00:29
This red dot marks
6
14000
2000
Czerwoną kropką oznaczono
00:31
the Great Basin of North America,
7
16000
2000
Wielką Kotlinę w Ameryce Północnej
00:33
and I'm involved with an alpine biodiversity
8
18000
2000
gdzie z kilkoma współpracownikami biorę udział w projekcie
00:35
project there with some collaborators.
9
20000
2000
dotyczącym bioróżnorodności wysokogórskiej.
00:37
Here's one of our field sites,
10
22000
2000
Oto jedna z naszych lokalizacji badawczych,
00:39
and just to give you a sense of perspective,
11
24000
2000
i żebyście mieli ogólne pojęcie,
00:41
this little blue smudge here,
12
26000
2000
ta mała niebieska plamka tutaj,
00:43
that's one of my collaborators.
13
28000
2000
to jeden z moich współpracowników.
00:45
This is a rugged and barren landscape,
14
30000
3000
To skalisty i jałowy krajobraz,
00:48
yet there are quite a few spiders here.
15
33000
2000
a jednak żyje tam całkiem sporo pająków.
00:50
Turning rocks over revealed this crab spider
16
35000
4000
Odsuwając kamienie, znaleźliśmy pająka ukośnikowatego
00:54
grappling with a beetle.
17
39000
2000
mocującego się z żukiem.
00:56
Spiders are not just everywhere,
18
41000
3000
Pająki nie występują wszędzie,
00:59
but they're extremely diverse.
19
44000
2000
ale są niezwykle różnorodne.
01:01
There are over 40,000 described species
20
46000
3000
Występuje ponad 40 000 opisanych gatunków
01:04
of spiders.
21
49000
1000
pająków.
01:05
To put that number into perspective,
22
50000
2000
Dla zobrazowania tej liczby,
01:07
here's a graph comparing the 40,000
23
52000
2000
to jest wykres porównujący 40 000
01:09
species of spiders
24
54000
2000
gatunków pająków
01:11
to the 400 species of primates.
25
56000
2000
z 400 gatunki naczelnych.
01:13
There are two orders of magnitude more
26
58000
2000
Istnieją dwa rzędy wielkości więcej
01:15
spiders than primates.
27
60000
2000
dla pająków niż dla naczelnych.
01:17
Spiders are also extremely old.
28
62000
4000
Pająki są również bardzo stare.
01:21
On the bottom here,
29
66000
2000
Tu na dole
01:23
this is the geologic timescale,
30
68000
2000
jest geologiczna skala czasowa,
01:25
and the numbers on it indicate millions
31
70000
2000
a wpisane liczby oznaczają miliony
01:27
of years from the present, so the zero here,
32
72000
2000
lat, od teraźniejszości, więc to zero tutaj,
01:29
that would be today.
33
74000
2000
oznacza dzisiaj.
01:31
So what this figure shows is that spiders
34
76000
3000
Wykres pokazuje, że pająki
01:34
date back to almost 380 million years.
35
79000
4000
wywodzą się sprzed niemalże 380 milionów lat.
01:38
To put that into perspective, this red
36
83000
2000
Aby to lepiej zrozumieć, ten czerwony
01:40
vertical bar here marks the divergence time
37
85000
3000
pionowy pasek oznacza czas różnicowania się
01:43
of humans from chimpanzees,
38
88000
3000
ludzi od szympansów,
01:46
a mere seven million years ago.
39
91000
3000
Zaledwie siedem milionów lat temu.
01:49
All spiders make silk
40
94000
2000
Wszystkie pająki, na jakimś etapie życia
01:51
at some point in their life.
41
96000
2000
wytwarzają pajęczynę.
01:53
Most spiders use copious amounts of silk,
42
98000
3000
Większość pająków używa dużą ilość nici,
01:56
and silk is essential to their survival
43
101000
2000
która jest niezbędna do ich przeżycia
01:58
and reproduction.
44
103000
2000
i rozmnażania.
02:00
Even fossil spiders can make silk,
45
105000
2000
Nawet pająki kopalne potrafiły wytwarzać pajęczynę,
02:02
as we can see from this impression of
46
107000
2000
jak możemy zobaczyć na tej skamieniałości,
02:04
a spinneret on this fossil spider.
47
109000
3000
odcisk kądziołków przędnych pająka.
02:07
So this means that both spiders
48
112000
2000
To znaczy, że i pająki
02:09
and spider silk have been around
49
114000
2000
i pajęczyny istnieją
02:11
for 380 million years.
50
116000
4000
od 380 milionów lat.
02:16
It doesn't take long from working with spiders
51
121000
3000
Pracując z pająkami, nie trzeba dużo czasu,
02:19
to start noticing how essential silk is
52
124000
3000
aby zdać sobie sprawę, jak pajęczyna jest niezbędna
02:22
to just about every aspect of their life.
53
127000
3000
w prawie każdym aspekcie ich życia.
02:25
Spiders use silk for many purposes, including
54
130000
3000
Wykorzystują ją do wielu celów, m.in.
02:28
the trailing safety dragline,
55
133000
2000
tkanie nici asekuracyjnych,
02:30
wrapping eggs for reproduction,
56
135000
3000
owijanie jaj w procesie rozmnażania,
02:33
protective retreats
57
138000
2000
bezpieczne odwroty
02:35
and catching prey.
58
140000
2000
i łapanie ofiar.
02:37
There are many kinds of spider silk.
59
142000
2000
Istnieje wiele rodzajów pajęczej nici,
02:39
For example, this garden spider can make
60
144000
3000
np. ten ogrodowy pająk potrafi wytworzyć
02:42
seven different kinds of silks.
61
147000
2000
siedem różnych rodzajów nici.
02:44
When you look at this orb web, you're actually
62
149000
2000
Kiedy patrzymy na tą kulistą sieć, możemy właściwie
02:46
seeing many types of silk fibers.
63
151000
3000
dostrzec wiele rodzajów włókien.
02:49
The frame and radii of this web
64
154000
2000
Rama i promienie tej sieci
02:51
is made up of one type of silk,
65
156000
3000
są utkane z jednego typu nici,
02:54
while the capture spiral is a composite
66
159000
2000
natomiast spirale łowne utkane są
02:56
of two different silks:
67
161000
2000
z dwóch różnych nici:
02:58
the filament and the sticky droplet.
68
163000
3000
włókna i lepkiej kropli.
03:01
How does an individual spider
69
166000
3000
Jak jeden pająk
03:04
make so many kinds of silk?
70
169000
3000
jest w stanie wytworzyć tyle różnych rodzajów nici?
03:07
To answer that, you have to look a lot closer
71
172000
2000
Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy przyjrzeć się bliżej
03:09
at the spinneret region of a spider.
72
174000
2000
kądziołkowi przędnemu pająka.
03:11
So silk comes out of the spinnerets, and for
73
176000
2000
Nić pochodzi z kądziołka przędnego i, dla
03:13
those of us spider silk biologists, this is what
74
178000
2000
nas, biologów zajmujących się sieciami pająków, jest to
03:15
we call the "business end" of the spider. (Laughter)
75
180000
2000
"narzędziem głównym" u pająków. (Śmiech)
03:17
We spend long days ...
76
182000
2000
Spędzamy całe dnie...
03:19
Hey! Don't laugh. That's my life.
77
184000
2000
Hej! Nie śmiejcie się. To jest moje życie.
03:21
(Laughter)
78
186000
2000
(Śmiech)
03:23
We spend long days and nights
79
188000
2000
Spędzamy całe dnie i noce
03:25
staring at this part of the spider.
80
190000
3000
gapiąc się na ten pajęczy narząd.
03:28
And this is what we see.
81
193000
2000
To, co widzimy.
03:30
You can see multiple fibers
82
195000
2000
Możemy zobaczyć wiele włókien
03:32
coming out of the spinnerets, because
83
197000
3000
wychodzących z kądziołków przędnych, ponieważ
03:35
each spinneret has many spigots on it.
84
200000
3000
każdy kądziołek ma wiele końcówek.
03:38
Each of these silk fibers exits from the spigot,
85
203000
3000
Każde z tych włókien wychodzi z końcówki
03:41
and if you were to trace the fiber back
86
206000
2000
i jeśli prześledzilibyśmy drogę włókien
03:43
into the spider, what you would find is that
87
208000
3000
przez wnętrze pająka, zauważylibyśmy
03:46
each spigot connects to its own individual
88
211000
2000
że każda końcówka jest połączona z osobnym
03:48
silk gland. A silk gland kind of looks like a sac
89
213000
3000
gruczołem przędnym. Gruczoł przędny wygląda trochę jak torebka
03:51
with a lot of silk proteins stuck inside.
90
216000
3000
z mnóstwem jedwabnych białek upchanych w środku.
03:54
So if you ever have the opportunity to dissect
91
219000
2000
Jeśli kiedyś będziecie mieli okazję przeprowadzać sekcje
03:56
an orb-web-weaving spider,
92
221000
2000
pająka tkacza,
03:58
and I hope you do,
93
223000
2000
a mam nadzieję, że tak,
04:00
what you would find is a bounty
94
225000
3000
znajdziecie tam mnóstwo
04:03
of beautiful, translucent silk glands.
95
228000
3000
pięknych półprzezroczystych gruczołów przędnych.
04:06
Inside each spider, there are hundreds
96
231000
2000
Każdy pająk ma setki,
04:08
of silk glands, sometimes thousands.
97
233000
3000
a czasem tysiące gruczołów przędnych.
04:11
These can be grouped into seven categories.
98
236000
3000
Możemy je podzielić na siedem kategorii.
04:14
They differ by size, shape,
99
239000
2000
Różnią się wielkością, kształtem,
04:16
and sometimes even color.
100
241000
2000
a czasem nawet kolorem.
04:18
In an orb-web-weaving spider,
101
243000
2000
U pająków tkających sieci,
04:20
you can find seven types of silk glands,
102
245000
2000
możemy znaleźć siedem rodzajów gruczołów przędnych,
04:22
and what I have depicted here in this picture,
103
247000
2000
a to co przedstawiono na tym zdjęciu, to
04:24
let's start at the one o'clock position,
104
249000
3000
zaczynając od pozycji na godzinie pierwszej,
04:27
there's tubuliform silk glands, which are used
105
252000
2000
tu znajdują się rurkowate gruczoły przędne, używane
04:29
to make the outer silk of an egg sac.
106
254000
2000
do wytwarzania pajęczej nici ochraniającej kokon z jajami.
04:31
There's the aggregate and flagelliform silk
107
256000
2000
Gruczoł koroniasty wytwarza jedwab łowny
04:33
glands which combine to make the sticky
108
258000
2000
tworzący spiralę łowną, pokrytą lepką wydzieliną
04:35
capture spiral of an orb web.
109
260000
3000
gruczołu złożonego.
04:38
Pyriform silk glands make the attachment
110
263000
2000
Łączenie poszczególnych elementów sieci łownej, a także
04:40
cement -- that's the silk that's used to adhere
111
265000
3000
przytwierdzanie sieci do podłoża odbywa się za pomocą
04:43
silk lines to a substrate.
112
268000
3000
jedwabiu spoinowego wytwarzanego w gruczołach gruszkowatych.
04:46
There's also aciniform silk,
113
271000
2000
Jedwab taśmowy służy do owijania
04:48
which is used to wrap prey.
114
273000
2000
schwytanych ofiar.
04:50
Minor ampullate silk is used in web construction.
115
275000
2000
Jedwab pomocniczy służy do budowy wewnętrznej spirali pajęczyny.
04:52
And the most studied silk line
116
277000
2000
I najczęściej badany,
04:54
of them all: major ampullate silk.
117
279000
2000
jedwab wiodący,
04:56
This is the silk that's used to make the frame
118
281000
2000
służący do budowy szkieletu pajęczyny,
04:58
and radii of an orb web, and also
119
283000
3000
promieni pajęczyny kulistej
05:01
the safety trailing dragline.
120
286000
3000
i nici asekuracyjnej.
05:04
But what, exactly, is spider silk?
121
289000
3000
Czym właściwie jest pajęcza nić?
05:08
Spider silk is almost entirely protein.
122
293000
3000
Jest zbudowana niemalże w całości z białka.
05:11
Nearly all of these proteins can be explained
123
296000
2000
Prawie wszystkie z tych białek znajdują wyjaśnienie
05:13
by a single gene family,
124
298000
3000
w zakresie jednej rodziny genów,
05:16
so this means that the diversity of silk types
125
301000
2000
oznacza to więc, że dzisiejsza różnorodność pajęczej nici,
05:18
we see today is encoded by one gene family,
126
303000
5000
jest zakodowana przez jeden gen.
05:23
so presumably the original spider ancestor
127
308000
3000
Przypuszczamy, że prawdziwi przodkowie pająków
05:26
made one kind of silk,
128
311000
2000
wytwarzali jeden rodzaj jedwabiu
05:28
and over the last 380 million years,
129
313000
3000
i przez ostatnie 380 milionów lat,
05:31
that one silk gene has duplicated
130
316000
3000
ten jeden gen skopiował się
05:34
and then diverged, specialized,
131
319000
3000
a następnie zróżnicował i wyspecjalizował się
05:37
over and over and over again, to get
132
322000
3000
wielokrotnie, by osiągnąć
05:40
the large variety of flavors of spider silks
133
325000
2000
ogromną różnorodność pajęczych nici,
05:42
that we have today.
134
327000
3000
jakie widzimy obecnie.
05:45
There are several features that all these silks
135
330000
2000
Te nici mają kilka wspólnych cech.
05:47
have in common. They all have a common
136
332000
2000
Są zaprojektowane w identyczny sposób.
05:49
design, such as they're all very long --
137
334000
2000
Wszystkie są bardzo długie,
05:51
they're sort of outlandishly long
138
336000
3000
w pewnym sensie dziwacznie długie,
05:54
compared to other proteins.
139
339000
2000
porównując je do innych białek.
05:56
They're very repetitive, and they're very rich
140
341000
3000
Są one bardzo powtarzalne i bogate
05:59
in the amino acids glycine and alanine.
141
344000
3000
w aminokwasy: glicynę i alaninę.
06:02
To give you an idea of what
142
347000
2000
Pokażę wam, jak wygląda
06:04
a spider silk protein looks like,
143
349000
2000
białko jedwabiu pajęczego,
06:06
this is a dragline silk protein,
144
351000
2000
to jest białko jedwabiu wiodącego,
06:08
it's just a portion of it,
145
353000
2000
to tylko część nici,
06:10
from the black widow spider.
146
355000
2000
czarnej wdowy.
06:12
This is the kind of sequence that I love
147
357000
2000
To wykres, na który uwielbiam
06:14
looking at day and night. (Laughter)
148
359000
3000
patrzeć dzień i noc. (Śmiech)
06:17
So what you're seeing here is the one letter
149
362000
2000
Tu widzicie jednoliterowy
06:19
abbreviation for amino acids, and I've colored
150
364000
2000
skrót aminokwasów.
06:21
in the glycines with green,
151
366000
2000
Glicyna jest na zielono,
06:23
and the alanines in red, and so
152
368000
2000
a alanina na czerwono,
06:25
you can see it's just a lot of G's and A's.
153
370000
3000
widzicie więc mnóstwo liter G i A.
06:28
You can also see that there's a lot of short
154
373000
3000
Jest też wiele krótkich, powtarzających się
06:31
sequence motifs that repeat over and over
155
376000
3000
specyficznych sekwencji,
06:34
and over again, so for example there's a lot of
156
379000
2000
i tak na przykład jest dużo
06:36
what we call polyalanines, or iterated A's,
157
381000
3000
tzw. polialanin, oznaczonych powtórzonymi A,
06:39
AAAAA. There's GGQ. There's GGY.
158
384000
4000
AAAAA. Są GGQ i GGY.
06:43
You can think of these short motifs
159
388000
2000
Możemy potraktować te powtarzające się sekwencje
06:45
that repeat over and over again as words,
160
390000
3000
jako słowa,
06:48
and these words occur in sentences.
161
393000
3000
wchodzące w skład zdań,
06:51
So for example this would be one sentence,
162
396000
3000
np. to byłoby jedno zdanie,
06:54
and you would get this sort of green region
163
399000
2000
a tu pojawiłby się ten zielony obszar
06:56
and the red polyalanine, that repeats
164
401000
2000
i czerwona polialania, w kółko się
06:58
over and over and over again,
165
403000
2000
powtarzająca,
07:00
and you can have that hundreds and
166
405000
2000
i to może powtarzać się
07:02
hundreds and hundreds of times within
167
407000
2000
setki razy
07:04
an individual silk molecule.
168
409000
2000
w obrębie pojedynczej cząsteczki.
07:06
Silks made by the same spider can have
169
411000
2000
Nici wytworzone przez jednego pająka
07:08
dramatically different repeat sequences.
170
413000
3000
mogą mieć kompletnie różne powtarzające się sekwencje.
07:11
At the top of the screen, you're seeing
171
416000
3000
Na górze ekranu, widzimy
07:14
the repeat unit from the dragline silk
172
419000
3000
powtarzający się ciąg jedwabiu wiodącego
07:17
of a garden argiope spider.
173
422000
3000
wytworzonej przez pająka Tygrzyka.
07:20
It's short. And on the bottom,
174
425000
2000
Jest krótka. A na dole,
07:22
this is the repeat sequence for the
175
427000
2000
to jest powtarzająca się sekwencja dla kokonu
07:24
egg case, or tubuliform silk protein,
176
429000
2000
lub białek gruczołów rurkowatych wytwarzających jedwab
07:26
for the exact same spider. And you can see
177
431000
3000
u tego samego pająka. Możemy zauważyć,
07:29
how dramatically different
178
434000
2000
jak bardzo różne
07:31
these silk proteins are -- so this is
179
436000
3000
są te białka jedwabiu. To jest
07:34
sort of the beauty of the diversification
180
439000
2000
w pewnym sensie piękno różnorodności
07:36
of the spider silk gene family.
181
441000
2000
genetycznej pajęczej nici.
07:38
You can see that the repeat units differ
182
443000
2000
Możemy zauważyć że powtarzające się jednostki różnią się
07:40
in length. They also differ in sequence.
183
445000
2000
długością oraz sekwencjami.
07:42
So I've colored in the glycines again
184
447000
2000
Ponownie zaznaczyłam glicynę
07:44
in green, alanine in red, and the serines,
185
449000
3000
na zielono, alaninę na czerwono, i serynę
07:47
the letter S, in purple. And you can see
186
452000
3000
jako S, na fioletowo. Widzimy, że
07:50
that the top repeat unit can be explained
187
455000
2000
pierwsza powtarzająca się sekwencja może być opisana
07:52
almost entirely by green and red,
188
457000
3000
niemalże całkowicie przez kolory zielony i czerwony,
07:55
and the bottom repeat unit has
189
460000
2000
a w dolnej jednostce powtórzeń, w znacznej ilości
07:57
a substantial amount of purple.
190
462000
2000
występuje kolor fioletowy.
07:59
What silk biologists do is we try to relate
191
464000
3000
Biolodzy zajmujący się pajęczynami próbują powiązać
08:02
these sequences, these amino acid
192
467000
2000
te sekwencje aminokwasów
08:04
sequences, to the mechanical properties
193
469000
2000
z właściwościami mechanicznymi
08:06
of the silk fibers.
194
471000
2000
jedwabnych włókien.
08:08
Now, it's really convenient that spiders use their silk
195
473000
3000
Jest to bardzo wygodne, że pająki używają swojej nici
08:11
completely outside their body.
196
476000
2000
całkowicie poza swym ciałem.
08:13
This makes testing spider silk really, really
197
478000
2000
To czyni testowanie pajęczej nici bardzo
08:15
easy to do in the laboratory, because
198
480000
2000
łatwym w laboratorium, ponieważ
08:17
we're actually, you know, testing it in air
199
482000
3000
testujemy ją w powietrzu,
08:20
that's exactly the environment that
200
485000
2000
a to jest dokładnie to środowisko, w którym
08:22
spiders are using their silk proteins.
201
487000
2000
pająki używają białek jedwabiu.
08:24
So this makes quantifying silk properties by
202
489000
2000
Sprawia to, że ilościowe określanie właściwości jedwabiu
08:26
methods such as tensile testing, which is
203
491000
2000
takimi metodami, jak test rozciągliwości,
08:28
basically, you know, tugging on one end
204
493000
2000
polegający na ciągnięciu jednego końca
08:30
of the fiber, very amenable.
205
495000
3000
włókna, bardzo użytecznym.
08:33
Here are stress-strain curves
206
498000
3000
To są krzywe napięcia wytrzymałości,
08:36
generated by tensile testing
207
501000
2000
podczas testowania rozciągliwości
08:38
five fibers made by the same spider.
208
503000
3000
pięciu włókien wytworzonych przez tego samego pająka.
08:41
So what you can see here is that
209
506000
3000
Widzimy tu,
08:44
the five fibers have different behaviors.
210
509000
3000
że te pięć włókien zachowuje się w inny sposób.
08:47
Specifically, if you look on the vertical axis,
211
512000
2000
W szczególności jeśli spojrzymy na oś pionową,
08:49
that's stress. If you look at the maximum
212
514000
3000
to jest napięcie. Jeśli spojrzymy na maksymalną
08:52
stress value for each of these fibers,
213
517000
2000
wartość napięcia każdego z tych włókien,
08:54
you can see that there's a lot of variation,
214
519000
3000
możemy zauważyć dużą rozbieżność,
08:57
and in fact dragline, or major ampullate silk,
215
522000
3000
a nić asekuracyjna i jedwab wiodący
09:00
is the strongest of these fibers.
216
525000
2000
są najsilniejszymi ze wszystkich włókien.
09:02
We think that's because the dragline silk,
217
527000
3000
Myślimy, że to dlatego, iż nić asekuracyjna,
09:05
which is used to make the frame and radii
218
530000
3000
z której powstaje rusztowanie i promienie pajęczyny
09:08
for a web, needs to be very strong.
219
533000
2000
musi byc bardzo mocna.
09:10
On the other hand, if you were to look at
220
535000
2000
Z drugiej jednak strony, jeśli popatrzymy na
09:12
strain -- this is how much a fiber can be
221
537000
2000
obciążenie, to o tyle włókno może się
09:14
extended -- if you look at the maximum value
222
539000
2000
rozciągnąć, jeśli spojrzymy na maksymalna wartość
09:16
here, again, there's a lot of variation
223
541000
3000
tutaj, występuje duża różnorodność
09:19
and the clear winner is flagelliform,
224
544000
2000
i zdecydowanym zwycięzcą jest jedwab łowny
09:21
or the capture spiral filament.
225
546000
2000
i spiralna nić łowna.
09:23
In fact, this flagelliform fiber can
226
548000
2000
W rzeczywistości włókno łowne potrafi
09:25
actually stretch over twice its original length.
227
550000
4000
rozciągnąć się ponad dwukrotnie.
09:29
So silk fibers vary in their strength
228
554000
3000
Pajęcze włókna różnią się wytrzymałością
09:32
and also their extensibility.
229
557000
2000
i rozciągliwością.
09:34
In the case of the capture spiral,
230
559000
2000
Spirala łowna,
09:36
it needs to be so stretchy to absorb
231
561000
2000
musi być wystarczająco rozciągliwa aby zamortyzować
09:38
the impact of flying prey.
232
563000
2000
uderzenie lecącej zdobyczy.
09:40
If it wasn't able to stretch so much, then
233
565000
2000
W przeciwnym razie,
09:42
basically when an insect hit the web,
234
567000
2000
insekt wpadający w sieć
09:44
it would just trampoline right off of it.
235
569000
2000
po prostu by się od niej odbił.
09:46
So if the web was made entirely out of
236
571000
2000
Jeśli sieć utkana byłaby tylko
09:48
dragline silk, an insect is very likely to just
237
573000
3000
z nici asekuracyjnej, owad najprawdopodobniej
09:51
bounce right off. But by having really, really
238
576000
2000
by się od niej odbił. Natomiast mając bardzo
09:53
stretchy capture spiral silk, the web is actually
239
578000
2000
rozciągliwą spiralę łowną, pajęczyna jest
09:55
able to absorb the impact
240
580000
2000
w stanie zamortyzować uderzenie
09:57
of that intercepted prey.
241
582000
3000
schwytanej ofiary.
10:00
There's quite a bit of variation within
242
585000
2000
Jest całkiem sporo różnic pomiędzy
10:02
the fibers that an individual spider can make.
243
587000
3000
nićmi jakie, każdy pająk wytwarza.
10:05
We call that the tool kit of a spider.
244
590000
3000
Nazywamy to kompletem narzędzi pająka.
10:08
That's what the spider has
245
593000
2000
To tym pająk
10:10
to interact with their environment.
246
595000
2000
oddziałuje na środowisko.
10:12
But how about variation among spider
247
597000
2000
Co z różnicami pomiędzy gatunkami
10:14
species, so looking at one type of silk
248
599000
2000
pająków, pod względem rodzaju
10:16
and looking at different species of spiders?
249
601000
3000
nici?
10:19
This is an area that's largely unexplored
250
604000
2000
To niezbadany obszar,
10:21
but here's a little bit of data I can show you.
251
606000
4000
aczkolwiek tu jest trochę informacji, które mogę wam pokazać.
10:25
This is the comparison of the toughness
252
610000
2000
To jest porównanie wytrzymałości
10:27
of the dragline spilk spun
253
612000
2000
jedwabiu wiodącego, uprzędzonego
10:29
by 21 species of spiders.
254
614000
2000
przez 21 gatunków pająków.
10:31
Some of them are orb-weaving spiders and
255
616000
2000
Niektóre z nich pochodzą z rodziny krzyżakowatych,
10:33
some of them are non-orb-weaving spiders.
256
618000
3000
a niektóre nie.
10:36
It's been hypothesized that
257
621000
2000
Przyjęliśmy hipotezę, że pająki
10:38
orb-weaving spiders, like this argiope here,
258
623000
3000
krzyżakowate, tak ten tutaj Tygrzyk,
10:41
should have the toughest dragline silks
259
626000
2000
powinny mieć najbardziej wytrzymałą nić asekuracyjną,
10:43
because they must intercept flying prey.
260
628000
3000
ponieważ muszą schwytać lecącą zdobycz.
10:46
What you see here on this toughness graph
261
631000
3000
Co widzimy na tych wykresach wytrzymałości,
10:49
is the higher the black dot is on the graph,
262
634000
2000
im wyżej jest czarna kropka na wykresie,
10:51
the higher the toughness.
263
636000
2000
tym większa wytrzymałość nici.
10:53
The 21 species are indicated here by this
264
638000
3000
21 gatunków wskazanych tutaj
10:56
phylogeny, this evolutionary tree, that shows
265
641000
3000
w filogenezie, na drzewie ewolucyjnym, pokazuje
10:59
their genetic relationships, and I've colored
266
644000
2000
ich genetyczne powiązania, pokolorowałam
11:01
in yellow the orb-web-weaving spiders.
267
646000
3000
na żółto pająki krzyżakowate.
11:04
If you look right here at the two red arrows,
268
649000
3000
Jeśli spojrzycie na te dwie czerwone strzałki,
11:07
they point to the toughness values
269
652000
3000
wskazują one wartość wytrzymałości
11:10
for the draglines of nephila clavipes and
270
655000
2000
nici asekuracyjnych pająków z rodziny prządkowatych
11:12
araneus diadematus.
271
657000
2000
i pająka krzyżaka.
11:14
These are the two species of spiders
272
659000
2000
Na badania tych dwóch gatunków pająków
11:16
for which the vast majority of time and money
273
661000
3000
przeznaczana jest ogromna większość czasu i pieniędzy,
11:19
on synthetic spider silk research has been
274
664000
3000
w celu wytworzenia syntetycznej
11:22
to replicate their dragline silk proteins.
275
667000
3000
pajęczej nici.
11:25
Yet, their draglines are not the toughest.
276
670000
4000
Mimo to, ich nici asekuracyjne nie są najwytrzymalsze.
11:29
In fact, the toughest dragline in this survey
277
674000
3000
W rzeczywistości, z badania wynika, że najwytrzymalszą nicią asekuracyjną
11:32
is this one right here in this white region,
278
677000
3000
jest jedna z tych, w tym białym obszarze,
11:35
a non orb-web-weaving spider.
279
680000
2000
nić pająka nienależącego do krzyżakowatych.
11:37
This is the dragline spun by scytodes,
280
682000
2000
To jest nić asekuracyjna utkana przez pająka rozsnuwacza,
11:39
the spitting spider.
281
684000
2000
plującego pająka.
11:41
Scytodes doesn't use a web at all
282
686000
3000
Rozsnuwacz plujący w ogóle nie używa sieci
11:44
to catch prey. Instead, scytodes
283
689000
2000
do łapania ofiar, ale czai się
11:46
sort of lurks around and waits for prey
284
691000
3000
i czeka aż ofiara
11:49
to get close to it, and then immobilizes prey
285
694000
3000
zbliży się, by następnie ją unieruchomić,
11:52
by spraying a silk-like venom onto that insect.
286
697000
4000
opryskując ją jakby jedwabnym jadem.
11:56
Think of hunting with silly string.
287
701000
3000
Wyobraźcie sobie polowanie z serpentyną w aerozolu.
11:59
That's how scytodes forages.
288
704000
3000
Tak polują rozsnuwacze.
12:02
We don't really know why scytodes
289
707000
2000
Nie wiemy dokładnie dlaczego potrzebują
12:04
needs such a tough dragline,
290
709000
3000
aż tak wytrzymałej nici asekuracyjnej,
12:07
but it's unexpected results like this that make
291
712000
3000
ale to właśnie tak niespodziewane wyniki, jak ten, sprawiają że
12:10
bio-prospecting so exciting and worthwhile.
292
715000
4000
badania biologiczne są tak ekscytujące i warte zachodu.
12:14
It frees us from the constraints
293
719000
2000
Uwalnia nas to od ograniczeń
12:16
of our imagination.
294
721000
2000
naszej wyobraźni.
12:18
Now I'm going to mark on
295
723000
2000
Teraz zaznaczę
12:20
the toughness values for nylon fiber,
296
725000
3000
najwytrzymalsze wartości dla nici nylonowej,
12:23
bombyx -- or domesticated silkworm silk --
297
728000
3000
wytworzonej z jedwabiu udomowionego jedwabnika Bombyx,
12:26
wool, Kevlar, and carbon fibers.
298
731000
3000
wełny, Kevlaru i włókna węglowego.
12:29
And what you can see is that nearly
299
734000
2000
Możemy zauważyć, że niemal
12:31
all the spider draglines surpass them.
300
736000
2000
wszystkie pajęcze nici asekuracyjne przewyższają je.
12:33
It's the combination of strength, extensibility
301
738000
4000
Jest to kombinacja siły, rozciągliwości
12:37
and toughness that makes spider silk so
302
742000
3000
i wytrzymałości, która powoduje, że pajęcza nić
12:40
special, and that has attracted the attention
303
745000
3000
jest tak niezwykła, i że przyciągnęła uwagę
12:43
of biomimeticists, so people that turn
304
748000
3000
bionaukowców, ludzi sięgających do
12:46
to nature to try to find new solutions.
305
751000
3000
natury, by znaleźć nowe rozwiązania.
12:49
And the strength, extensibility and toughness
306
754000
3000
Siła, rozciągliwość i wytrzymałość
12:52
of spider silks combined with the fact that
307
757000
3000
oraz to, że jedwab
12:55
silks do not elicit an immune response,
308
760000
3000
nie wywoduje reakcji obronnej,
12:58
have attracted a lot of interest in the use
309
763000
3000
przyciąga ogromne zainteresowanie zastosowaniem
13:01
of spider silks in biomedical applications,
310
766000
2000
pajęczej nici w zastosowaniach biomedycznych,
13:03
for example, as a component of
311
768000
2000
np. jako składnik
13:05
artificial tendons, for serving as
312
770000
3000
sztucznych ścięgien, służąc
13:08
guides to regrow nerves, and for
313
773000
4000
jako wspomaganie w odtwarzaniu nerwów
13:12
scaffolds for tissue growth.
314
777000
3000
rusztowanie dla odbudowującej się tkanki.
13:15
Spider silks also have a lot of potential
315
780000
3000
Pajęcza nić ma również ogromny potencjał
13:18
for their anti-ballistic capabilities.
316
783000
2000
dzięki swym właściwościom antybalistycznym.
13:20
Silks could be incorporated into body
317
785000
2000
Jedwab można dodawać do uzbrojenia,
13:22
and equipment armor that would be more
318
787000
3000
które byłoby lżejsze
13:25
lightweight and flexible
319
790000
2000
i bardziej elastyczne,
13:27
than any armor available today.
320
792000
3000
niż opancerzenie dostępne w obecnie.
13:30
In addition to these biomimetic
321
795000
3000
Co więcej, uważam że oprócz zastosowań biomimetycznych
13:33
applications of spider silks,
322
798000
2000
pajęczych nici,
13:35
personally, I find studying spider silks
323
800000
4000
pajęczą nić jest sama w sobie
13:39
just fascinating in and of itself.
324
804000
3000
fascynująca.
13:42
I love when I'm in the laboratory,
325
807000
4000
Uwielbiam być w laboratorium,
13:46
a new spider silk sequence comes in.
326
811000
3000
kiedy dostajemy nową sekwencję jedwabiu.
13:49
That's just the best. (Laughter)
327
814000
3000
To jest po prostu niesamowite. (Śmiech)
13:52
It's like the spiders are sharing
328
817000
3000
To tak, jakby pająki dzieliły się ze mną
13:55
an ancient secret with me, and that's why
329
820000
2000
pradawnym sekretem, i dlatego
13:57
I'm going to spend the rest of my life
330
822000
2000
zamierzam spędzić resztę mojego życia
13:59
studying spider silk.
331
824000
2000
badając pajęczą nić.
14:01
The next time you see a spider web,
332
826000
3000
Następnym razem, kiedy zobaczycie pajęczynę,
14:04
please, pause and look a little closer.
333
829000
3000
proszę, zatrzymajcie się i przyjrzyjcie się jej trochę bliżej.
14:07
You'll be seeing one of the most
334
832000
2000
Będziecie patrzeć na jeden
14:09
high-performance materials known to man.
335
834000
3000
z najbardziej wysokojakościowych materiałów znanych człowiekowi.
14:12
To borrow from the writings
336
837000
2000
Cytując opowiadanie
14:14
of a spider named Charlotte,
337
839000
3000
o pająku imieniem Charlotte,
14:17
silk is terrific.
338
842000
2000
pajęcza nić jest niesamowita.
14:19
Thank you. (Applause)
339
844000
3000
Dziękuję. (Oklaski)
14:22
(Applause)
340
847000
1000
(Oklaski)
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