ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Cheryl Hayashi | Speaker | TED.com
TED2010

Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk

Cheryl Hayashi: Wspaniałość pajęczej nici

Filmed:
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.
- 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

Double-click the English transcript below to play the video.

00:16
I'm here to spreadrozpiętość the wordsłowo about the
0
1000
2000
Jestem tu, aby opowiedzieć
00:18
magnificencewspaniałość of spiderspająki
1
3000
2000
o niesamowitości pająków
00:20
and how much we can learnuczyć się from them.
2
5000
3000
i o tym, jak wiele możemy się od nich nauczyć
00:23
SpidersPająki are trulynaprawdę globalświatowy citizensobywatele.
3
8000
2000
Pająki są prawdziwymi obywatelami świata.
00:25
You can find spiderspająki in nearlyprawie
4
10000
2000
Spotykamy je prawie
00:27
everykażdy terrestrialnaziemnej habitatsiedlisko.
5
12000
2000
w każdym środowisku lądowym.
00:29
This redczerwony dotkropka marksznaki
6
14000
2000
Czerwoną kropką oznaczono
00:31
the Great BasinDorzecze of NorthPółnoc AmericaAmeryka,
7
16000
2000
Wielką Kotlinę w Ameryce Północnej
00:33
and I'm involvedzaangażowany with an alpinealpejska biodiversityróżnorodności biologicznej
8
18000
2000
gdzie z kilkoma współpracownikami biorę udział w projekcie
00:35
projectprojekt there with some collaboratorswspółpracownicy.
9
20000
2000
dotyczącym bioróżnorodności wysokogórskiej.
00:37
Here'sTutaj jest one of our fieldpole siteswitryny,
10
22000
2000
Oto jedna z naszych lokalizacji badawczych,
00:39
and just to give you a sensesens of perspectiveperspektywiczny,
11
24000
2000
i żebyście mieli ogólne pojęcie,
00:41
this little blueniebieski smudgerozmazywanie here,
12
26000
2000
ta mała niebieska plamka tutaj,
00:43
that's one of my collaboratorswspółpracownicy.
13
28000
2000
to jeden z moich współpracowników.
00:45
This is a ruggedWytrzymała and barrenjałowy landscapekrajobraz,
14
30000
3000
To skalisty i jałowy krajobraz,
00:48
yetjeszcze there are quitecałkiem a fewkilka spiderspająki here.
15
33000
2000
a jednak żyje tam całkiem sporo pająków.
00:50
TurningToczenie rocksskały over revealedujawnione this crabKrab spiderpająk
16
35000
4000
Odsuwając kamienie, znaleźliśmy pająka ukośnikowatego
00:54
grapplingzmagają się with a beetlechrząszcz.
17
39000
2000
mocującego się z żukiem.
00:56
SpidersPająki are not just everywherewszędzie,
18
41000
3000
Pająki nie występują wszędzie,
00:59
but they're extremelyniezwykle diverseróżnorodny.
19
44000
2000
ale są niezwykle różnorodne.
01:01
There are over 40,000 describedopisane speciesgatunki
20
46000
3000
Występuje ponad 40 000 opisanych gatunków
01:04
of spiderspająki.
21
49000
1000
pająków.
01:05
To put that numbernumer into perspectiveperspektywiczny,
22
50000
2000
Dla zobrazowania tej liczby,
01:07
here'soto jest a graphwykres comparingporównywanie the 40,000
23
52000
2000
to jest wykres porównujący 40 000
01:09
speciesgatunki of spiderspająki
24
54000
2000
gatunków pająków
01:11
to the 400 speciesgatunki of primatesnaczelne ssaki.
25
56000
2000
z 400 gatunki naczelnych.
01:13
There are two ordersświęcenia of magnitudewielkość more
26
58000
2000
Istnieją dwa rzędy wielkości więcej
01:15
spiderspająki than primatesnaczelne ssaki.
27
60000
2000
dla pająków niż dla naczelnych.
01:17
SpidersPająki are alsorównież extremelyniezwykle oldstary.
28
62000
4000
Pająki są również bardzo stare.
01:21
On the bottomDolny here,
29
66000
2000
Tu na dole
01:23
this is the geologicgeologiczny timescaleskali czasowej,
30
68000
2000
jest geologiczna skala czasowa,
01:25
and the numbersliczby on it indicatewskazać millionsmiliony
31
70000
2000
a wpisane liczby oznaczają miliony
01:27
of yearslat from the presentteraźniejszość, so the zerozero here,
32
72000
2000
lat, od teraźniejszości, więc to zero tutaj,
01:29
that would be todaydzisiaj.
33
74000
2000
oznacza dzisiaj.
01:31
So what this figurepostać showsprzedstawia is that spiderspająki
34
76000
3000
Wykres pokazuje, że pająki
01:34
datedata back to almostprawie 380 millionmilion yearslat.
35
79000
4000
wywodzą się sprzed niemalże 380 milionów lat.
01:38
To put that into perspectiveperspektywiczny, this redczerwony
36
83000
2000
Aby to lepiej zrozumieć, ten czerwony
01:40
verticalpionowy barbar here marksznaki the divergencerozbieżność time
37
85000
3000
pionowy pasek oznacza czas różnicowania się
01:43
of humansludzie from chimpanzeesszympansy,
38
88000
3000
ludzi od szympansów,
01:46
a meresam sevensiedem millionmilion yearslat agotemu.
39
91000
3000
Zaledwie siedem milionów lat temu.
01:49
All spiderspająki make silkjedwab
40
94000
2000
Wszystkie pająki, na jakimś etapie życia
01:51
at some pointpunkt in theirich life.
41
96000
2000
wytwarzają pajęczynę.
01:53
MostWiększość spiderspająki use copiousdużą ilością amountskwoty of silkjedwab,
42
98000
3000
Większość pająków używa dużą ilość nici,
01:56
and silkjedwab is essentialistotny to theirich survivalprzetrwanie
43
101000
2000
która jest niezbędna do ich przeżycia
01:58
and reproductionreprodukcja.
44
103000
2000
i rozmnażania.
02:00
Even fossilskamieniałość spiderspająki can make silkjedwab,
45
105000
2000
Nawet pająki kopalne potrafiły wytwarzać pajęczynę,
02:02
as we can see from this impressionwrażenie of
46
107000
2000
jak możemy zobaczyć na tej skamieniałości,
02:04
a spinneretdyszy przędzalniczej on this fossilskamieniałość spiderpająk.
47
109000
3000
odcisk kądziołków przędnych pająka.
02:07
So this meansznaczy that bothobie spiderspająki
48
112000
2000
To znaczy, że i pająki
02:09
and spiderpająk silkjedwab have been around
49
114000
2000
i pajęczyny istnieją
02:11
for 380 millionmilion yearslat.
50
116000
4000
od 380 milionów lat.
02:16
It doesn't take long from workingpracujący with spiderspająki
51
121000
3000
Pracując z pająkami, nie trzeba dużo czasu,
02:19
to startpoczątek noticingzauważając how essentialistotny silkjedwab is
52
124000
3000
aby zdać sobie sprawę, jak pajęczyna jest niezbędna
02:22
to just about everykażdy aspectaspekt of theirich life.
53
127000
3000
w prawie każdym aspekcie ich życia.
02:25
SpidersPająki use silkjedwab for manywiele purposescele, includingwłącznie z
54
130000
3000
Wykorzystują ją do wielu celów, m.in.
02:28
the trailingkońcowe safetybezpieczeństwo draglinekoparki zgarniakowej,
55
133000
2000
tkanie nici asekuracyjnych,
02:30
wrappingopakowanie jednostkowe eggsjaja for reproductionreprodukcja,
56
135000
3000
owijanie jaj w procesie rozmnażania,
02:33
protectiveochronny retreatsrekolekcje
57
138000
2000
bezpieczne odwroty
02:35
and catchinguchwyt preyzdobycz.
58
140000
2000
i łapanie ofiar.
02:37
There are manywiele kindsrodzaje of spiderpająk silkjedwab.
59
142000
2000
Istnieje wiele rodzajów pajęczej nici,
02:39
For exampleprzykład, this gardenogród spiderpająk can make
60
144000
3000
np. ten ogrodowy pająk potrafi wytworzyć
02:42
sevensiedem differentróżne kindsrodzaje of silksjedwabie.
61
147000
2000
siedem różnych rodzajów nici.
02:44
When you look at this orbKula websieć, you're actuallytak właściwie
62
149000
2000
Kiedy patrzymy na tą kulistą sieć, możemy właściwie
02:46
seeingwidzenie manywiele typestypy of silkjedwab fiberswłókna.
63
151000
3000
dostrzec wiele rodzajów włókien.
02:49
The framerama and radiipromień of this websieć
64
154000
2000
Rama i promienie tej sieci
02:51
is madezrobiony up of one typerodzaj of silkjedwab,
65
156000
3000
są utkane z jednego typu nici,
02:54
while the capturezdobyć spiralspirala is a compositezłożony
66
159000
2000
natomiast spirale łowne utkane są
02:56
of two differentróżne silksjedwabie:
67
161000
2000
z dwóch różnych nici:
02:58
the filamentżarówki and the stickylepki dropletkropelka.
68
163000
3000
włókna i lepkiej kropli.
03:01
How does an individualindywidualny spiderpająk
69
166000
3000
Jak jeden pająk
03:04
make so manywiele kindsrodzaje of silkjedwab?
70
169000
3000
jest w stanie wytworzyć tyle różnych rodzajów nici?
03:07
To answerodpowiedź that, you have to look a lot closerbliższy
71
172000
2000
Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy przyjrzeć się bliżej
03:09
at the spinneretdyszy przędzalniczej regionregion of a spiderpająk.
72
174000
2000
kądziołkowi przędnemu pająka.
03:11
So silkjedwab comespochodzi out of the spinneretsSpinnerets, and for
73
176000
2000
Nić pochodzi z kądziołka przędnego i, dla
03:13
those of us spiderpająk silkjedwab biologistsbiolodzy, this is what
74
178000
2000
nas, biologów zajmujących się sieciami pająków, jest to
03:15
we call the "businessbiznes endkoniec" of the spiderpająk. (LaughterŚmiech)
75
180000
2000
"narzędziem głównym" u pająków. (Śmiech)
03:17
We spendwydać long daysdni ...
76
182000
2000
Spędzamy całe dnie...
03:19
Hey! Don't laughśmiech. That's my life.
77
184000
2000
Hej! Nie śmiejcie się. To jest moje życie.
03:21
(LaughterŚmiech)
78
186000
2000
(Śmiech)
03:23
We spendwydać long daysdni and nightsnoce
79
188000
2000
Spędzamy całe dnie i noce
03:25
staringgapiowski at this partczęść of the spiderpająk.
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 multiplewielokrotność fiberswłókna
82
195000
2000
Możemy zobaczyć wiele włókien
03:32
comingprzyjście out of the spinneretsSpinnerets, because
83
197000
3000
wychodzących z kądziołków przędnych, ponieważ
03:35
eachkażdy spinneretdyszy przędzalniczej has manywiele spigotstrzpieni on it.
84
200000
3000
każdy kądziołek ma wiele końcówek.
03:38
EachKażdy of these silkjedwab fiberswłókna exitswyjścia from the spigotkurek,
85
203000
3000
Każde z tych włókien wychodzi z końcówki
03:41
and if you were to traceślad the fiberwłókno back
86
206000
2000
i jeśli prześledzilibyśmy drogę włókien
03:43
into the spiderpająk, what you would find is that
87
208000
3000
przez wnętrze pająka, zauważylibyśmy
03:46
eachkażdy spigotkurek connectsłączy to its ownwłasny individualindywidualny
88
211000
2000
że każda końcówka jest połączona z osobnym
03:48
silkjedwab glandgruczoł. A silkjedwab glandgruczoł kinduprzejmy of lookswygląda like a sacSAC
89
213000
3000
gruczołem przędnym. Gruczoł przędny wygląda trochę jak torebka
03:51
with a lot of silkjedwab proteinsbiałka stuckutknął insidewewnątrz.
90
216000
3000
z mnóstwem jedwabnych białek upchanych w środku.
03:54
So if you ever have the opportunityokazja to dissectwnikliwie
91
219000
2000
Jeśli kiedyś będziecie mieli okazję przeprowadzać sekcje
03:56
an orb-web-weavingKula web tkania spiderpająk,
92
221000
2000
pająka tkacza,
03:58
and I hopenadzieja you do,
93
223000
2000
a mam nadzieję, że tak,
04:00
what you would find is a bountyhojność
94
225000
3000
znajdziecie tam mnóstwo
04:03
of beautifulpiękny, translucentprzeświecający silkjedwab glandsgruczoły.
95
228000
3000
pięknych półprzezroczystych gruczołów przędnych.
04:06
InsideWewnątrz eachkażdy spiderpająk, there are hundredssetki
96
231000
2000
Każdy pająk ma setki,
04:08
of silkjedwab glandsgruczoły, sometimesczasami thousandstysiące.
97
233000
3000
a czasem tysiące gruczołów przędnych.
04:11
These can be groupedzgrupowane into sevensiedem categorieskategorie.
98
236000
3000
Możemy je podzielić na siedem kategorii.
04:14
They differróżnić się by sizerozmiar, shapekształt,
99
239000
2000
Różnią się wielkością, kształtem,
04:16
and sometimesczasami even colorkolor.
100
241000
2000
a czasem nawet kolorem.
04:18
In an orb-web-weavingKula web tkania spiderpająk,
101
243000
2000
U pająków tkających sieci,
04:20
you can find sevensiedem typestypy of silkjedwab glandsgruczoły,
102
245000
2000
możemy znaleźć siedem rodzajów gruczołów przędnych,
04:22
and what I have depictedprzedstawiony here in this pictureobrazek,
103
247000
2000
a to co przedstawiono na tym zdjęciu, to
04:24
let's startpoczątek at the one o'clockgodzina positionpozycja,
104
249000
3000
zaczynając od pozycji na godzinie pierwszej,
04:27
there's tubuliformrurkowatego silkjedwab glandsgruczoły, whichktóry are used
105
252000
2000
tu znajdują się rurkowate gruczoły przędne, używane
04:29
to make the outerzewnętrzny silkjedwab of an eggjajko sacSAC.
106
254000
2000
do wytwarzania pajęczej nici ochraniającej kokon z jajami.
04:31
There's the aggregateagregat and flagelliformflagelliform silkjedwab
107
256000
2000
Gruczoł koroniasty wytwarza jedwab łowny
04:33
glandsgruczoły whichktóry combinepołączyć to make the stickylepki
108
258000
2000
tworzący spiralę łowną, pokrytą lepką wydzieliną
04:35
capturezdobyć spiralspirala of an orbKula websieć.
109
260000
3000
gruczołu złożonego.
04:38
PyriformPyriform silkjedwab glandsgruczoły make the attachmentZałącznik
110
263000
2000
Łączenie poszczególnych elementów sieci łow­nej, a także
04:40
cementcement -- that's the silkjedwab that's used to adhereprzestrzegać
111
265000
3000
przytwierdzanie sieci do podłoża odbywa się za pomocą
04:43
silkjedwab lineskwestia to a substratesubstrat.
112
268000
3000
jedwabiu spoinowego wytwarzanego w gruczołach gruszkowatych.
04:46
There's alsorównież aciniformaciniform silkjedwab,
113
271000
2000
Jedwab taśmowy służy do owijania
04:48
whichktóry is used to wrapowinąć preyzdobycz.
114
273000
2000
schwytanych ofiar.
04:50
MinorDrobne ampullateampullate silkjedwab is used in websieć constructionbudowa.
115
275000
2000
Jedwab pomocniczy służy do budowy wewnętrznej spirali pajęczyny.
04:52
And the mostwiększość studiedbadane silkjedwab linelinia
116
277000
2000
I najczęściej badany,
04:54
of them all: majorpoważny ampullateampullate silkjedwab.
117
279000
2000
jedwab wiodący,
04:56
This is the silkjedwab that's used to make the framerama
118
281000
2000
służący do budowy szkieletu pajęczyny,
04:58
and radiipromień of an orbKula websieć, and alsorównież
119
283000
3000
promieni pajęczyny kulistej
05:01
the safetybezpieczeństwo trailingkońcowe draglinekoparki zgarniakowej.
120
286000
3000
i nici asekuracyjnej.
05:04
But what, exactlydokładnie, is spiderpająk silkjedwab?
121
289000
3000
Czym właściwie jest pajęcza nić?
05:08
SpiderPająk silkjedwab is almostprawie entirelycałkowicie proteinbiałko.
122
293000
3000
Jest zbudowana niemalże w całości z białka.
05:11
NearlyPrawie all of these proteinsbiałka can be explainedwyjaśnione
123
296000
2000
Prawie wszystkie z tych białek znajdują wyjaśnienie
05:13
by a singlepojedynczy genegen familyrodzina,
124
298000
3000
w zakresie jednej rodziny genów,
05:16
so this meansznaczy that the diversityróżnorodność of silkjedwab typestypy
125
301000
2000
oznacza to więc, że dzisiejsza różnorodność pajęczej nici,
05:18
we see todaydzisiaj is encodedzakodowany by one genegen familyrodzina,
126
303000
5000
jest zakodowana przez jeden gen.
05:23
so presumablyprawdopodobnie the originaloryginalny spiderpająk ancestorprzodek
127
308000
3000
Przypuszczamy, że prawdziwi przodkowie pająków
05:26
madezrobiony one kinduprzejmy of silkjedwab,
128
311000
2000
wytwarzali jeden rodzaj jedwabiu
05:28
and over the last 380 millionmilion yearslat,
129
313000
3000
i przez ostatnie 380 milionów lat,
05:31
that one silkjedwab genegen has duplicatedzduplikowane
130
316000
3000
ten jeden gen skopiował się
05:34
and then divergedodbiega, specializedspecjalistyczne,
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 largeduży varietyróżnorodność of flavorssmaki of spiderpająk silksjedwabie
133
325000
2000
ogromną różnorodność pajęczych nici,
05:42
that we have todaydzisiaj.
134
327000
3000
jakie widzimy obecnie.
05:45
There are severalkilka featurescechy that all these silksjedwabie
135
330000
2000
Te nici mają kilka wspólnych cech.
05:47
have in commonpospolity. They all have a commonpospolity
136
332000
2000
Są zaprojektowane w identyczny sposób.
05:49
designprojekt, suchtaki as they're all very long --
137
334000
2000
Wszystkie są bardzo długie,
05:51
they're sortsortować of outlandishlynadmiernie long
138
336000
3000
w pewnym sensie dziwacznie długie,
05:54
comparedporównywane to other proteinsbiałka.
139
339000
2000
porównując je do innych białek.
05:56
They're very repetitivepowtarzające się, and they're very richbogaty
140
341000
3000
Są one bardzo powtarzalne i bogate
05:59
in the aminoamino acidskwasy glycineglicyna and alanineaminotransferazy.
141
344000
3000
w aminokwasy: glicynę i alaninę.
06:02
To give you an ideapomysł of what
142
347000
2000
Pokażę wam, jak wygląda
06:04
a spiderpająk silkjedwab proteinbiałko lookswygląda like,
143
349000
2000
białko jedwabiu pajęczego,
06:06
this is a draglinekoparki zgarniakowej silkjedwab proteinbiałko,
144
351000
2000
to jest białko jedwabiu wiodącego,
06:08
it's just a portionczęść of it,
145
353000
2000
to tylko część nici,
06:10
from the blackczarny widowwdowa spiderpająk.
146
355000
2000
czarnej wdowy.
06:12
This is the kinduprzejmy of sequencesekwencja that I love
147
357000
2000
To wykres, na który uwielbiam
06:14
looking at day and night. (LaughterŚmiech)
148
359000
3000
patrzeć dzień i noc. (Śmiech)
06:17
So what you're seeingwidzenie here is the one letterlist
149
362000
2000
Tu widzicie jednoliterowy
06:19
abbreviationskrót for aminoamino acidskwasy, and I've coloredkolorowy
150
364000
2000
skrót aminokwasów.
06:21
in the glycinesGlycines with greenZielony,
151
366000
2000
Glicyna jest na zielono,
06:23
and the alaninesalanin in redczerwony, and so
152
368000
2000
a alanina na czerwono,
06:25
you can see it's just a lot of G'sG's and A'sA.
153
370000
3000
widzicie więc mnóstwo liter G i A.
06:28
You can alsorównież see that there's a lot of shortkrótki
154
373000
3000
Jest też wiele krótkich, powtarzających się
06:31
sequencesekwencja motifsmotywy that repeatpowtarzać over and over
155
376000
3000
specyficznych sekwencji,
06:34
and over again, so for exampleprzykład there's a lot of
156
379000
2000
i tak na przykład jest dużo
06:36
what we call polyalaninespolyalanines, or iteratedpodstawy A'sA,
157
381000
3000
tzw. polialanin, oznaczonych powtórzonymi A,
06:39
AAAAAAAAAA. There's GGQGGQ. There's GGYGGY.
158
384000
4000
AAAAA. Są GGQ i GGY.
06:43
You can think of these shortkrótki motifsmotywy
159
388000
2000
Możemy potraktować te powtarzające się sekwencje
06:45
that repeatpowtarzać over and over again as wordssłowa,
160
390000
3000
jako słowa,
06:48
and these wordssłowa occurpojawić się in sentenceszdań.
161
393000
3000
wchodzące w skład zdań,
06:51
So for exampleprzykład this would be one sentencezdanie,
162
396000
3000
np. to byłoby jedno zdanie,
06:54
and you would get this sortsortować of greenZielony regionregion
163
399000
2000
a tu pojawiłby się ten zielony obszar
06:56
and the redczerwony polyalaninepolyalanine, that repeatspowtarza
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 hundredssetki and
166
405000
2000
i to może powtarzać się
07:02
hundredssetki and hundredssetki of timesczasy withinw ciągu
167
407000
2000
setki razy
07:04
an individualindywidualny silkjedwab moleculecząsteczka.
168
409000
2000
w obrębie pojedynczej cząsteczki.
07:06
SilksJedwabie madezrobiony by the samepodobnie spiderpająk can have
169
411000
2000
Nici wytworzone przez jednego pająka
07:08
dramaticallydramatycznie differentróżne repeatpowtarzać sequencessekwencje.
170
413000
3000
mogą mieć kompletnie różne powtarzające się sekwencje.
07:11
At the topTop of the screenekran, you're seeingwidzenie
171
416000
3000
Na górze ekranu, widzimy
07:14
the repeatpowtarzać unitjednostka from the draglinekoparki zgarniakowej silkjedwab
172
419000
3000
powtarzający się ciąg jedwabiu wiodącego
07:17
of a gardenogród argiopeTygrzyk spiderpająk.
173
422000
3000
wytworzonej przez pająka Tygrzyka.
07:20
It's shortkrótki. And on the bottomDolny,
174
425000
2000
Jest krótka. A na dole,
07:22
this is the repeatpowtarzać sequencesekwencja for the
175
427000
2000
to jest powtarzająca się sekwencja dla kokonu
07:24
eggjajko casewalizka, or tubuliformrurkowatego silkjedwab proteinbiałko,
176
429000
2000
lub białek gruczołów rurkowatych wytwarzających jedwab
07:26
for the exactdokładny samepodobnie spiderpająk. And you can see
177
431000
3000
u tego samego pająka. Możemy zauważyć,
07:29
how dramaticallydramatycznie differentróżne
178
434000
2000
jak bardzo różne
07:31
these silkjedwab proteinsbiałka are -- so this is
179
436000
3000
są te białka jedwabiu. To jest
07:34
sortsortować of the beautypiękno of the diversificationdywersyfikacja
180
439000
2000
w pewnym sensie piękno różnorodności
07:36
of the spiderpająk silkjedwab genegen familyrodzina.
181
441000
2000
genetycznej pajęczej nici.
07:38
You can see that the repeatpowtarzać unitsjednostki differróżnić się
182
443000
2000
Możemy zauważyć że powtarzające się jednostki różnią się
07:40
in lengthdługość. They alsorównież differróżnić się in sequencesekwencja.
183
445000
2000
długością oraz sekwencjami.
07:42
So I've coloredkolorowy in the glycinesGlycines again
184
447000
2000
Ponownie zaznaczyłam glicynę
07:44
in greenZielony, alanineaminotransferazy in redczerwony, and the serinesserines,
185
449000
3000
na zielono, alaninę na czerwono, i serynę
07:47
the letterlist S, in purplefioletowy. And you can see
186
452000
3000
jako S, na fioletowo. Widzimy, że
07:50
that the topTop repeatpowtarzać unitjednostka can be explainedwyjaśnione
187
455000
2000
pierwsza powtarzająca się sekwencja może być opisana
07:52
almostprawie entirelycałkowicie by greenZielony and redczerwony,
188
457000
3000
niemalże całkowicie przez kolory zielony i czerwony,
07:55
and the bottomDolny repeatpowtarzać unitjednostka has
189
460000
2000
a w dolnej jednostce powtórzeń, w znacznej ilości
07:57
a substantialznaczny amountilość of purplefioletowy.
190
462000
2000
występuje kolor fioletowy.
07:59
What silkjedwab biologistsbiolodzy do is we try to relateodnosić się
191
464000
3000
Biolodzy zajmujący się pajęczynami próbują powiązać
08:02
these sequencessekwencje, these aminoamino acidkwas
192
467000
2000
te sekwencje aminokwasów
08:04
sequencessekwencje, to the mechanicalmechaniczny propertiesnieruchomości
193
469000
2000
z właściwościami mechanicznymi
08:06
of the silkjedwab fiberswłókna.
194
471000
2000
jedwabnych włókien.
08:08
Now, it's really convenientwygodna that spiderspająki use theirich silkjedwab
195
473000
3000
Jest to bardzo wygodne, że pająki używają swojej nici
08:11
completelycałkowicie outsidena zewnątrz theirich bodyciało.
196
476000
2000
całkowicie poza swym ciałem.
08:13
This makesczyni testingtestowanie spiderpająk silkjedwab really, really
197
478000
2000
To czyni testowanie pajęczej nici bardzo
08:15
easyłatwo to do in the laboratorylaboratorium, because
198
480000
2000
łatwym w laboratorium, ponieważ
08:17
we're actuallytak właściwie, you know, testingtestowanie it in airpowietrze
199
482000
3000
testujemy ją w powietrzu,
08:20
that's exactlydokładnie the environmentśrodowisko that
200
485000
2000
a to jest dokładnie to środowisko, w którym
08:22
spiderspająki are usingza pomocą theirich silkjedwab proteinsbiałka.
201
487000
2000
pająki używają białek jedwabiu.
08:24
So this makesczyni quantifyingustalanie wysokości silkjedwab propertiesnieruchomości by
202
489000
2000
Sprawia to, że ilościowe określanie właściwości jedwabiu
08:26
methodsmetody suchtaki as tensilerozciągający testingtestowanie, whichktóry is
203
491000
2000
takimi metodami, jak test rozciągliwości,
08:28
basicallygruntownie, you know, tuggingszarpie on one endkoniec
204
493000
2000
polegający na ciągnięciu jednego końca
08:30
of the fiberwłókno, very amenableodpowiedzialny.
205
495000
3000
włókna, bardzo użytecznym.
08:33
Here are stress-strainnaprężenie odkształcenie curvesKrzywe
206
498000
3000
To są krzywe napięcia wytrzymałości,
08:36
generatedwygenerowany by tensilerozciągający testingtestowanie
207
501000
2000
podczas testowania rozciągliwości
08:38
fivepięć fiberswłókna madezrobiony by the samepodobnie spiderpająk.
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 fivepięć fiberswłókna have differentróżne behaviorszachowania.
210
509000
3000
że te pięć włókien zachowuje się w inny sposób.
08:47
SpecificallyW szczególności, if you look on the verticalpionowy axis,
211
512000
2000
W szczególności jeśli spojrzymy na oś pionową,
08:49
that's stressnaprężenie. If you look at the maximummaksymalny
212
514000
3000
to jest napięcie. Jeśli spojrzymy na maksymalną
08:52
stressnaprężenie valuewartość for eachkażdy of these fiberswłókna,
213
517000
2000
wartość napięcia każdego z tych włókien,
08:54
you can see that there's a lot of variationzmienność,
214
519000
3000
możemy zauważyć dużą rozbieżność,
08:57
and in factfakt draglinekoparki zgarniakowej, or majorpoważny ampullateampullate silkjedwab,
215
522000
3000
a nić asekuracyjna i jedwab wiodący
09:00
is the strongestnajsilniejszy of these fiberswłókna.
216
525000
2000
są najsilniejszymi ze wszystkich włókien.
09:02
We think that's because the draglinekoparki zgarniakowej silkjedwab,
217
527000
3000
Myślimy, że to dlatego, iż nić asekuracyjna,
09:05
whichktóry is used to make the framerama and radiipromień
218
530000
3000
z której powstaje rusztowanie i promienie pajęczyny
09:08
for a websieć, needswymagania to be very strongsilny.
219
533000
2000
musi byc bardzo mocna.
09:10
On the other handdłoń, if you were to look at
220
535000
2000
Z drugiej jednak strony, jeśli popatrzymy na
09:12
strainodcedzić -- this is how much a fiberwłókno can be
221
537000
2000
obciążenie, to o tyle włókno może się
09:14
extendedrozszerzony -- if you look at the maximummaksymalny valuewartość
222
539000
2000
rozciągnąć, jeśli spojrzymy na maksymalna wartość
09:16
here, again, there's a lot of variationzmienność
223
541000
3000
tutaj, występuje duża różnorodność
09:19
and the clearjasny winnerzwycięzca is flagelliformflagelliform,
224
544000
2000
i zdecydowanym zwycięzcą jest jedwab łowny
09:21
or the capturezdobyć spiralspirala filamentżarówki.
225
546000
2000
i spiralna nić łowna.
09:23
In factfakt, this flagelliformflagelliform fiberwłókno can
226
548000
2000
W rzeczywistości włókno łowne potrafi
09:25
actuallytak właściwie stretchrozciągać over twicedwa razy its originaloryginalny lengthdługość.
227
550000
4000
rozciągnąć się ponad dwukrotnie.
09:29
So silkjedwab fiberswłókna varyróżnią się in theirich strengthwytrzymałość
228
554000
3000
Pajęcze włókna różnią się wytrzymałością
09:32
and alsorównież theirich extensibilityrozszerzalność.
229
557000
2000
i rozciągliwością.
09:34
In the casewalizka of the capturezdobyć spiralspirala,
230
559000
2000
Spirala łowna,
09:36
it needswymagania to be so stretchyrozciągliwy to absorbabsorbować
231
561000
2000
musi być wystarczająco rozciągliwa aby zamortyzować
09:38
the impactwpływ of flyinglatający preyzdobycz.
232
563000
2000
uderzenie lecącej zdobyczy.
09:40
If it wasn'tnie było ablezdolny to stretchrozciągać so much, then
233
565000
2000
W przeciwnym razie,
09:42
basicallygruntownie when an insectowad hittrafienie the websieć,
234
567000
2000
insekt wpadający w sieć
09:44
it would just trampolineTrampolina right off of it.
235
569000
2000
po prostu by się od niej odbił.
09:46
So if the websieć was madezrobiony entirelycałkowicie out of
236
571000
2000
Jeśli sieć utkana byłaby tylko
09:48
draglinekoparki zgarniakowej silkjedwab, an insectowad is very likelyprawdopodobne to just
237
573000
3000
z nici asekuracyjnej, owad najprawdopodobniej
09:51
bounceBounce right off. But by havingmający really, really
238
576000
2000
by się od niej odbił. Natomiast mając bardzo
09:53
stretchyrozciągliwy capturezdobyć spiralspirala silkjedwab, the websieć is actuallytak właściwie
239
578000
2000
rozciągliwą spiralę łowną, pajęczyna jest
09:55
ablezdolny to absorbabsorbować the impactwpływ
240
580000
2000
w stanie zamortyzować uderzenie
09:57
of that interceptedprzechwycone preyzdobycz.
241
582000
3000
schwytanej ofiary.
10:00
There's quitecałkiem a bitkawałek of variationzmienność withinw ciągu
242
585000
2000
Jest całkiem sporo różnic pomiędzy
10:02
the fiberswłókna that an individualindywidualny spiderpająk can make.
243
587000
3000
nićmi jakie, każdy pająk wytwarza.
10:05
We call that the toolnarzędzie kitzestaw of a spiderpająk.
244
590000
3000
Nazywamy to kompletem narzędzi pająka.
10:08
That's what the spiderpająk has
245
593000
2000
To tym pająk
10:10
to interactoddziaływać with theirich environmentśrodowisko.
246
595000
2000
oddziałuje na środowisko.
10:12
But how about variationzmienność amongpośród spiderpająk
247
597000
2000
Co z różnicami pomiędzy gatunkami
10:14
speciesgatunki, so looking at one typerodzaj of silkjedwab
248
599000
2000
pająków, pod względem rodzaju
10:16
and looking at differentróżne speciesgatunki of spiderspająki?
249
601000
3000
nici?
10:19
This is an areapowierzchnia that's largelyw dużej mierze unexplorednieodkryte
250
604000
2000
To niezbadany obszar,
10:21
but here'soto jest a little bitkawałek of datadane I can showpokazać you.
251
606000
4000
aczkolwiek tu jest trochę informacji, które mogę wam pokazać.
10:25
This is the comparisonporównanie of the toughnesswytrzymałość
252
610000
2000
To jest porównanie wytrzymałości
10:27
of the draglinekoparki zgarniakowej spilkrobocze spunspun
253
612000
2000
jedwabiu wiodącego, uprzędzonego
10:29
by 21 speciesgatunki of spiderspająki.
254
614000
2000
przez 21 gatunków pająków.
10:31
Some of them are orb-weavingOrb tkania spiderspająki and
255
616000
2000
Niektóre z nich pochodzą z rodziny krzyżakowatych,
10:33
some of them are non-orb-weavingtkania orb spiderspająki.
256
618000
3000
a niektóre nie.
10:36
It's been hypothesizedhipotezę that
257
621000
2000
Przyjęliśmy hipotezę, że pająki
10:38
orb-weavingOrb tkania spiderspająki, like this argiopeTygrzyk here,
258
623000
3000
krzyżakowate, tak ten tutaj Tygrzyk,
10:41
should have the toughestnajtrudniejszy draglinekoparki zgarniakowej silksjedwabie
259
626000
2000
powinny mieć najbardziej wytrzymałą nić asekuracyjną,
10:43
because they mustmusi interceptpunkt przecięcia z osią flyinglatający preyzdobycz.
260
628000
3000
ponieważ muszą schwytać lecącą zdobycz.
10:46
What you see here on this toughnesswytrzymałość graphwykres
261
631000
3000
Co widzimy na tych wykresach wytrzymałości,
10:49
is the higherwyższy the blackczarny dotkropka is on the graphwykres,
262
634000
2000
im wyżej jest czarna kropka na wykresie,
10:51
the higherwyższy the toughnesswytrzymałość.
263
636000
2000
tym większa wytrzymałość nici.
10:53
The 21 speciesgatunki are indicatedwskazane here by this
264
638000
3000
21 gatunków wskazanych tutaj
10:56
phylogenyFilogeneza, this evolutionaryewolucyjny treedrzewo, that showsprzedstawia
265
641000
3000
w filogenezie, na drzewie ewolucyjnym, pokazuje
10:59
theirich geneticgenetyczny relationshipsrelacje, and I've coloredkolorowy
266
644000
2000
ich genetyczne powiązania, pokolorowałam
11:01
in yellowżółty the orb-web-weavingKula web tkania spiderspająki.
267
646000
3000
na żółto pająki krzyżakowate.
11:04
If you look right here at the two redczerwony arrowsstrzałki,
268
649000
3000
Jeśli spojrzycie na te dwie czerwone strzałki,
11:07
they pointpunkt to the toughnesswytrzymałość valueswartości
269
652000
3000
wskazują one wartość wytrzymałości
11:10
for the draglineskoparki zgarniakowe of nephilaNephila clavipesclavipes and
270
655000
2000
nici asekuracyjnych pająków z rodziny prządkowatych
11:12
araneusKrzyżak diadematusogrodowy.
271
657000
2000
i pająka krzyżaka.
11:14
These are the two speciesgatunki of spiderspająki
272
659000
2000
Na badania tych dwóch gatunków pająków
11:16
for whichktóry the vastogromny majoritywiększość of time and moneypieniądze
273
661000
3000
przeznaczana jest ogromna większość czasu i pieniędzy,
11:19
on syntheticsyntetyczny spiderpająk silkjedwab researchBadania has been
274
664000
3000
w celu wytworzenia syntetycznej
11:22
to replicatereplika theirich draglinekoparki zgarniakowej silkjedwab proteinsbiałka.
275
667000
3000
pajęczej nici.
11:25
YetJeszcze, theirich draglineskoparki zgarniakowe are not the toughestnajtrudniejszy.
276
670000
4000
Mimo to, ich nici asekuracyjne nie są najwytrzymalsze.
11:29
In factfakt, the toughestnajtrudniejszy draglinekoparki zgarniakowej in this surveyAnkieta
277
674000
3000
W rzeczywistości, z badania wynika, że najwytrzymalszą nicią asekuracyjną
11:32
is this one right here in this whitebiały regionregion,
278
677000
3000
jest jedna z tych, w tym białym obszarze,
11:35
a nonnie orb-web-weavingKula web tkania spiderpająk.
279
680000
2000
nić pająka nienależącego do krzyżakowatych.
11:37
This is the draglinekoparki zgarniakowej spunspun by scytodesScytodes,
280
682000
2000
To jest nić asekuracyjna utkana przez pająka rozsnuwacza,
11:39
the spittingplucie spiderpająk.
281
684000
2000
plującego pająka.
11:41
ScytodesScytodes doesn't use a websieć at all
282
686000
3000
Rozsnuwacz plujący w ogóle nie używa sieci
11:44
to catchłapać preyzdobycz. InsteadZamiast tego, scytodesScytodes
283
689000
2000
do łapania ofiar, ale czai się
11:46
sortsortować of lurksczai się around and waitsczeka for preyzdobycz
284
691000
3000
i czeka aż ofiara
11:49
to get closeblisko to it, and then immobilizesunieruchamia preyzdobycz
285
694000
3000
zbliży się, by następnie ją unieruchomić,
11:52
by sprayingrozpylający a silk-likejak jedwab venomJad ontona that insectowad.
286
697000
4000
opryskując ją jakby jedwabnym jadem.
11:56
Think of huntingpolowanie with sillygłupi stringstrunowy.
287
701000
3000
Wyobraźcie sobie polowanie z serpentyną w aerozolu.
11:59
That's how scytodesScytodes forageskarm.
288
704000
3000
Tak polują rozsnuwacze.
12:02
We don't really know why scytodesScytodes
289
707000
2000
Nie wiemy dokładnie dlaczego potrzebują
12:04
needswymagania suchtaki a toughtwardy draglinekoparki zgarniakowej,
290
709000
3000
aż tak wytrzymałej nici asekuracyjnej,
12:07
but it's unexpectedniespodziewany resultswyniki like this that make
291
712000
3000
ale to właśnie tak niespodziewane wyniki, jak ten, sprawiają że
12:10
bio-prospectingBio poszukiwania so excitingekscytujący and worthwhilewart.
292
715000
4000
badania biologiczne są tak ekscytujące i warte zachodu.
12:14
It freesuwalnia us from the constraintsograniczenia
293
719000
2000
Uwalnia nas to od ograniczeń
12:16
of our imaginationwyobraźnia.
294
721000
2000
naszej wyobraźni.
12:18
Now I'm going to markznak on
295
723000
2000
Teraz zaznaczę
12:20
the toughnesswytrzymałość valueswartości for nylonnylon fiberwłókno,
296
725000
3000
najwytrzymalsze wartości dla nici nylonowej,
12:23
bombyxBombyx -- or domesticatedudomowione silkwormjedwabników silkjedwab --
297
728000
3000
wytworzonej z jedwabiu udomowionego jedwabnika Bombyx,
12:26
woolwełna, KevlarKevlar, and carbonwęgiel fiberswłókna.
298
731000
3000
wełny, Kevlaru i włókna węglowego.
12:29
And what you can see is that nearlyprawie
299
734000
2000
Możemy zauważyć, że niemal
12:31
all the spiderpająk draglineskoparki zgarniakowe surpassprześcignąć them.
300
736000
2000
wszystkie pajęcze nici asekuracyjne przewyższają je.
12:33
It's the combinationpołączenie of strengthwytrzymałość, extensibilityrozszerzalność
301
738000
4000
Jest to kombinacja siły, rozciągliwości
12:37
and toughnesswytrzymałość that makesczyni spiderpająk silkjedwab so
302
742000
3000
i wytrzymałości, która powoduje, że pajęcza nić
12:40
specialspecjalny, and that has attractedprzyciąga the attentionUwaga
303
745000
3000
jest tak niezwykła, i że przyciągnęła uwagę
12:43
of biomimeticistsbiomimeticists, so people that turnskręcać
304
748000
3000
bionaukowców, ludzi sięgających do
12:46
to natureNatura to try to find newNowy solutionsrozwiązania.
305
751000
3000
natury, by znaleźć nowe rozwiązania.
12:49
And the strengthwytrzymałość, extensibilityrozszerzalność and toughnesswytrzymałość
306
754000
3000
Siła, rozciągliwość i wytrzymałość
12:52
of spiderpająk silksjedwabie combinedłączny with the factfakt that
307
757000
3000
oraz to, że jedwab
12:55
silksjedwabie do not elicitwywołują an immuneodporny responseodpowiedź,
308
760000
3000
nie wywoduje reakcji obronnej,
12:58
have attractedprzyciąga a lot of interestzainteresowanie in the use
309
763000
3000
przyciąga ogromne zainteresowanie zastosowaniem
13:01
of spiderpająk silksjedwabie in biomedicalbiomedyczne applicationsAplikacje,
310
766000
2000
pajęczej nici w zastosowaniach biomedycznych,
13:03
for exampleprzykład, as a componentskładnik of
311
768000
2000
np. jako składnik
13:05
artificialsztuczny tendonsścięgien, for servingporcja as
312
770000
3000
sztucznych ścięgien, służąc
13:08
guidesPrzewodniki to regrowodrastać nervesnerwowość, and for
313
773000
4000
jako wspomaganie w odtwarzaniu nerwów
13:12
scaffoldsRusztowania for tissuetkanka growthwzrost.
314
777000
3000
rusztowanie dla odbudowującej się tkanki.
13:15
SpiderPająk silksjedwabie alsorównież have a lot of potentialpotencjał
315
780000
3000
Pajęcza nić ma również ogromny potencjał
13:18
for theirich anti-ballisticOchrona balistyczna capabilitiesmożliwości.
316
783000
2000
dzięki swym właściwościom antybalistycznym.
13:20
SilksJedwabie could be incorporatedrejestrowy into bodyciało
317
785000
2000
Jedwab można dodawać do uzbrojenia,
13:22
and equipmentsprzęt armorzbroja that would be more
318
787000
3000
które byłoby lżejsze
13:25
lightweightlekkie and flexibleelastyczne
319
790000
2000
i bardziej elastyczne,
13:27
than any armorzbroja availabledostępny todaydzisiaj.
320
792000
3000
niż opancerzenie dostępne w obecnie.
13:30
In additiondodanie to these biomimeticBioMimetic
321
795000
3000
Co więcej, uważam że oprócz zastosowań biomimetycznych
13:33
applicationsAplikacje of spiderpająk silksjedwabie,
322
798000
2000
pajęczych nici,
13:35
personallyosobiście, I find studyingstudiować spiderpająk silksjedwabie
323
800000
4000
pajęczą nić jest sama w sobie
13:39
just fascinatingfascynujący in and of itselfsamo.
324
804000
3000
fascynująca.
13:42
I love when I'm in the laboratorylaboratorium,
325
807000
4000
Uwielbiam być w laboratorium,
13:46
a newNowy spiderpająk silkjedwab sequencesekwencja comespochodzi in.
326
811000
3000
kiedy dostajemy nową sekwencję jedwabiu.
13:49
That's just the bestNajlepiej. (LaughterŚmiech)
327
814000
3000
To jest po prostu niesamowite. (Śmiech)
13:52
It's like the spiderspająki are sharingdzielenie się
328
817000
3000
To tak, jakby pająki dzieliły się ze mną
13:55
an ancientstarożytny secretsekret with me, and that's why
329
820000
2000
pradawnym sekretem, i dlatego
13:57
I'm going to spendwydać the restodpoczynek of my life
330
822000
2000
zamierzam spędzić resztę mojego życia
13:59
studyingstudiować spiderpająk silkjedwab.
331
824000
2000
badając pajęczą nić.
14:01
The nextNastępny time you see a spiderpająk websieć,
332
826000
3000
Następnym razem, kiedy zobaczycie pajęczynę,
14:04
please, pausepauza and look a little closerbliższy.
333
829000
3000
proszę, zatrzymajcie się i przyjrzyjcie się jej trochę bliżej.
14:07
You'llBędziesz be seeingwidzenie one of the mostwiększość
334
832000
2000
Będziecie patrzeć na jeden
14:09
high-performancewysokiej wydajności materialsmateriały knownznany to man.
335
834000
3000
z najbardziej wysokojakościowych materiałów znanych człowiekowi.
14:12
To borrowpożyczać from the writingspism
336
837000
2000
Cytując opowiadanie
14:14
of a spiderpająk namedo imieniu CharlotteCharlotte,
337
839000
3000
o pająku imieniem Charlotte,
14:17
silkjedwab is terrificWspaniała.
338
842000
2000
pajęcza nić jest niesamowita.
14:19
Thank you. (ApplauseAplauz)
339
844000
3000
Dziękuję. (Oklaski)
14:22
(ApplauseAplauz)
340
847000
1000
(Oklaski)
Translated by Anna Matera
Reviewed by Bartłomiej Szóstak

▲Back to top

ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Cheryl Hayashi | Speaker | TED.com