Cheryl Hayashi: The magnificence of spider silk

Cheryl Hayashi: La magnificencia de la seda de araña

Traductor: Patricia Tatis Revisor: Lidia Cámara de la Fuente

I'm here to spread the word about the

Estoy aquí para difundir el mensaje sobre

magnificence of spiders

la magnificencia de las arañas

and how much we can learn from them.

y lo mucho que podemos aprender de ellas.

Spiders are truly global citizens.

Las arañas son verdaderas ciudadanas globales.

You can find spiders in nearly

Se pueden encontrar arañas en casi todos

every terrestrial habitat.

los hábitats terrestres.

This red dot marks

Este punto rojo señala

the Great Basin of North America,

la Gran Cuenca de América del Norte,

and I'm involved with an alpine biodiversity

y allí estoy involucrada en un proyecto sobre

project there with some collaborators.

biodiversidad alpina, con algunos colaboradores.

Here's one of our field sites,

Aquí tenemos uno de nuestros campos,

and just to give you a sense of perspective,

y solo para darles un sentido de perspectiva,

this little blue smudge here,

esta pequeña mancha azul aquí,

that's one of my collaborators.

es uno de mis colaboradores.

This is a rugged and barren landscape,

Es un paisaje agreste y árido,

yet there are quite a few spiders here.

aún así aquí hay unas cuantas arañas.

Turning rocks over revealed this crab spider

Al mover las piedras apareció esta araña cangrejo

grappling with a beetle.

enfrentándose con un escarabajo.

Spiders are not just everywhere,

Las arañas no solo están en todas partes,

but they're extremely diverse.

sino que existe una gran diversidad.

There are over 40,000 described species

Hay más de 40.000 especies de arañas

of spiders.

descritas.

To put that number into perspective,

Para poner ese número en perspectiva,

here's a graph comparing the 40,000

aquí muestro un gráfico que compara las 40.000

species of spiders

especies de arañas

to the 400 species of primates.

con las 400 especies de primates.

There are two orders of magnitude more

Hay dos órdenes de magnitud más

spiders than primates.

de arañas que de primates.

Spiders are also extremely old.

Las arañas también son extremadamente arcaicas.

On the bottom here,

Aquí abajo,

this is the geologic timescale,

vemos la escala de tiempo geológico,

and the numbers on it indicate millions

y los números indican millones

of years from the present, so the zero here,

de años desde el presente, así que la zona cero de aquí,

that would be today.

sería hoy.

So what this figure shows is that spiders

Lo que esta figura muestra es que las arañas

date back to almost 380 million years.

se remontan a casi 380 millones de años.

To put that into perspective, this red

Para poner eso en perspectiva, esta barra vertical de color rojo

vertical bar here marks the divergence time

muestra la divergencia de tiempo

of humans from chimpanzees,

de los humanos desde los chimpancés,

a mere seven million years ago.

a tan solo siete millones de años atrás.

All spiders make silk

Todas las arañas hacen seda

at some point in their life.

en algún momento de sus vidas.

Most spiders use copious amounts of silk,

La mayoría de arañas usan grandes cantidades de seda,

and silk is essential to their survival

y la seda es esencial para su supervivencia

and reproduction.

y reproducción.

Even fossil spiders can make silk,

Incluso las arañas fósiles producían seda,

as we can see from this impression of

como podemos ver en esta imagen

a spinneret on this fossil spider.

de una hilera de esta araña fósil.

So this means that both spiders

Eso significa que ambas, arañas y seda de araña,

and spider silk have been around

han existido

for 380 million years.

desde hace 380 millones de años.

It doesn't take long from working with spiders

Tras empezar a trabajar con arañas, no se necesita mucho tiempo,

to start noticing how essential silk is

para notar lo esencial que es la seda

to just about every aspect of their life.

para casi todos los aspectos de sus vidas.

Spiders use silk for many purposes, including

Las arañas usan la seda para múltiples propósitos,

the trailing safety dragline,

Incluido para hacer la red de amarre,

wrapping eggs for reproduction,

así como envolver los huevos para la reproducción

protective retreats

con fines protectores

and catching prey.

y para atrapar presas.

There are many kinds of spider silk.

Hay muchos tipos de seda de araña.

For example, this garden spider can make

Por ejemplo, esta araña de jardín puede hacer

seven different kinds of silks.

siete tipos diferentes de seda.

When you look at this orb web, you're actually

Cuando miran esta tela de araña, en realidad ven

seeing many types of silk fibers.

muchos tipos de fibras de seda.

The frame and radii of this web

El marco y los radios de esta tela de araña

is made up of one type of silk,

se componen de un solo tipo de seda,

while the capture spiral is a composite

mientras que la espiral de captura está compuesta

of two different silks:

de dos sedas diferentes:

the filament and the sticky droplet.

el filamento y la gota pegajosa.

How does an individual spider

¿Cómo una sola araña produce

make so many kinds of silk?

tantos tipos de seda?

To answer that, you have to look a lot closer

Para responder, tienen que mirar mucho más de cerca

at the spinneret region of a spider.

en la región de la hilera de una araña.

So silk comes out of the spinnerets, and for

Entonces la seda sale de las hileras, y para

those of us spider silk biologists, this is what

nosotros los biólogos de seda de arañas, esto es lo que

we call the "business end" of the spider. (Laughter)

llamamos "el fin del negocio" de la araña. (Risas)

We spend long days ...

Pasamos largos días...

Hey! Don't laugh. That's my life.

Pero, no se rían. Esa es mi vida.

(Laughter)

(Risas)

We spend long days and nights

Pasamos largos días y noches

staring at this part of the spider.

observando esta parte de la araña.

And this is what we see.

Y esto es lo que vemos.

You can see multiple fibers

Se pueden ver múltiples fibras

coming out of the spinnerets, because

saliendo de las hileras, porque

each spinneret has many spigots on it.

cada hilera tiene muchas espigas.

Each of these silk fibers exits from the spigot,

Cada una de estas fibras de seda existe desde la espiga,

and if you were to trace the fiber back

y si siguieran el rastro de la fibra

into the spider, what you would find is that

hasta la araña, lo que encontrarán es que

each spigot connects to its own individual

cada espiga se conecta con su propia

silk gland. A silk gland kind of looks like a sac

glándula de seda. Una glándula de seda se ve como un saco

with a lot of silk proteins stuck inside.

con muchas proteínas de seda dentro.

So if you ever have the opportunity to dissect

Así, si tienen la oportunidad de analizar

an orb-web-weaving spider,

un tejido de tela de araña

and I hope you do,

y espero que la tengan,

what you would find is a bounty

lo que encontrarán es una abundancia

of beautiful, translucent silk glands.

de hermosas y translucientes glándulas de seda.

Inside each spider, there are hundreds

Dentro de cada araña, hay cientos

of silk glands, sometimes thousands.

de glándulas de seda, a veces miles.

These can be grouped into seven categories.

Pueden agruparse en siete categorías.

They differ by size, shape,

Difieren en tamaño, forma,

and sometimes even color.

y a veces hasta en color.

In an orb-web-weaving spider,

En un tejido de tela de araña,

you can find seven types of silk glands,

pueden encontrarse siete tipos de glándulas de seda,

and what I have depicted here in this picture,

y lo que he descrito en esta foto,

let's start at the one o'clock position,

empecemos en la posición de la una en punto,

there's tubuliform silk glands, which are used

hay glándulas tubuliformes usadas

to make the outer silk of an egg sac.

para hacer la seda externa de un saco de huevos.

There's the aggregate and flagelliform silk

Hay glándulas de seda flageliformes y las agregadas

glands which combine to make the sticky

que se combinan para hacer la espiral

capture spiral of an orb web.

pegajosa de captura de una telaraña.

Pyriform silk glands make the attachment

Las glándulas piriformes hacen el cemento de

cement -- that's the silk that's used to adhere

unión, es la seda que se usa para adherir

silk lines to a substrate.

las líneas de seda a un substrato.

There's also aciniform silk,

También hay seda aciniforme

which is used to wrap prey.

usada para envolver la presa.

Minor ampullate silk is used in web construction.

La seda ampulácea menor se usa en la construcción de la tela.

And the most studied silk line

Y la línea de seda más estudiada

of them all: major ampullate silk.

de todas: la seda ampulácea mayor.

This is the silk that's used to make the frame

Es la seda que se utiliza para hacer el marco

and radii of an orb web, and also

y los radios de una telaraña, y también

the safety trailing dragline.

la red de amarre.

But what, exactly, is spider silk?

Pero, ¿qué es exactamente la seda de araña?

Spider silk is almost entirely protein.

La seda de araña se compone casi íntegramente de proteínas.

Nearly all of these proteins can be explained

Casi todas esas proteínas se explican

by a single gene family,

por una familia de genes individuales,

so this means that the diversity of silk types

lo que significa que la diversidad de los tipos de seda

we see today is encoded by one gene family,

que vemos hoy se codifican en una familia de genes,

so presumably the original spider ancestor

así que probablemente la araña ancestro original

made one kind of silk,

produjo un tipo de seda,

and over the last 380 million years,

y en los últimos 380 millones de años,

that one silk gene has duplicated

ese gen de seda se ha duplicado

and then diverged, specialized,

y luego dividido, especializado,

over and over and over again, to get

una y otra vez, para obtener

the large variety of flavors of spider silks

la gran variedad de clases de seda de araña

that we have today.

que tenemos hoy.

There are several features that all these silks

Existen varias características que todas esas sedas

have in common. They all have a common

tienen en común. Todas tienen un

design, such as they're all very long --

diseño común, como por ejemplo, que son todas muy largas,

they're sort of outlandishly long

considerablemente largas

compared to other proteins.

comparadas con otras proteínas.

They're very repetitive, and they're very rich

Son muy repetitivas y muy ricas

in the amino acids glycine and alanine.

en los aminoácidos glicina y alanina.

To give you an idea of what

Para darles una idea de cómo es

a spider silk protein looks like,

la proteína de la seda de araña,

this is a dragline silk protein,

esta es la la proteína de la seda de amarre,

it's just a portion of it,

es solo una porción,

from the black widow spider.

proveniente de la araña viuda negra.

This is the kind of sequence that I love

Es la clase de secuencia que me encanta

looking at day and night. (Laughter)

mirar día y noche. (Risas)

So what you're seeing here is the one letter

Así que lo que ven aquí es la abreviación

abbreviation for amino acids, and I've colored

para aminoácidos en una sola letra, y he coloreado

in the glycines with green,

las glicinas de verde,

and the alanines in red, and so

y las alaninas de rojo, por eso

you can see it's just a lot of G's and A's.

se ven muchas Ges y Aes.

You can also see that there's a lot of short

Se ven también muchos elementos de

sequence motifs that repeat over and over

secuencias cortas que se repiten una y otra vez

and over again, so for example there's a lot of

así que por ejemplo hay mucho de

what we call polyalanines, or iterated A's,

lo que llamamos polialaninas, o Aes reiteradas,

AAAAA. There's GGQ. There's GGY.

AAAAA. Hay GGQ. Hay GGY.

You can think of these short motifs

Pueden pensar en estos elementos cortos

that repeat over and over again as words,

que se repiten una y otra vez como palabras,

and these words occur in sentences.

y estas palabras aparecen en oraciones.

So for example this would be one sentence,

Por ejemplo, ésta sería una oración,

and you would get this sort of green region

y obtendrían esta región verde

and the red polyalanine, that repeats

y la polialanina roja, que se repite

over and over and over again,

una y otra vez,

and you can have that hundreds and

y pueden tener esos cientos y

hundreds and hundreds of times within

cientos y cientos de veces en

an individual silk molecule.

una sola molécula de seda.

Silks made by the same spider can have

Las sedas producidas por la misma araña pueden tener

dramatically different repeat sequences.

secuencias de repetición drásticamente diferentes.

At the top of the screen, you're seeing

En la parte superior de la pantalla, ven

the repeat unit from the dragline silk

la unidad de repetición de la seda del hilo de amarre

of a garden argiope spider.

de una araña de jardín Argiope.

It's short. And on the bottom,

Es corta. Y abajo,

this is the repeat sequence for the

la secuencia de repetición para

egg case, or tubuliform silk protein,

el caso del huevo, o la proteína tubuliforme de la seda,

for the exact same spider. And you can see

de la misma araña. Y pueden ver

how dramatically different

cuán radicalmente diferentes

these silk proteins are -- so this is

son estas proteínas de seda; ésta es

sort of the beauty of the diversification

la belleza de la diversificación

of the spider silk gene family.

de la familia genética de la seda de araña.

You can see that the repeat units differ

Pueden ver que las unidades de repetición difieren

in length. They also differ in sequence.

en duración. También difieren en secuencia.

So I've colored in the glycines again

Así que he coloreado las glicinas otra vez

in green, alanine in red, and the serines,

en verde, alaninas en rojo, y las serinas,

the letter S, in purple. And you can see

la letra S, en morado. Y pueden ver

that the top repeat unit can be explained

que la unidad de repetición en la parte superior puede

almost entirely by green and red,

explicarse enteramente por el verde y el rojo,

and the bottom repeat unit has

y la unidad de repetición tiene

a substantial amount of purple.

una cantidad sustanciosa de morado.

What silk biologists do is we try to relate

Lo que los biólogos de seda hacemos es tratar de relacionar

these sequences, these amino acid

estas secuencias de

sequences, to the mechanical properties

aminoácidos, a las propiedades mecánicas

of the silk fibers.

de las fibras de seda.

Now, it's really convenient that spiders use their silk

Así que, es muy conveniente que las arañas usen su seda

completely outside their body.

completamente fuera del cuerpo.

This makes testing spider silk really, really

Esto hace que las pruebas de seda de araña sean muy fáciles

easy to do in the laboratory, because

de hacer en el laboratorio, porque

we're actually, you know, testing it in air

las probamos en el aire, ya saben,

that's exactly the environment that

es exactamente el ambiente en que

spiders are using their silk proteins.

las arañas usan sus proteínas de seda.

So this makes quantifying silk properties by

Esto hace que la cuantificación las propiedades de la seda

methods such as tensile testing, which is

a través de métodos tales como ensayos de tracción,

basically, you know, tugging on one end

que básicamente es tirar de un extremo

of the fiber, very amenable.

de la fibra sea muy favorable.

Here are stress-strain curves

Aquí hay curvas de tensión-deformación

generated by tensile testing

generadas por los ensayos de tracción

five fibers made by the same spider.

de cinco fibras producidas por la misma araña.

So what you can see here is that

Así que lo que pueden ver aquí es que

the five fibers have different behaviors.

las cinco fibras tienen diferentes comportamientos.

Specifically, if you look on the vertical axis,

Específicamente, si miran los ejes verticales,

that's stress. If you look at the maximum

eso es estrés. Si miran el valor máximo

stress value for each of these fibers,

de estrés para cada una de estas fibras,

you can see that there's a lot of variation,

verán que hay mucha variación,

and in fact dragline, or major ampullate silk,

y de hecho la seda del hilo de amarre, o seda ampulácea mayor,

is the strongest of these fibers.

es la más fuerte de estas fibras.

We think that's because the dragline silk,

Pensamos que es porque la seda del hilo de amarre,

which is used to make the frame and radii

usada para hacer marcos y radios

for a web, needs to be very strong.

para una tela de araña, debe ser fuerte.

On the other hand, if you were to look at

Por otro lado, si miraran la tensión,

strain -- this is how much a fiber can be

esto es, lo mucho que una fibra puede

extended -- if you look at the maximum value

extenderse, si miran el valor máximo

here, again, there's a lot of variation

aquí, nuevamente, hay mucha variación

and the clear winner is flagelliform,

y el ganador claramente es el flageliforme,

or the capture spiral filament.

o el filamento de la espiral de captura.

In fact, this flagelliform fiber can

De hecho, esta fibra flageliforme puede

actually stretch over twice its original length.

estirarse el doble de su longitud original.

So silk fibers vary in their strength

Así que las fibras de seda varían en su fuerza

and also their extensibility.

y también en su extensibilidad.

In the case of the capture spiral,

En el caso de la espiral de captura,

it needs to be so stretchy to absorb

debe ser muy elástica para absorber

the impact of flying prey.

el impacto de presas voladoras.

If it wasn't able to stretch so much, then

Si no fuera capaz de estirarse tanto, entonces

basically when an insect hit the web,

básicamente cuando un insecto impactara contra

it would just trampoline right off of it.

la tela de araña, simplemente saltaría fuera de ella.

So if the web was made entirely out of

Así que si la tela de araña se hiciera enteramente de

dragline silk, an insect is very likely to just

seda de hilo de amarre, un insecto probablemente

bounce right off. But by having really, really

rebotaría enseguida. Pero siendo una espiral

stretchy capture spiral silk, the web is actually

de captura muy elástica, la tela de araña es

able to absorb the impact

capaz de absorber el impacto

of that intercepted prey.

de la presa interceptada.

There's quite a bit of variation within

Hay bastante variación entre

the fibers that an individual spider can make.

las fibras que una sola araña puede producir.

We call that the tool kit of a spider.

Llamamos eso el kit de herramientas de una araña.

That's what the spider has

Lo que la araña tiene

to interact with their environment.

para interactuar con su ambiente.

But how about variation among spider

Pero, ¿qué pasa con la variación entre las especies

species, so looking at one type of silk

de arañas, si se observa un tipo de seda

and looking at different species of spiders?

y diferentes especies de seda?

This is an area that's largely unexplored

Esta es un área en gran parte inexplorada

but here's a little bit of data I can show you.

pero aquí hay un poco de información que les mostraré.

This is the comparison of the toughness

Esta es la comparación de la resistencia

of the dragline spilk spun

de la seda del hilo de amarre tejida

by 21 species of spiders.

por 21 especies de arañas.

Some of them are orb-weaving spiders and

Algunas son arañas tejedoras y

some of them are non-orb-weaving spiders.

algunas no son arañas tejedoras.

It's been hypothesized that

Se ha especulado que

orb-weaving spiders, like this argiope here,

las arañas tejedoras, como la Argiope aquí,

should have the toughest dragline silks

deberían tener las sedas del hilo de amarre más resistentes

because they must intercept flying prey.

porque interceptan las presas voladoras.

What you see here on this toughness graph

Lo que ven aquí en este gráfico de dureza

is the higher the black dot is on the graph,

es que mientras más alto está el punto negro

the higher the toughness.

en el gráfico, hay más dureza.

The 21 species are indicated here by this

Las 21 especies están indicadas por esta

phylogeny, this evolutionary tree, that shows

filogenia, este árbol evolutivo, que muestra

their genetic relationships, and I've colored

sus relaciones genéticas, y he coloreado

in yellow the orb-web-weaving spiders.

en amarillo las arañas tejedoras.

If you look right here at the two red arrows,

Si miran las dos flechas rojas,

they point to the toughness values

señalan los valores de dureza

for the draglines of nephila clavipes and

del hilo de amarre de la nephila clavipes y

araneus diadematus.

de la araneus diadematus.

These are the two species of spiders

Estas son dos especies de arañas

for which the vast majority of time and money

en las que, la mayor parte del tiempo y dinero

on synthetic spider silk research has been

invertido en investigaciones sobre la seda de araña sintética,

to replicate their dragline silk proteins.

ha sido para imitar las proteínas de la seda del hilo de amarre.

Yet, their draglines are not the toughest.

Aún así, sus hilos de amarre no son los más fuertes.

In fact, the toughest dragline in this survey

De hecho, el hilo de amarre más resistente en esta encuesta,

is this one right here in this white region,

está aquí en la región blanca,

a non orb-web-weaving spider.

una araña no tejedora.

This is the dragline spun by scytodes,

Es el hilo de amarre tejido por las scytodes,

the spitting spider.

la araña escupidora.

Scytodes doesn't use a web at all

Las scytodes no usan una tela de araña

to catch prey. Instead, scytodes

para atrapar sus presas. En cambio, las scytodes

sort of lurks around and waits for prey

acechan y esperan a que sus presas

to get close to it, and then immobilizes prey

se acerquen a ellas, y luego las inmovilizan

by spraying a silk-like venom onto that insect.

rociándoles un veneno similar a la seda.

Think of hunting with silly string.

Piensen en cazar con una cuerda tonta.

That's how scytodes forages.

Así es como las scytodes buscan comida.

We don't really know why scytodes

Realmente no sabemos por qué las scytodes

needs such a tough dragline,

necesitan un hilo de amarre tan fuerte,

but it's unexpected results like this that make

pero son resultados inesperados como éste, lo que hace

bio-prospecting so exciting and worthwhile.

tan excitante y valiosa la bioprospección.

It frees us from the constraints

Nos libera de las limitaciones

of our imagination.

de nuestra imaginación.

Now I'm going to mark on

Ahora marcaré

the toughness values for nylon fiber,

los valores más resistentes de la fibra de nailon,

bombyx -- or domesticated silkworm silk --

fibroína, seda de los gusanos de seda de granja,

wool, Kevlar, and carbon fibers.

lana, Kevlar y fibras de carbono.

And what you can see is that nearly

Y lo que ven es que casi todos

all the spider draglines surpass them.

los hilos de amarre de las arañas los sobrepasan.

It's the combination of strength, extensibility

Es la combinación de fuerza, extensibilidad

and toughness that makes spider silk so

y resistencia que hacen a la seda de araña tan

special, and that has attracted the attention

especial, lo que ha atraído la atención

of biomimeticists, so people that turn

de los biomimeticistas, las personas que

to nature to try to find new solutions.

recurren a la naturaleza para encontrar nuevas soluciones.

And the strength, extensibility and toughness

Y la fuerza, extensibilidad y resistencia

of spider silks combined with the fact that

de las sedas de arañas combinadas con el hecho de que

silks do not elicit an immune response,

las sedas no provocan una respuesta inmune,

have attracted a lot of interest in the use

ha atraído gran interés en el uso

of spider silks in biomedical applications,

de la seda de araña en aplicaciones biomédicas,

for example, as a component of

por ejemplo, como componente de

artificial tendons, for serving as

tendones artificiales, para servir como

guides to regrow nerves, and for

guías para regenerar nervios, y para

scaffolds for tissue growth.

las estructuras para el crecimiento del tejido.

Spider silks also have a lot of potential

Las sedas de arañas también tienen mucho potencial

for their anti-ballistic capabilities.

por su capacidad antibalística.

Silks could be incorporated into body

La seda podría incorporarse en el cuerpo

and equipment armor that would be more

y en el equipo de una armadura que sería más

lightweight and flexible

ligera y flexible

than any armor available today.

que cualquier armadura disponible hoy en día.

In addition to these biomimetic

Además de estas aplicaciones biomiméticas

applications of spider silks,

de las sedas de arañas,

personally, I find studying spider silks

personalmente pienso que estudiar las sedas

just fascinating in and of itself.

de arañas es fascinante.

I love when I'm in the laboratory,

Me encanta cuando estoy en el laboratorio,

a new spider silk sequence comes in.

y aparece una nueva secuencia de seda.

That's just the best. (Laughter)

Es lo mejor. (Risas)

It's like the spiders are sharing

Es como si las arañas estuvieran compartiendo

an ancient secret with me, and that's why

un secreto antiguo conmigo, y es por eso

I'm going to spend the rest of my life

que pasaré el resto de mi vida

studying spider silk.

estudiando la seda de araña.

The next time you see a spider web,

La próxima vez que vean una tela de araña,

please, pause and look a little closer.

por favor, deténganse y mírenla un poco más de cerca.

You'll be seeing one of the most

Verán uno de los materiales

high-performance materials known to man.

de mejor funcionamiento conocidos por el ser humano.

To borrow from the writings

Tomando prestado de los escritos

of a spider named Charlotte,

de una araña llamada Charlotte,

silk is terrific.

la seda es genial.

Thank you. (Applause)

Gracias. (Aplausos)

(Applause)

(Aplausos)