magnificence of spiders

クモの壮麗さを伝え

and how much we can learn from them.

クモがもっている特徴から

Spiders are truly global citizens.

どれほど多くのことが学べるのかお話しします

You can find spiders in nearly

クモは本当に全世界に生息します

every terrestrial habitat.

地球上のほとんどの場所に

This red dot marks

クモがいるのが分かります

the Great Basin of North America,

画面上の赤い点は 北米の

and I'm involved with an alpine biodiversity

グレートベースン国立公園です

project there with some collaborators.

そこで高山地帯の生命多様性を

Here's one of our field sites,

共同研究者と研究しています

and just to give you a sense of perspective,

これは研究場所の１か所です

this little blue smudge here,

青色のぼんやりとした点が見えますか？

that's one of my collaborators.

あれが研究者の１人と言えば

This is a rugged and barren landscape,

広大さを掴んでもらえますでしょうか

yet there are quite a few spiders here.

こういった岩だらけの不毛地帯ですら

Turning rocks over revealed this crab spider

多くの種のクモが生息しています

grappling with a beetle.

岩をひっくり返すと 甲虫と組み合っている

Spiders are not just everywhere,

カニグモがでてきます

but they're extremely diverse.

クモは世界中の様々な環境に分布するだけでなく

There are over 40,000 described species

非常に多様性に富んでいます

of spiders.

今までに 40000種以上が

To put that number into perspective,

発見されています

here's a graph comparing the 40,000

霊長目が400種程度な一方

species of spiders

クモは40000種いることを

to the 400 species of primates.

グラフにするとその差を掴んでもらえるでしょうか

There are two orders of magnitude more

グラフにするとその差を掴んでもらえるでしょうか

spiders than primates.

数字で２桁の違いがあるほど

Spiders are also extremely old.

霊長目よりも クモが多いのです

On the bottom here,

クモは非常に古くから存在する種です

this is the geologic timescale,

この表の下には

and the numbers on it indicate millions

地球誕生からの時間軸があります

of years from the present, so the zero here,

目盛の数字は４百万年前から現在を

that would be today.

示しています 右下のゼロは

So what this figure shows is that spiders

現在を表しています

date back to almost 380 million years.

この表が示すように

To put that into perspective, this red

クモの起源は３億８千万年前に遡ります

vertical bar here marks the divergence time

全体から見ると 右下の

of humans from chimpanzees,

赤色の縦棒あたりが人類の起源です

a mere seven million years ago.

人とチンパンジーが分化したのは

All spiders make silk

たった７百万年前でしかありません

at some point in their life.

全てのクモが

Most spiders use copious amounts of silk,

生活の中で糸を生成します

and silk is essential to their survival

ほとんどのクモが生存や繁殖に 多量の糸を使います

and reproduction.

この糸は欠かすことができません

Even fossil spiders can make silk,

とても重要なものなんです

as we can see from this impression of

太古のクモでさえ糸を使用しています

a spinneret on this fossil spider.

出糸突起のようなものを

So this means that both spiders

この化石のクモにも認めることができます

and spider silk have been around

このことから クモもクモの糸も

for 380 million years.

3億8千万年もの間

It doesn't take long from working with spiders

存在していることになります

to start noticing how essential silk is

クモの生活のまさに全てにおいて

to just about every aspect of their life.

糸が必需品であることは

Spiders use silk for many purposes, including

研究すればすぐに気がつきます

the trailing safety dragline,

様々な目的に使っています　例えば

wrapping eggs for reproduction,

牽引糸でぶら下がる為に

protective retreats

繁殖時の卵を覆う為に

and catching prey.

隠れ家を作る為に

There are many kinds of spider silk.

そして餌を捕まえる為に使います

For example, this garden spider can make

糸の種類も数多くあります

seven different kinds of silks.

例えば 画面のニワオニグモは７種類の

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

糸を生成できます

seeing many types of silk fibers.

クモの巣を見れば

The frame and radii of this web

多様な糸の繊維が見えてきます

is made up of one type of silk,

巣の枠糸と放射線上の縦糸は

while the capture spiral is a composite

１つの糸種で出来ていて

of two different silks:

らせん状の捕獲部(横糸)は

the filament and the sticky droplet.

２つの糸種で出来ています

How does an individual spider

線のようなフィラメントと粘球で出来ています

make so many kinds of silk?

どのようにして 一匹のクモが

To answer that, you have to look a lot closer

これほど多くの種類の糸を生成するのでしょうか？

at the spinneret region of a spider.

その答えを見つけるには

So silk comes out of the spinnerets, and for

出糸突起部分の観察が必要です

those of us spider silk biologists, this is what

糸は 出糸突起から吐出されます

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

この部分を我々クモ糸の学者は

We spend long days ...

「営業窓口(先端部)」と読んでいます(笑)

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

学者は長時間...

(Laughter)

ちょっと 笑わないで 真剣に取り組んでいるんです(笑)

We spend long days and nights

ちょっと 笑わないで 真剣に取り組んでいるんです(笑)

staring at this part of the spider.

学者は長時間昼夜を問わず

And this is what we see.

クモの先端部を観察しています

You can see multiple fibers

画面に出ているこれを見ています

coming out of the spinnerets, because

複数の繊維が出糸突起から

each spinneret has many spigots on it.

出ているのがわかります

Each of these silk fibers exits from the spigot,

各々の出糸突起に多くの糸いぼ(発射口)があるのです

and if you were to trace the fiber back

各種の糸繊維が糸いぼから外に出るのですが

into the spider, what you would find is that

もし繊維の根元まで辿れば

each spigot connects to its own individual

糸いぼのそれぞれが個々の糸の分泌腺に

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

繋がっているとわかります

with a lot of silk proteins stuck inside.

分泌腺は袋のような形状をしており

So if you ever have the opportunity to dissect

中は糸タンパク質で満たされています

an orb-web-weaving spider,

クモの巣を作るクモを

and I hope you do,

解剖する機会がありましたら

what you would find is a bounty

いえ 是非解剖してみてください

of beautiful, translucent silk glands.

半透明で美しい糸分泌腺が

Inside each spider, there are hundreds

見れるでしょう

of silk glands, sometimes thousands.

分泌腺の数は数百

These can be grouped into seven categories.

時には数千に及ぶこともあります

They differ by size, shape,

分泌腺は ７種類に分類することができます

and sometimes even color.

その大きさ 形 そして

In an orb-web-weaving spider,

色までもが 異なります

you can find seven types of silk glands,

クモの巣を作るクモには

and what I have depicted here in this picture,

７種類の糸の分泌腺(絹糸腺)があり

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

画面に図解しました

there's tubuliform silk glands, which are used

右上1時の方向からお話しします

to make the outer silk of an egg sac.

管状腺という絹糸腺があり

There's the aggregate and flagelliform silk

卵を包む糸のふくろを作ります

glands which combine to make the sticky

次の集合腺と鞭状腺は

capture spiral of an orb web.

混ざり クモの巣のらせん部の

Pyriform silk glands make the attachment

粘着する糸(横線)を作ります

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

梨状腺は

silk lines to a substrate.

基質に糸が着くようにする

There's also aciniform silk,

付着剤を作ります

which is used to wrap prey.

ブドウ状腺の糸は

Minor ampullate silk is used in web construction.

餌を絡めるのに使います

And the most studied silk line

小瓶状腺の糸は巣に使います

of them all: major ampullate silk.

そして 最も研究が集中しているのが

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

大瓶状腺です

and radii of an orb web, and also

ここの糸は枠(枠糸)と放射状の(横糸)で

the safety trailing dragline.

クモの巣を作り また ぶら下がる時に

But what, exactly, is spider silk?

安全にぶら下がる牽引糸となります

Spider silk is almost entirely protein.

では糸は一体なにでできているのでしょうか？

Nearly all of these proteins can be explained

クモの糸はタンパク質のかたまりです

by a single gene family,

このタンパク質のほとんどは

so this means that the diversity of silk types

単一の遺伝子族でできています

we see today is encoded by one gene family,

これは現代の多様な遺伝子が

so presumably the original spider ancestor

全て単一の遺伝子族の中に組み込まれていることを意味します

made one kind of silk,

おそらくは クモの原種は１種類の糸しか

and over the last 380 million years,

作っていなかったと考えられます

that one silk gene has duplicated

３億８千年の進化の過程で

and then diverged, specialized,

糸の遺伝子が複製され分岐し

over and over and over again, to get

特性を持つ糸ができるプロセスが

the large variety of flavors of spider silks

何度も繰り返されて

that we have today.

現在存在する非常に多様な

There are several features that all these silks

種類が生成されるに至ったのです

have in common. They all have a common

全種の糸に共通する点が何個かあります

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

まずはデザインですが

they're sort of outlandishly long

タンパク質の長さは

compared to other proteins.

一貫して

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

驚く程長くなっています

in the amino acids glycine and alanine.

グリシン・アラニンといったアミノ酸に富んだ

To give you an idea of what

とても反復的な配列を形成しています

a spider silk protein looks like,

クモ糸のタンパク質がどんなものか

this is a dragline silk protein,

お見せしましょう

it's just a portion of it,

これは クロゴケグモの

from the black widow spider.

牽引糸タンパク質の

This is the kind of sequence that I love

ごく一部です

looking at day and night. (Laughter)

この配列を昼も夜も調べるのが

So what you're seeing here is the one letter

たまらないんです　(笑)

abbreviation for amino acids, and I've colored

画面には 配列内のアミノ酸を

in the glycines with green,

頭文字で示し 色を着けました

and the alanines in red, and so

グリシンを緑色のG

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

アラニンを赤色のAで示しました

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

ほとんどAとGが占めていることが窺えます

sequence motifs that repeat over and over

さらに 同じ短いモチーフが何度も何度も何度も

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

繰り返されているのが分かりますか

what we call polyalanines, or iterated A's,

例えば ポリアラニンと呼ぶ

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

Aが繰り返されている AAAAAという箇所や

You can think of these short motifs

GGQといったりGGYといった繰り返しがあります

that repeat over and over again as words,

この繰り返す同じモチーフは

and these words occur in sentences.

文章の中で何度も出てくる

So for example this would be one sentence,

単語であるかのようです

and you would get this sort of green region

例えば これが１つの文とすると

and the red polyalanine, that repeats

緑色が多い部分や

over and over and over again,

赤色のポリアラニンの繰り返しが

and you can have that hundreds and

何度も何度も出てきます

hundreds and hundreds of times within

この部分が一つ一つの糸の分子に

an individual silk molecule.

何百も何百も何百も

Silks made by the same spider can have

出てくるのです

dramatically different repeat sequences.

同じクモが作る糸でも

At the top of the screen, you're seeing

配列は驚くほどに異なります

the repeat unit from the dragline silk

画面の上部に出ているのは コガネグモが

of a garden argiope spider.

出した牽引糸の配列反復単位です

It's short. And on the bottom,

この糸の場合 １単位の長さは短くなっています

this is the repeat sequence for the

画面の下部に出ているのは

egg case, or tubuliform silk protein,

卵を包む糸(管状糸)の

for the exact same spider. And you can see

タンパク質の反復配列です

how dramatically different

全く同じクモのものですが

these silk proteins are -- so this is

劇的に違うのがわかりますね

sort of the beauty of the diversification

ご覧の通り この遺伝子族の

of the spider silk gene family.

多様性こそが

You can see that the repeat units differ

クモ糸の美点なのです

in length. They also differ in sequence.

反復単位の長さだけでなく

So I've colored in the glycines again

配列も違うことが見て取れます

in green, alanine in red, and the serines,

配列を示すのにグリシンを緑色に

the letter S, in purple. And you can see

アラニンを赤色にし セリンを紫色でSとしました

that the top repeat unit can be explained

画面上部の反復単位は

almost entirely by green and red,

ほぼ全体が

and the bottom repeat unit has

緑と赤で構成されています

a substantial amount of purple.

下部は

What silk biologists do is we try to relate

紫がほとんどを占めます

these sequences, these amino acid

糸学者はこの反復内の配列または

sequences, to the mechanical properties

アミノ酸配列が糸繊維の

of the silk fibers.

力学的属性と関連が無いか

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

調べるのです

completely outside their body.

クモが糸を使うのは完全に体外であることは

This makes testing spider silk really, really

非常に都合のいいことです

easy to do in the laboratory, because

この特性のおかげで研究室での

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

クモ糸の実験が簡単にできます

that's exactly the environment that

クモが糸のタンパク質を使う

spiders are using their silk proteins.

環境と全く同じ空気中で

So this makes quantifying silk properties by

実験ができるためです

methods such as tensile testing, which is

繊維の片方を固定して引っ張る

basically, you know, tugging on one end

張力テストなどの測定方法で

of the fiber, very amenable.

クモ糸の属性を測定するのに

Here are stress-strain curves

環境を作りやすいのです

generated by tensile testing

この図はさきほどのクモを使って

five fibers made by the same spider.

５種類の繊維で張力テストを実施し

So what you can see here is that

応力歪み曲線を描いたものです

the five fibers have different behaviors.

５種類の繊維がそれぞれ異なる

Specifically, if you look on the vertical axis,

性質をもっているのが分かります

that's stress. If you look at the maximum

特に 縦軸に応力を描きました

stress value for each of these fibers,

その軸にあるそれぞれの繊維の

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

最大応力を見てください

and in fact dragline, or major ampullate silk,

繊維間で大きな違いが見られます

is the strongest of these fibers.

牽引糸 あるいは 大瓶状腺からの糸が

We think that's because the dragline silk,

最も高い強度を示しました

which is used to make the frame and radii

牽引糸が最強なのは枠糸と放射線状の横糸で

for a web, needs to be very strong.

クモの巣を作るには 糸が非常に強い必要があるからと

On the other hand, if you were to look at

学者は考えています

strain -- this is how much a fiber can be

もう１つの力 どこまで伸ばせるかという

extended -- if you look at the maximum value

歪みを見ましょう

here, again, there's a lot of variation

最大歪みを見ると

and the clear winner is flagelliform,

またも 繊維間で大きな違いがあります

or the capture spiral filament.

鞭毛 または 横糸が

In fact, this flagelliform fiber can

あきらかに勝ります

actually stretch over twice its original length.

鞭毛繊維は実に

So silk fibers vary in their strength

当初の２倍以上の長さまで伸ばせます

and also their extensibility.

このように 糸繊維は応力と歪みの点で

In the case of the capture spiral,

大きく異なります

it needs to be so stretchy to absorb

らせんの状横糸にいたっては

the impact of flying prey.

飛来する餌の衝撃を吸収できるように

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

相当に柔軟でなければなりません

basically when an insect hit the web,

この柔軟性を欠いた場合には

it would just trampoline right off of it.

巣に虫がかかったとしても

So if the web was made entirely out of

撥ねてすぐに逃げられてしまいます

dragline silk, an insect is very likely to just

もし牽引糸のみで巣を作れば

bounce right off. But by having really, really

虫は跳ね返されてしまうだけでしょう

stretchy capture spiral silk, the web is actually

しかし 非常に柔軟に伸縮する

able to absorb the impact

らせん状横糸があるから巣は

of that intercepted prey.

餌がかかった衝撃を

There's quite a bit of variation within

吸収することができるのです

the fibers that an individual spider can make.

クモの生成する繊維の

We call that the tool kit of a spider.

種類は実に多種多様です

That's what the spider has

クモの道具箱と呼んでいます

to interact with their environment.

環境に応じてクモは

But how about variation among spider

これらを使い分けるのです

species, so looking at one type of silk

では クモの種同士では

and looking at different species of spiders?

どの程度差があるのでしょうか？

This is an area that's largely unexplored

同じ種類の糸の特性はクモの種類によって違うのでしょうか？

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

この研究領域はまだそれほど

This is the comparison of the toughness

進んでいませんが 少しだけお見せします

of the dragline spilk spun

これは21種類のクモの