So I'd like you to join me on a field trip, and I want to go to the beach, and take you all to the beach and so enjoy the sea air and the salt spray. And let's go down to the water's edge, and you're going to notice is we're getting knocked around by the waves, and it's really difficult to stay in place. But now, look down, and what you're going to see is that the rocks are covered by all sorts of sea creatures that are just staying there in place, no problem. And it turns out that if you want to survive in this really demanding environment, your very existence is dependent upon your ability to make glue, actually.
Quisiera que me acompañen a una excursión; quiero llevarlos a la playa y disfrutar del aire de mar y del rocío salino. Vayamos hasta el borde del agua; notarán que las olas nos golpean y es muy difícil mantenerse en el lugar. Pero ahora miren hacia abajo y verán que las rocas están cubiertas por toda clase de criaturas marinas que se mantienen en su lugar sin problema. Y resulta que si Uds. quieren sobrevivir en este entorno difícil, su existencia depende de su capacidad para hacer pegamento.
So let me introduce you to some of the heroes of our story, just a few of them. So these are mussels, and you'll notice they're covering the rocks. They've made adhesives, and they're sticking down on the rocks, and they're also sticking to each other, actually. So they're hunkered down together as a group.
Les presentaré a algunos de los héroes de nuestra historia, solo algunos de ellos. Estos son mejillones y, como pueden notar, cubren las rocas. Han producido adhesivos, y así quedan pegados a las rocas, y también están pegados entre sí. Así que se resguardan juntos como grupo.
This is a close-up photograph of an oyster reef, and oysters, they're amazing. What they do is they cement to each other, and they build these huge, extensive reef systems. They can be kilometers long, they can be meters deep, and arguably, they're the most dominant influence on how healthy any coastal marine ecosystem is going to be, because what they do is they're filtering the water constantly, they're holding sand and dirt in place. Actually, other species live inside of these reefs. And then, if you think about what happens when a storm comes in, if the storm surge first has to hit miles of these reefs, the coast behind it is going to be protected. So they're really quite influential.
Este es un primer plano de un arrecife de ostras, y las ostras son asombrosas. Se adhieren unas con otras y construyen estos extensos sistemas de arrecifes con kilómetros de longitud y varios metros de profundidad. Probablemente, son la influencia más dominante en la salud de un ecosistema marino costero, ya que filtran el agua constantemente, reteniendo la arena y la suciedad. En realidad, dentro de estos arrecifes viven otras especies. Y luego, si pensamos en lo que ocurre cuando llega una tormenta: si aumenta en intensidad, primero golpeará estos extensos arrecifes, y la costa que está detrás quedará protegida. Así que ellos ejercen mucha influencia.
If you've been to any rocky beach pretty much anywhere in the world, you're probably familiar with what barnacles look like. What these animals do -- and there's many others, these are just three of them -- is they make adhesives, they stick to each other, they stick to the rocks and they build communities, and by doing this, there's a lot of survival advantages they get. So one of them is that just any individual is subjected to less of the turbulence and all the damaging features that can happen from that environment. So they're all hunkered down there.
Si alguna vez han estado en alguna playa rocosa en cualquier lugar, probablemente sabrán cómo son los percebes. Estos animales --hay muchos otros, estos solo son tres-- producen adhesivos, se pegan unos con otros, se pegan a las rocas y construyen comunidades y, de este modo, logran grandes ventajas para su supervivencia. Una de ellas es que cada individuo está sometido a menos turbulencia y todos las situaciones perjudiciales que pueden ocurrir en ese entorno. Así que están ahí, resguardados.
Then, also, there's a safety in numbers thing, because it also helps you keep away the predators, because if, say, a seagull wants to pick you up and eat you, it's more difficult for the seagull if they're all stuck together.
También ser numerosos es seguro, ya que ayuda a mantener alejados los depredadores porque, por ejemplo, si una gaviota se dispone a comerlos, le será más difícil si están todos juntos.
And then another thing is it also helps with reproductive efficiency. So you can imagine that when Mr. and Mrs. Barnacle decide, "OK, it's time to have little baby barnacles" -- I won't tell you how they do that just yet -- but when they decide it's time to do that, it's a lot easier and their reproductive efficiency is higher if they're all living close together.
Y la otra cosa es que también ayuda con la eficiencia reproductiva. Imaginen que el señor y la señora Percebe deciden: "Bien, es hora de tener pequeños bebés percebes". Todavía no les diré cómo lo hacen, pero cuando deciden que es tiempo de hacerlo, es mucho más fácil y su eficacia reproductiva es mayor si viven juntos.
So we want to understand how they do this, how do they stick, and I can't really tell you all the details, because it's something we're still trying to figure out, but let me give you a little flavor of some of the things that we're trying to do.
Así que queremos entender cómo se pegan, y no les puedo decir los detalles porque es algo que estamos tratando de entender, pero les mostraré algunas de las cosas que estamos intentando.
This is a picture of one of the aquarium systems we have in our lab, and everything in the image is part of the system, and so what we do is we keep -- and you can see in the glass tank there in the bottom, there's a bunch of mussels, we have the water chilled, we have the lights cycled, we actually have turbulence in the system because the animals make more adhesives for us when the water is turbulent. So we induce them to make the adhesive, we collect it, we study it. They're here in Indiana. As far as they know, they're in Maine in February, and they seem to be pretty happy, as far as we can tell.
Esta es una fotografía de uno de los acuarios de nuestro laboratorio y todo lo que se ve en la imagen forma parte del sistema. En la pecera de vidrio que se ve allí abajo, hay un grupo de mejillones, enfriamos el agua, circulamos las luces, y producimos turbulencia en el sistema porque los animales fabrican más adhesivos cuando el agua es turbulenta. Así que los inducimos a hacer adhesivo, lo recolectamos y lo estudiamos. Ellos están aquí en Indiana. Para ellos, están en Maine en febrero, y podemos decir que se los ve bastante felices.
And then we also work with oysters, and up top, it's a photo of a small reef in South Carolina, and what we're most interested in is seeing how they attach to each other, how they connect. And so what you can see in the bottom image is there's two oysters that are cementing to each other. And we want to know what's in between, and so a lot of times, we'll cut them and look down, and in the next series of images we have here, you can see, on the bottom, we'll have two shells, the shell of one animal and the shell of another animal, and the cement's in between. And if you look at the image on the right, what you can maybe see is that there's structure in the shell of each animal, but then, the cement actually looks different. And so we're using all sorts of fancy biology and chemistry tools to understand what's going on in there, and what we're finding is the structures are different and the chemistry is actually different, and it's quite interesting.
Y también trabajamos con ostras. Arriba hay una foto de un pequeño arrecife en Carolina del Sur, y lo que más nos interesa es ver cómo se unen unas con otras, cómo se conectan. En la imagen inferior pueden ver que hay dos ostras que se están pegando entre sí. Y queremos saber qué hay en medio, así que muchas veces las cortamos y observamos y en la próxima serie de imágenes pueden ver que en la parte inferior hay dos caparazones, el caparazón de un animal y el del otro, y el pegamento en medio. Y si observan la imagen de la derecha quizá puedan ver que en el caparazón de cada animal hay una estructura, pero el pegamento se ve diferente. Usamos toda clase de herramientas sofisticadas de biología y química para entender lo que ocurre ahí, y descubrimos que las estructuras son diferentes y que la química es diferente, y eso es muy interesante.
And then this picture -- I guess let me step back before I tell you what this is. So do you know the cartoon "The Magic School Bus"? Or if you're a little bit older, "Fantastic Voyage," right? And you remember, they had these characters that they would shrink down to these microscopic levels, and then they would sort of swirl in and swim around and fly around all these biological structures? I think of this as like that, except for it's real, in this case. And so what we did is we have two oysters that are stuck together, and this area used to be completely filled in with the cement, and what we're finding is that the cement has lots of different components in there, but broadly speaking, there are hard, non-sticky parts and there are soft, sticky parts, and what we did is we removed the non-sticky parts selectively to see what's left for what's actually attaching the animals, and what we got is this, and we can see there's this sticky adhesive that's holding them together. And I just think it's a really cool image, because you can imagine yourself flying in and going back there.
Y luego, en esta imagen... permítanme volver atrás antes de decirles de qué se trata. ¿Conocen el dibujo animado "El autobús mágico", o si son un poco mayores, "El viaje fantástico"? ¿Recuerdan que tenían esos personajes que se reducían hasta niveles microscópicos, se metían por dentro, y nadaban y volaban por todas estas estructuras biológicas? Pienso que esto es algo parecido, aunque en este caso es real. Así que tomamos dos ostras que estaban pegadas --esta parte estaba completamente rellenada con el pegamento-- y descubrimos que ese pegamento tiene muchos componentes pero, en general, hay partes duras, no pegajosas y hay partes blandas y pegajosas. Entonces quitamos selectivamente las partes no pegajosas para ver lo que quedaba, qué era lo que realmente unía a los animales y obtuvimos esto, que es el adhesivo pegajoso que las mantiene juntas. Pienso que es una imagen genial, porque uno puede imaginarse volando y llegando hasta allí.
Anyways, those are some of the things we're doing to understand how marine biology is making these materials. And from a fundamental perspective, it's really exciting to learn. But what we do want to do with this information? Well, there's a lot of technological applications if we can harness what the animals are doing.
Estas son algunas de las cosas que estamos haciendo para entender cómo la biología marina produce estos materiales. Y desde una perspectiva básica, es muy interesante de investigar. Pero, ¿qué queremos hacer con esta información? Bueno, hay muchas aplicaciones tecnológicas si logramos aprovechar lo que hacen estos animales.
So let me give you one example. So imagine you're at home and you break your favorite figurine or a mug or something like that? You want to put it back together. So where do you go? You go to my favorite place in town, which is the glue aisle of the hardware store. I know where you spend your nights, because you're all hip, cool people, because you're here, and you're going to the bars and concerts -- this is where I hang out every night. So anyways, so what I want you to do is get one of every adhesive that's on the shelf, bring it home, but before you try to put things back together, I want you to try to do it in a bucket of water. It's not going to work, right? We all know this. So obviously, marine biology has solved this, so what we need to do is figure out ways to be able to copy this ourselves. And one of the issues here is, you can't just go and get the materials from the beach, because if you get a bunch of mussels and try to milk them for their adhesive, you'll get a little bit of material, but you're never going to have enough to do anything with, just enough to see. We need to scale this up, ideally maybe train car scale.
Les daré un ejemplo. Imaginen que están en casa y rompen su estatuita favorita o un jarrito, o algo parecido. Quieren volver a unir las piezas. Así que, ¿qué hacen? Van a mi lugar favorito de la ciudad, que es la estantería de pegamentos de la ferretería. Sé dónde pasan sus noches, porque son gente moderna, divertida, porque están aquí, y van a bares y conciertos... pero aquí es donde voy yo todas las noches. Bueno, entonces quiero que Uds. tomen cada adhesivo que está en el estante lo lleven a casa, pero antes de que intenten unir las piezas quiero que traten de hacerlo en un balde con agua. No va a funcionar, ¿cierto? Todos sabemos esto. Pero la biología marina lo resolvió, así que tenemos que encontrar modos de copiar esto. Y uno de los problemas es que no pueden simplemente ir y tomar materiales de la playa porque tomarán un grupo de mejillones y si tratan de extraerles el adhesivo solo obtendrán un poquito de material, pero nunca lo suficiente para hacer algo que sirva, solo para ver. Debemos hacerlo a mayor escala, idealmente a escala del tamaño de un vagón de tren.
So on the top is an image of one of the types of molecules that the animals are using to make their glue, and what they are is they're very long molecules, they're called proteins, and these proteins happen to have some fairly unique parts in them that bring about the adhesive properties. What we want to do is take those little parts of that chemistry, and we want to put it into other long molecules that we can get but things that we can make on a really large scale, so you might know them as plastics or polymers, and so we're sort of simplifying what they do, but then putting that adhesion chemistry into these large molecules.
En la parte superior hay una imagen de uno de los tipos de moléculas que usan los animales para hacer pegamento. Son moléculas muy largas llamadas proteínas, y estas proteínas tienen partes únicas que producen las propiedades adhesivas. Queremos tomar esas partes pequeñas de esa química y ponerlas en otras moléculas largas que podamos obtener, pero cosas que podamos hacer a gran escala; quizá las conozcan como plásticos o polímeros. Estamos simplificando lo que hacen, pero queremos introducir esa química adhesiva en esas moléculas largas.
And we've developed many different adhesive systems in doing this, and when you make a new adhesive that looks pretty good, what do you do? You start running around the lab, just sticking stuff together. We took a tiny bit of a glue and glued together two pieces of metal and we wanted to hang something from it, so we used a pot of live mussels and thought we were very clever.
Para esto desarrollamos muchos sistemas adhesivos diferentes, y cuando uno hace un adhesivo nuevo que parece muy bueno, ¿qué hace? Empieza a pegar cosas por todo el laboratorio. Tomamos un poco de pegamento y pegamos dos piezas de metal y quisimos colgar algo de allí, y colgamos una olla con mejillones vivos, y nos sentimos muy inteligentes.
(Laughs)
(Risas)
We're obviously much more quantitative about this most often, and so we benchmark against commercial adhesives, and we actually have some materials now that are stronger than superglue. So to me, that's really cool. That's a good day in the lab. It's stronger than superglue.
Obviamente solemos ser más cuantitativos, y nos comparamos con los adhesivos comerciales y ahora tenemos algunos materiales más fuertes que los pegamentos instantáneos. Para mí eso es fantástico. Eso es un buen día. Es más fuerte que el pegamento instantáneo.
And here's something else that we can do. So this is a tank of seawater, and then, in that syringe is one of our adhesive formulations, and what we're doing is we're dispensing it completely underwater, on a piece of metal. And then, we want to make an adhesive bond, or joint, and so we take another piece of metal and we put it on there and just position it. And you want to let it set up for a while, give it a chance, so we'll just put a weight on it, nothing fancy. This is a tube with lead shot in it, nothing fancy. And then you let it sit for a while. So this has never seen air. It's completely underwater. And you pick it up. I never know what's going to happen. I'm always very anxious here. Pick it up ... and it's stuck.
Y también podemos hacer otra cosa. Este es un tanque con agua de mar, y esa jeringa contiene una de nuestras preparaciones adhesivas; entonces la distribuimos completamente bajo el agua sobre un trozo de metal. Y como queremos hacer una unión adhesiva, o una junta, tomamos otra pieza de metal y la colocamos ahí en posición. Y como queremos darle tiempo para que se consolide, le ponemos un peso encima... nada sofisticado. Es un tubo con una munición de plomo adentro, nada refinado. Y lo dejamos solidificar por un rato. Esto nunca estuvo al aire. Está totalmente bajo el agua. Y lo levantamos. No sabía lo que pasaría. Siempre me pongo ansioso aquí. Lo levantamos... y está pegado.
To me, this is really cool. So we can actually get very strong underwater adhesion. Possibly, it's the strongest or at least one of the strongest underwater adhesives that's ever been seen. It's even stronger than the materials that the animals produce, so for us, it's pretty exciting. It's pretty cool.
Para mí, esto es genial. Es decir que se puede conseguir una adhesión muy fuerte bajo el agua. Posiblemente es el adhesivo más fuerte o uno de los más fuertes que he visto para usar bajo el agua. Incluso es más fuerte que el material producido por los animales, así que es muy emocionante para nosotros. Es genial.
So what do we want to do with these things? Well, here are some products that you're probably really familiar with. So think about your cell phone, your laptop, plywood in most structures, the interior of your car, shoes, phone books, things like this. They're all held together with adhesives, and there's two main problems with the adhesives used in these materials. The first one is that they're toxic. So the worst offender here is plywood. Plywood, or a lot of furniture, or wood laminate in floors -- a main component of the adhesives here is formaldehyde, and it's maybe a compound you've heard of. It's a gas, and it's also a carcinogen, and so we're constructing a lot of structures from these adhesives, and we're also breathing a lot of this carcinogen. So not good, obviously. Right? The other issue is that these adhesives are all permanent. And so what do you do with your shoes or your car or even your laptop at the end of life, when you're done using it? For the most part, they end up in landfills. And there's a lot of precious materials in there we'd love to be able to get out and recycle them. We can't do it so easily because they're all stuck together permanently.
¿Y qué queremos hacer con esto? Bueno, estos son unos productos que quizá les sean familiares. Piensen en el teléfono celular, la computadora portátil, el contrachapado, el interior del auto, los zapatos, guías telefónicas, cosas como estas. Sus componentes se mantienen unidos por los adhesivos. Pero hay dos problemas con el adhesivo de estos objetos. Lo primero es que son tóxicos. El peor es el contrachapado. El contrachapado, o muchos muebles o la madera laminada de los pisos tienen como componente principal en sus adhesivos al formaldehído... Quizá hayan oído de este compuesto. Es un gas, y también un carcinógeno; con estos adhesivos construimos muchas estructuras pero también respiramos este carcinógeno. Obviamente, no muy bueno, ¿verdad? El otro problema es que estos adhesivos son permanentes. ¿Y qué hacen con los zapatos, el auto, o la computadora portátil cuando se ha terminado su vida útil? La mayoría termina en los vertederos. Y contienen materiales valiosos que podríamos sacar y reciclar. No es fácil hacerlo, porque están pegados de forma permanente. Y tenemos una iniciativa para intentar resolver algunos de estos problemas:
So here's one approach we're taking to try and solve some of these problems, and what we've done here is we've taken another long molecule that we can actually get from corn, and then into that molecule, we've put some of the adhesion chemistry from the mussels. So because we've got the corn and we've got the mussels, we call this our surf-and-turf polymer. And it sticks. It sticks really well. It's very strong. It's also bio-based. That's nice. But maybe more importantly, here, it's also degradable, and we can degrade it under very mild conditions, with water. And so what we can do is we can set things up and we can bond them strongly when we want, but then we can also take them apart. It's something we're thinking about.
hemos tomado otra molécula larga que podemos obtener del maíz y pusimos en ella algo de la química de adhesión de los mejillones. Como usamos el maíz y los mejillones lo llamamos el polímero del surf y la hierba. Y pega. Pega realmente bien. Es muy fuerte. Y tiene una base biológica, que es bueno. Pero quizá lo más importante es que es degradable y lo podemos degradar en condiciones suaves, con agua. Significa que podemos reparar algo, adherir las partes fuertemente cuando queremos, pero también separarlas. Es algo en lo que estamos pensando.
And here is a place where a lot of us want to be. Well, actually, in this specific case, this is a place we do not want to be, but we'd like to replace this. So sutures, staples, screws: this is how we put you back together if you've had some surgery or an injury. It's just awful. It hurts. In the case of the sutures, look at how much you're making concentrated, mechanical stresses as you pull things together. You're making sites for infection. Poke holes in healthy tissue. It's not so good.
Y muchos querríamos estar en esta situación. Bueno, en este caso es una situación en la que no queremos estar, sino que queremos reemplazarla. Suturas, grapas, tornillos... Así hacemos las uniones cuando hay una operación o una herida. Es horrible. Duele. En el caso de las suturas, observen toda la tensión mecánica y puntual para unir las cosas. Dan lugar a infecciones, hacen agujeros en el tejido sano. No es bueno.
Or if you need a plate to hold together your bones, look at how much healthy bone you have to drill out just to hold the plate in place. So this is awful. To me, it looks like these were things devised in a medieval torture chamber, but it's our modern surgical joinery. So I'd love it if we could replace systems like these with adhesives. We're working on this, but this is not easy.
O si necesitan una placa para unir los huesos, observen cuánto hueso sano debe perforarse para sostener la placa. Es horrible. Para mí, parecen cosas diseñadas en una cámara de tortura medieval, pero es nuestra cirugía moderna. Me encantaría que podamos reemplazar sistemas como estos con adhesivos. Estamos trabajando en esto, pero no es fácil.
So think about what you would need for adhesives in these cases. So first of all, you would need an adhesive that is going to set in a wet environment. And if you look at the silly little picture there, it's just to illustrate that our bodies are about 60 percent water, so it's a wet environment. It's also to illustrate that this is why I am a scientist and not an artist. I did not miss my calling at all.
Piensen qué adhesivos necesitarían en estos casos. Primero, necesitarían adhesivos que solidifiquen en un entorno húmedo. Y esta pequeña imagen un poco tonta es para ilustrar que nuestro cuerpo es un 60 % agua, que es un entorno húmedo. También es para ilustrar por qué soy científico y no artista. No me equivoqué para nada.
So then the other requirements you need for a good biomedical adhesive: it needs to bond strongly, of course, and it needs to not be toxic. You don't want to hurt the patients. And getting any two of those requirements in a material is pretty easy. It's been done many times. But getting all three hasn't been done. It's very hard. And if you start talking to surgeons, they get picky -- "Oh, actually I want the adhesive to set on the same time frame as the surgery." Or, "Oh, I want the adhesive to degrade so the patient's tissues can remodel the site."
Y los otros requisitos para lograr un buen adhesivo biomédico son: debe adherirse fuertemente, por supuesto, y no ser tóxico. No queremos dañar a los pacientes. Y lograr cualquiera de esos requisitos en un material es bastante fácil. Se hizo muchas veces. Pero conseguir los tres juntos, no. Es muy difícil. Y si hablamos con los cirujanos, ellos son muy quisquillosos: "Quiero que el adhesivo solidifique dentro del mismo período de la cirugía". O: "Quiero que el adhesivo se degrade así los tejidos del paciente remodelan el sitio".
So this is really hard. We're working on it. This is just one image we have. So what we're doing is we're getting all sorts of bones and skin and soft and hard tissue, and sometimes we'll whack it with a hammer. Usually, we're cutting it in precise shapes. And then we glue them back together.
Así que es muy difícil. Estamos trabajando en ello. Esta es solo una de las imágenes. Así que conseguimos toda clase de huesos y piel, y tejido duro y blando, y a veces los golpeamos con un martillo. Normalmente los cortamos en forma precisa, y después los pegamos.
We've got some exciting results, some strong materials, some things that look like they're not toxic, they set wet, but I'm not going to tell you we've solved the wet adhesion problem, because we haven't, but it's certainly in our sights for the future. So that's one place that we'd like to see things go farther down the road. And there are a lot of other places, too, you can imagine we might be better off if we could get more adhesives in there. Even cosmetics. So if you think about people putting on fake nails or eyelash extensions, what do they use? They use very toxic adhesives right now. So it's just ripe for replacement. That's something we'd like to do.
Obtuvimos resultados interesantes, algunos materiales fuertes, cosas que parecen no ser tóxicas, que solidifican húmedas, pero no les diré que resolvimos el problema de la adhesión húmeda, porque no es así, pero es una de nuestras visiones para el futuro. Esto es algo donde me gustaría ver un avance. Y, como pueden imaginar, hay muchas otras cosas que podríamos mejorar si pudiéramos introducir más adhesivos. Incluso los cosméticos. Si piensan en la gente que usa uñas o pestañas postizas, ¿qué usan? Actualmente están usando adhesivos muy tóxicos. Es el momento de reemplazarlos. Eso es algo que me gustaría hacer.
And then there are other places too. So think about cars and planes. The lighter you can make them, the more fuel-efficient they're going to be. And so if we can get away from rivets and get away from welding and put more adhesives in there, then we might be better off with our future generation of transportation.
Y hay otras cosas también. Piensen en los autos y aviones. Cuanto más livianos son, más eficiente es el consumo de combustible. Y si pudiéramos liberarnos de los remaches y las soldaduras y poner más adhesivos quizá nos iría mejor con la futura generación de transportes.
So for us, this all comes back to the beach. So we look around and we wonder, "How do these sea creatures stick? And what can we do with the technology?" And I would argue that we have really a lot of things we can still learn from biology and from nature.
Así que todo nos lleva de vuelta a la playa. Miramos alrededor y nos preguntamos: "¿Cómo se pegan las criaturas marinas? ¿Qué podemos hacer con la tecnología?" Y diría que todavía hay mucho por aprender de la biología y de la naturaleza.
So what I would like to encourage you all to do in the future is put down your nonrecyclable laptops and cell phones and go out and explore the natural world and then start asking some of your own questions.
Así que me gustaría alentarlos a que en el futuro dejen sus computadoras portátiles no reciclables y sus teléfonos móviles, salgan a explorar el mundo natural y empiecen a hacer sus propias preguntas.
Thanks very much.
Muchas gracias.
(Applause)
(Aplausos)