ABOUT THE SPEAKER
Sheila Patek - Biologist, biomechanics researcher
Biologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants.

Why you should listen

Sheila Patek, a UC Berkeley biologist, made a name for herself by measuring the hyperfast movements of snail-smashing mantis shrimp heels and bug-snapping ant jaws, using high-speed video cameras recording at up to 20,000 frames per second. In 2004, she and her team showed that peacock mantis shrimp had the fastest feeding strike in the animal kingdom, and that they are the only known animal to store energy in a hyperbolic paraboloid, a super-strong Pringles-shaped structure more often found in modern architecture.

Then in 2006, she and her team announced that trap-jaw ants had stolen the title of fastest striker from the mantis shrimp, when their research measured the ants' snapping jaws at an awesome 78 to 145 miles per hour, accelerating at 100,000 times the force of gravity. Patek's previous research focused on the sounds made by spiny lobsters, discovering that they used a mechanism similar to a violin. In 2004, she was named one of Popular Science magazine's "Brilliant 10." The Patek Lab at University of Massachusetts Amherst, where Patek is the principal investigator, continues to explore evolutionary questions through the integration of physiology, biomechanics, evolutionary analysis and animal behavior.

More profile about the speaker
Sheila Patek | Speaker | TED.com
TED2004

Sheila Patek: The shrimp with a kick!

シーラ・パテク: 痛快なエビの一撃

Filmed:
1,659,037 views

生物学者、シーラ・パテクがシャコの捕食攻撃を測定した彼女の研究に関してお話します。この動きは動物の世界では最も速い動きの一つで、毎秒20,000フレームのカメラが使用されました。
- Biologist, biomechanics researcher
Biologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants. Full bio

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

00:25
If you'dあなたは like to learn学ぶ how to play遊びます the lobsterロブスター, we have some here.
0
0
3000
ロブスターの扱い方を知りたければ
00:28
And that's not a joke冗談で, we really do.
1
3000
2000
ここにありますよ 本当です
00:30
So come up afterwardsその後 and I'll showショー you how to play遊びます a lobsterロブスター.
2
5000
3000
後で来ていただければ
扱い方を教えてあげます
00:33
So, actually実際に, I started開始した workingワーキング on what's calledと呼ばれる the mantisマイマイ shrimpエビ
3
8000
4000
本当は 私は数年前から
音を発する
00:37
a few少数 years年 ago前 because they make sound音.
4
12000
3000
シャコについて
研究を始めています
00:40
This is a recording録音 I made製 of a mantisマイマイ shrimpエビ
5
15000
2000
これがカリフォルニア沖に生息する
00:42
that's found見つけた off the coast海岸 of Californiaカリフォルニア.
6
17000
2000
シャコの発する音の録音です
00:55
And while that's an absolutely絶対に fascinating魅力的な sound音,
7
30000
3000
まったくもって素晴らしい
音なのですが
00:58
it actually実際に turnsターン out to be a very difficult難しい projectプロジェクト.
8
33000
3000
この研究は難しいプロジェクトになりました
01:01
And while I was struggling苦しい to figure数字 out how and why mantisマイマイ shrimpエビ,
9
36000
5000
そして シャコ もしくは口脚目が
音を出すメカニズムと理由の解明に
01:06
or stomatopods胃ポッド, make sound音, I started開始した to think about their彼らの appendages付属器.
10
41000
4000
苦しんでいる時に
ふと彼らの脚に関して考えました
01:10
And mantisマイマイ shrimpエビ are calledと呼ばれる "mantisマイマイ shrimpエビ" after the praying祈る mantisesカボチャ,
11
45000
3000
このシャコはカマキリのように
捕食のための
01:13
whichどの alsoまた、 have a fast速い feeding給餌 appendage付属器. And I started開始した to think,
12
48000
4000
素早い手足を持つため「カマキリエビ」
と呼ばれています
01:17
well, maybe it will be interesting面白い, while listening聞いている to their彼らの sounds音,
13
52000
3000
音の研究のついでに
この素早い捕食攻撃を
01:20
to figure数字 out how these animals動物 generate生成する very fast速い feeding給餌 strikesストライク.
14
55000
3000
どのように繰り出しているのか
探りたくなりました
01:23
And so today今日 I'll talk about the extreme極端な stomatopod胃ポッド strikeストライク,
15
58000
4000
そこで今日はシャコが繰り出す
強烈な一撃について話します
01:27
work that I've done完了 in collaborationコラボレーション with Wyattワイアット Korffコフ and Royロイ Caldwellコールドウェル.
16
62000
3000
これはワイアット・コーフと
ロイ・コールドウェルとの共同研究です
01:30
So, mantisマイマイ shrimpエビ come in two varieties品種:
17
65000
3000
さて シャコには二つのタイプがあります
槍型と粉砕型です
01:33
there are spearers発言者 and smashersスマッシャー.
18
68000
2000
さて シャコには二つのタイプがあります
槍型と粉砕型です
01:35
And this is a spearing槍打ち mantisマイマイ shrimpエビ, or stomatopod胃ポッド.
19
70000
3000
そしてこれが槍型の
シャコ（口脚目）です
01:38
And he lives人生 in the sand砂, and he catchesキャッチ things that go by overheadオーバーヘッド.
20
73000
5000
彼らは砂の中に住み
上を通る獲物を捕食します
01:43
So, a quickクイック strikeストライク like that. And if we slowスロー it down a bitビット,
21
78000
5000
このような素早い一撃で
そしてスローで再生してみましょう
01:48
this is the mantisマイマイ shrimpエビ -- the same同じ species種 --
22
83000
2000
これは同じ種類のシャコです
01:50
recorded記録された at 1,000 framesフレーム a second二番,
23
85000
2000
１秒1000フレームで撮影して
01:52
playedプレーした back at 15 framesフレーム per〜ごと second二番.
24
87000
2000
１秒15フレームで再生しています
01:54
And you can see it's just a really spectacular素晴らしい extension拡張 of the limbs手足,
25
89000
6000
見て頂ければわかりますように
素晴らしい脚の伸びですよね
02:00
exploding爆発する upward上向き to actually実際に just catchキャッチ
26
95000
3000
私の用意した 餌用のエビを
捕まえるために
02:03
a deadデッド pieceピース of shrimpエビ that I had offered提供された it.
27
98000
2000
上に向かって爆発してるようです
02:05
Now, the other typeタイプ of mantisマイマイ shrimpエビ is the smasherスマッシャー stomatopod胃ポッド,
28
100000
5000
シャコのもう一つのタイプは
粉砕型口脚目ですが
02:10
and these guys open開いた up snailsカタツムリ for a living生活.
29
105000
3000
彼らは貝類の殻を壊して
食べています
02:13
And so this guy gets取得 the snailカタツムリ all setセット up and gives与える it a good whack打撃.
30
108000
5000
このように貝を設置して
強烈なパンチをお見舞いします
02:18
(Laughter笑い)
31
113000
1000
（笑）
02:19
So, I'll play遊びます it one more time.
32
114000
2000
もう１度再生します
02:21
He wiggles揺れる it in place場所, tugsタグボート it with his nose鼻, and smashスマッシュ.
33
116000
4000
貝を揺り動かして移動し
鼻を使って少し引いて 叩きます
02:25
And a few少数 smashes砕く later後で, the snailカタツムリ is broken壊れた open開いた, and he's got a good dinnerディナー.
34
120000
7000
数回のパンチで 殻は砕け
彼はご馳走にありつけました
02:32
So, the smasherスマッシャー raptorial猛禽類 appendage付属器 can stab刺す with a pointポイント at the end終わり,
35
127000
4000
この粉砕型の捕脚は
先端を使って刺すこともできれば
02:36
or it can smashスマッシュ with the heelヒール.
36
131000
2000
踵で叩くこともできます
02:38
And today今日 I'll talk about the smashingスマッシュ typeタイプ of strikeストライク.
37
133000
3000
今日はこの叩く攻撃について話します
02:41
And so the first question質問 that came来た to mindマインド was,
38
136000
2000
私の頭をよぎった最初の疑問は
この足の動くスピードです
02:43
well, how fast速い does this limb手足 move動く?
39
138000
3000
私の頭をよぎった最初の疑問は
この足の動くスピードです
02:46
Because it's moving動く prettyかなり darn駄目 fast速い on that videoビデオ.
40
141000
3000
ビデオで見る限り
ものすごい速さです
02:49
And I immediatelyすぐに came来た upon〜に a problem問題.
41
144000
3000
私はすぐに一つの壁に
ぶち当たりました
02:52
Everyすべて singleシングル high-speed高速 videoビデオ systemシステム in the biology生物学 department部門
42
147000
3000
バークレーの生物学科が持つ
ハイスピード用の
02:55
at Berkeleyバークレー wasn'tなかった fast速い enough十分な to catchキャッチ this movement移動.
43
150000
4000
ビデオカメラは
この動きを捉えるには遅すぎたのです
02:59
We simply単に couldn'tできなかった captureキャプチャー it on videoビデオ.
44
154000
2000
単純に撮れませんでした
03:01
And so this had me stymied停滞した for quiteかなり a long period期間 of time.
45
156000
3000
これにより しばらく
困った状態に陥ってましたが
03:04
And then a BBCBBC crewクルー came来た cruisingクルージング throughを通して the biology生物学 department部門,
46
159000
3000
ある日 BBCの方が
生物学における
03:07
looking for a storyストーリー to do about new新しい technologiesテクノロジー in biology生物学.
47
162000
5000
新技術の話を求めて
うちの生物学科にやってきました
03:12
And so we struck打たれた up a deal対処.
48
167000
2000
そこで一つ取引を持ちかけました
03:14
I said, "Well, if you guys rent家賃 the high-speed高速 videoビデオ systemシステム
49
169000
2000
「この動きを捉えきれるような
03:16
that could captureキャプチャー these movements動き,
50
171000
2000
ハイスピードビデオカメラを
03:18
you guys can film膜 us collecting収集する the dataデータ."
51
173000
3000
貸していただければ
研究を撮ってもいい」と
03:21
And believe it or not, they went行った for it. (Laughter笑い)
52
176000
2000
なんと 成立しました
（笑）
03:23
So we got this incredible信じられない videoビデオ systemシステム. It's very new新しい technology技術 --
53
178000
4000
なので 私たちは素晴らしい
ビデオシステム なんと１年前に
03:27
it just came来た out about a year年 ago前 --
54
182000
2000
出たばかりの最新技術を手に入れ
03:29
that allows許す you to film膜 at extremely極端な high高い speedsスピード in low低い light光.
55
184000
5000
ものすごく速い動きを
光の少ない中でも撮れるようになりました
03:34
And low低い light光 is a criticalクリティカルな issue問題 with filming撮影 animals動物,
56
189000
2000
少ない光は動物を撮る上で重要です
03:36
because if it's too high高い, you fry稚魚 them. (Laughter笑い)
57
191000
3000
強すぎると焼いてしまいますからね
（笑）
03:39
So this is a mantisマイマイ shrimpエビ. There are the eyes目 up here,
58
194000
5000
さて これがシャコになります
ここに目があり そして
03:44
and there's that raptorial猛禽類 appendage付属器, and there's the heelヒール.
59
199000
3000
ここに捕脚があり これが踵です
03:47
And that thing's物事 going to swingスイング around and smashスマッシュ the snailカタツムリ.
60
202000
3000
この踵を振って
貝に打撃を与えます
03:50
And the snail'sカタツムリ wired有線 to a stickスティック,
61
205000
1000
撮影しやすくするために
貝は棒に縛り上げています そして
03:51
so he's a little bitビット easierより簡単に to setセット up the shotショット. And -- yeah.
62
206000
4000
撮影しやすくするために
貝は棒に縛り上げています そして
03:55
(Laughter笑い)
63
210000
2000
（笑）
03:57
I hope希望 there aren'tない any snailカタツムリ rights権利 activists活動家 around here.
64
212000
3000
ここに貝の愛護団体が
いないといいのですが…
04:00
(Laughter笑い)
65
215000
2000
（笑）
04:02
So this was filmed撮影された at 5,000 framesフレーム per〜ごと second二番,
66
217000
5000
さて この映像は毎秒
5,000フレームで撮影しました
04:07
and I'm playing遊ぶ it back at 15. And so this is slowed減速した down 333 times回.
67
222000
5000
そして毎秒15フレームで再生しています
なので333倍遅くしています
04:12
And as you'llあなたは notice通知, it's still prettyかなり goshうんざり darn駄目 fast速い
68
227000
3000
見たらわかりますが
それでもかなり速いです
04:15
slowed減速した down 333 times回. It's an incredibly信じられないほど powerful強力な movement移動.
69
230000
4000
333倍遅くしているんですよ
すごく力強い動きですよね
04:19
The whole全体 limb手足 extends拡張する out. The body体 flexes屈曲 backwards後方に --
70
234000
3000
脚は伸びきって
体がのけ反っています
04:22
just a spectacular素晴らしい movement移動.
71
237000
3000
ただただ素晴らしい動きです
04:25
And so what we did is, we took取った a look at these videosビデオ,
72
240000
2000
そして私たちはこのビデオから
04:27
and we measured測定された how fast速い the limb手足 was moving動く
73
242000
2000
最初の疑問を解明するために
04:29
to get back to that original元の question質問.
74
244000
2000
脚が動く速さを測定しました
04:31
And we were in for our first surprise驚き.
75
246000
3000
そして最初の驚きに出会いました
04:34
So what we calculated計算された was that the limbs手足 were moving動く
76
249000
3000
私たちの計算では
この脚の動きの最高速度は
04:37
at the peakピーク speed速度 ranging範囲 from 10 metersメートル per〜ごと second二番
77
252000
2000
毎秒10メートルから なんと
04:39
all the way up to 23 metersメートル per〜ごと second二番.
78
254000
2000
23メートルだったのです
04:41
And for those of you who prefer好む milesマイル per〜ごと hour時間,
79
256000
2000
もし時速で言った方がよければ
04:43
that's over 45 milesマイル per〜ごと hour時間 in water水. And this is really darn駄目 fast速い.
80
258000
5000
水の中で時速72キロになります
ものすごく速いですよね
04:48
In fact事実, it's so fast速い we were ableできる to add追加する a new新しい pointポイント
81
263000
4000
実は あまりにも速いために
動物の動きのスペクトラムに
04:52
on the extreme極端な animal動物 movement移動 spectrumスペクトラム.
82
267000
3000
新しい点を追加することになりました
04:55
And mantisマイマイ shrimpエビ are officially正式に the fastest最も速い measured測定された feeding給餌 strikeストライク
83
270000
3000
そしてシャコは公式に
全動物中 最も速い
04:58
of any animal動物 systemシステム. So our first surprise驚き.
84
273000
4000
捕食攻撃を持つことになったのです
ビックリでした
05:02
(Applause拍手)
85
277000
1000
（拍手）
05:03
So that was really coolクール and very unexpected予想外の.
86
278000
3000
これはすごく面白くて
意外な発見でした
05:06
So, you mightかもしれない be wondering不思議, well, how do they do it?
87
281000
3000
では どうしたら
こんな事が出来るのか？
05:09
And actually実際に, this work was done完了 in the 1960s
88
284000
3000
実は 1960年代に有名な生物学者
マルコム・バローズが研究をしていました
05:12
by a famous有名な biologist生物学者 named名前 Malcolmマルコム Burrowsバローズ.
89
287000
2000
実は 1960年代に有名な生物学者
マルコム・バローズが研究をしていました
05:14
And what he showed示した in mantisマイマイ shrimpエビ is that they use
90
289000
3000
それによれば シャコは
「歯止め機構」もしくは
05:17
what's calledと呼ばれる a "catchキャッチ mechanism機構," or "clickクリック mechanism機構."
91
292000
3000
「クリック止め」と呼ばれるものを
使っています
05:20
And what this basically基本的に consists〜する of is a large大 muscle筋
92
295000
4000
これは基本的に 収縮に
長時間かかる大きな筋肉と
05:24
that takes a good long time to contract契約する,
93
299000
2000
それに伴うどのような動きも防ぐ
ラッチから成り立っています
05:26
and a latchラッチ that prevents予防する anything from moving動く.
94
301000
3000
それに伴うどのような動きも防ぐ
ラッチから成り立っています
05:29
So the muscle筋 contracts契約, and nothing happens起こる.
95
304000
2000
筋肉は収縮しますが何も起きません
05:31
And once一度 the muscle's筋肉 contracted契約した completely完全に, everything'sすべての stored保存された up --
96
306000
3000
そして筋肉が収縮しきったら
力が溜まって
05:34
the latchラッチ flies飛行機 upward上向き, and you've got the movement移動.
97
309000
4000
ラッチが上に外れ
捕食攻撃の動作になります
05:38
And that's basically基本的に what's calledと呼ばれる a "powerパワー amplification増幅 systemシステム."
98
313000
3000
これが「パワー増幅システム」
と呼ばれるものです
05:41
It takes a long time for the muscle筋 to contract契約する,
99
316000
2000
筋肉の収縮には長時間かかり
05:43
and a very shortショート time for the limb手足 to fly飛ぶ out.
100
318000
2000
短時間で脚が伸び切ります
05:45
And so I thought that this was sortソート of the end終わり of the storyストーリー.
101
320000
3000
これで説明はついたかと思いました
05:48
This was how mantisマイマイ shrimpsエビ make these very fast速い strikesストライク.
102
323000
4000
これがシャコがとても速い攻撃
を繰り出す方法だと
05:52
But then I took取った a trip旅行 to the Nationalナショナル Museum博物館 of Naturalナチュラル History歴史.
103
327000
4000
しかし 私が国立自然史博物館を
訪れた時
05:56
And if any of you ever have a chanceチャンス,
104
331000
2000
ちなみに もし行くことがあれば
05:58
backstage舞台裏 of the Nationalナショナル Museum博物館 of Naturalナチュラル History歴史
105
333000
2000
この博物館の裏側には
06:00
is one of the world's世界の bestベスト collectionsコレクション of preserved保存された mantisマイマイ shrimpエビ. And what --
106
335000
4000
世界一のシャコの標本の
コレクションがあります そして--
06:04
(Laughter笑い)
107
339000
1000
（笑）
06:05
this is serious深刻な businessビジネス for me.
108
340000
2000
ちゃんとした仕事なんですよ 私には
06:07
(Laughter笑い)
109
342000
1000
（笑）
06:08
So, this -- what I saw, on everyすべて singleシングル mantisマイマイ shrimpエビ limb手足,
110
343000
5000
そこで私が見つけたのは
槍型 粉砕型に関わらず
06:13
whetherかどうか it's a spearer発言者 or a smasherスマッシャー,
111
348000
2000
全てのシャコの脚の
06:15
is a beautiful綺麗な saddle-shaped鞍型 structure構造
112
350000
2000
上部に存在する 美しい
06:17
right on the top上 surface表面 of the limb手足. And you can see it right here.
113
352000
4000
鞍の様な構造です
ここの部分のことです
06:21
It just looks外見 like a saddleサドル you'dあなたは put on a horseうま.
114
356000
2000
馬につける鞍にそっくりです
06:23
It's a very beautiful綺麗な structure構造.
115
358000
2000
非常に美しい構造です
06:25
And it's surrounded囲まれた by membranous膜性の areasエリア. And those membranous膜性の areasエリア
116
360000
5000
そしてこの構造は膜質の部分に
囲まれています ということは
06:30
suggested示唆 to me that maybe this is some kind種類 of dynamically動的に flexibleフレキシブル structure構造.
117
365000
4000
この鞍の様な構造は 動的で
柔軟なものだと私は考えました
06:34
And this really sortソート of had me scratching引っ掻く my head頭 for a while.
118
369000
3000
この発見はしばらく私の
頭を悩ませました
06:37
And then we did a seriesシリーズ of calculations計算, and what we were ableできる to showショー
119
372000
4000
その後 一連の計算を行って
我々が示せたのは
06:41
is that these mantisマイマイ shrimpエビ have to have a spring春.
120
376000
4000
シャコ達にはバネのような
ものが必要だということです
06:45
There needsニーズ to be some kind種類 of spring-loadedスプリング式 mechanism機構
121
380000
3000
私たちが観察した程の
力を スピードを
06:48
in order注文 to generate生成する the amount量 of force力 that we observe観察する,
122
383000
2000
システム全体のアウトプットを
06:50
and the speed速度 that we observe観察する, and the output出力 of the systemシステム.
123
385000
3000
生み出すには
バネに力をためる必要があります
06:53
So we thought, OK, this must必須 be a spring春 --
124
388000
3000
そこで私たちは これがバネだと
考えました
06:56
the saddleサドル could very well be a spring春.
125
391000
2000
鞍はバネになりえると
06:58
And we went行った back to those high-speed高速 videosビデオ again,
126
393000
2000
ハイスピードビデオに戻ると
07:00
and we could actually実際に visualize視覚化する the saddleサドル compressing圧縮する and extending拡張する.
127
395000
6000
実際にこの鞍が縮み その後
伸びているのが見えました
07:06
And I'll just do that one more time.
128
401000
3000
もう１回お見せします
07:09
And then if you take a look at the videoビデオ --
129
404000
2000
そしてビデオをみて頂くと
07:11
it's a little bitビット hardハード to see -- it's outlined説明された in yellow黄.
130
406000
2000
少し見づらいです 黄色の部分が鞍で
実際に攻撃の最中
07:13
The saddleサドル is outlined説明された in yellow黄. You can actually実際に see it
131
408000
2000
少し見づらいです 黄色の部分が鞍で
実際に攻撃の最中
07:15
extending拡張する over the courseコース of the strikeストライク, and actually実際に hyperextending過伸張.
132
410000
4000
この鞍が伸びる
それも過度に伸びるのが見えます
07:19
So, we've私たちは had very solid固体 evidence証拠 showing表示
133
414000
2000
なので 私たちはこの鞍の様な
07:21
that that saddle-shaped鞍型 structure構造 actually実際に compresses圧縮する and extends拡張する,
134
416000
4000
構造が実際に伸縮しているという
確固たる証拠を手に入れました
07:25
and does, in fact事実, function関数 as a spring春.
135
420000
2000
そして実際にバネのように働きます
07:27
The saddle-shaped鞍型 structure構造 is alsoまた、 known既知の as a "hyperbolic双曲線 paraboloid放物面 surface表面,"
136
422000
5000
鞍のような形は 「双曲的放物面」
もしくは「鞍型曲面」
07:32
or an "anticlastic粘弾性の surface表面."
137
427000
2000
としても知られています
07:34
And this is very well known既知の to engineersエンジニア and architects建築家,
138
429000
2000
建築家や技術者は この面が
07:36
because it's a very strong強い surface表面 in compression圧縮.
139
431000
3000
収縮に対し非常に強い面だと
知っています
07:39
It has curvesカーブ in two directions行き方,
140
434000
2000
これには２方向に走る曲線
07:41
one curve曲線 upward上向き and opposite反対の transverse横 curve曲線 down the other,
141
436000
3000
上に曲がる線と それを横切る
下に曲がる線があります
07:44
so any kind種類 of perturbation摂動 spreadsスプレッド the forces力
142
439000
3000
それにより この様な構造では
07:47
over the surface表面 of this typeタイプ of shape形状.
143
442000
3000
如何なる摂動も
面上で分散されます
07:50
So it's very well known既知の to engineersエンジニア, not as well known既知の to biologists生物学者.
144
445000
4000
なので技術者はよく知っていて
生物学者はそうでもないのですが
07:54
It's alsoまた、 known既知の to quiteかなり a few少数 people who make jewelry宝石,
145
449000
4000
実は宝飾品を作る一部の人々にも
少ない材料で作れて
07:58
because it requires要求する very little material材料
146
453000
3000
強いものが出来あがる
08:01
to buildビルドする this typeタイプ of surface表面, and it's very strong強い.
147
456000
3000
構造として知られています
08:04
So if you're going to buildビルドする a thin薄いです goldゴールド structure構造,
148
459000
2000
薄い金の構造を作る時 形は
08:06
it's very niceいい to have it in a shape形状 that's strong強い.
149
461000
2000
強いものにしておきたいですよね
08:08
Now, it's alsoまた、 known既知の to architects建築家. One of the most最も famous有名な architects建築家
150
463000
5000
また 建築家もよく知っています
非常に有名な建築家
08:13
is Eduardoエドゥアルド Catalanoカタラーノ, who popularized普及した this structure構造.
151
468000
3000
エドワード・カタラノが
この構造を有名にしました
08:16
And what's shown示された here is a saddle-shaped鞍型 roofルーフ that he built建てられた
152
471000
3000
これは彼が建築した鞍型の屋根で
08:19
that's 87 and a halfハーフ feetフィート spanwise翼幅方向.
153
474000
4000
87.5フィートの長さで
（26.7 メートル）
08:23
It's two and a halfハーフ inchesインチ thick厚い, and supportedサポートされる at two pointsポイント.
154
478000
3000
厚さ2.5インチ（6.4 cm)
支えは２点だけです
08:26
And one of the reasons理由 why he designed設計 roofs屋根 this way is because it's --
155
481000
5000
そして彼がこのように
屋根を設計したのは 彼が
08:31
he found見つけた it fascinating魅力的な that you could buildビルドする suchそのような a strong強い structure構造
156
486000
4000
この様な強い構造を
少ない材料と少ない支えで
08:35
that's made製 of so few少数 materials材料 and can be supportedサポートされる by so few少数 pointsポイント.
157
490000
4000
作成できることに魅了されたからです
08:39
And all of these are the same同じ principles原則 that apply適用する
158
494000
4000
この様な基本的な原理は
シャコの鞍型バネにも当てはまります
08:43
to the saddle-shaped鞍型 spring春 in stomatopods胃ポッド.
159
498000
2000
この様な基本的な原理は
シャコの鞍型バネにも当てはまります
08:45
In biological生物学的 systemsシステム it's important重要 not to have a whole全体 lot
160
500000
3000
生物学的なシステムを
組み上げる時に
08:48
of extra余分な material材料 requirements要件 for building建物 it.
161
503000
3000
無駄な材料を最低限に
抑えることは重要です
08:51
So, very interesting面白い parallels並行 betweenの間に the biological生物学的
162
506000
3000
これは非常に興味深い
生物学と
08:54
and the engineeringエンジニアリング worlds世界. And interestingly興味深いことに, this turnsターン out --
163
509000
4000
エンジニアリングとの間の類似でした
さらに興味深いことに
08:58
the stomatopod胃ポッド saddleサドル turnsターン out to be the first
164
513000
2000
シャコの鞍は最初に解明された
09:00
described記載された biological生物学的 hyperbolic双曲線 paraboloid放物面 spring春.
165
515000
3000
生物学的双曲的放物面の
バネとなりました
09:03
That's a bitビット long, but it is sortソート of interesting面白い.
166
518000
3000
少し長いフレーズですが
面白いですよね
09:06
So the next次 and final最後の question質問 was, well, how much force力
167
521000
3000
次の そして最後の質問は
シャコが
09:09
does a mantisマイマイ shrimpエビ produce作物 if they're ableできる to breakブレーク open開いた snailsカタツムリ?
168
524000
4000
貝を壊し 開けるために
どれくらいの力を出しているかです
09:13
And so I wired有線 up what's calledと呼ばれる a load負荷 cell細胞.
169
528000
2000
そこで私はロードセルという
09:15
A load負荷 cell細胞 measures措置 forces力, and this is actually実際に
170
530000
2000
小さな圧電素子である結晶の
09:17
a piezoelectronic圧電式 load負荷 cell細胞 that has a little crystal結晶 in it.
171
532000
3000
入った計測装置を括り付けました
09:20
And when this crystal結晶 is squeezed圧搾した, the electrical電気 propertiesプロパティ change変化する
172
535000
4000
この結晶が押しつぶされると
加えられた力に比例して
09:24
and it -- whichどの -- in proportion割合 to the forces力 that go in.
173
539000
2000
電気的な特性が変化します
09:26
So these animals動物 are wonderfullyすばらしい aggressive積極的な,
174
541000
3000
この動物は素晴らしく攻撃的で
09:29
and are really hungry空腹 all the time. And so all I had to do
175
544000
3000
いつもお腹を空かせているので
09:32
was actually実際に put a little shrimpエビ pasteペースト on the frontフロント of the load負荷 cell細胞,
176
547000
3000
エビのペーストを少し
ロードセルの前に置けば
09:35
and they'd彼らは smashスマッシュ away at it.
177
550000
2000
それを叩いてくれます
09:37
And so this is just a regular定期的 videoビデオ of the animal動物
178
552000
4000
そしてこれが この動物が
ロードセルを
09:41
just smashingスマッシュ the heck地獄 out of this load負荷 cell細胞.
179
556000
3000
力いっぱい叩いている映像です
09:44
And we were ableできる to get some force力 measurements測定値 out.
180
559000
3000
これで力の計測値を得ることが出来ました
09:47
And again, we were in for a surprise驚き.
181
562000
2000
またまた驚きがありました
09:49
I purchased購入した a 100-pound-ポンド load負荷 cell細胞, thinking考え,
182
564000
2000
私たちはこの大きさの動物だと
09:51
no animal動物 could produce作物 more than 100 poundsポンド at this sizeサイズ of an animal動物.
183
566000
4000
100ポンド（45.4 kg)の力は出せないと思い
100ポンド用ロードセルを買いました
09:55
And what do you know? They immediatelyすぐに overloaded過負荷 the load負荷 cell細胞.
184
570000
2000
すぐに計測範囲外になりました
09:57
So these are actually実際に some old古い dataデータ
185
572000
2000
これは私が１番小さい固体を
09:59
where I had to find the smallest最小 animals動物 in the lab研究室,
186
574000
2000
探して取った古いデータで
10:01
and we were ableできる to measure測定 forces力 of well over 100 poundsポンド
187
576000
3000
それでも100ポンド以上の力を
計測しました
10:04
generated生成された by an animal動物 about this big大きい.
188
579000
3000
このぐらいの大きさの動物がです
10:07
And actually実際に, just last week週間 I got a 300-pound-ポンド load負荷 cell細胞
189
582000
2000
実際 つい先週 300ポンド用
10:09
up and runningランニング, and I've clockedクロックされた these animals動物 generating生成する
190
584000
3000
ロードセルを手に入れた所
200ポンド以上の力が
10:12
well over 200 poundsポンド of force力.
191
587000
2000
測定されました
10:14
And again, I think this will be a world世界 record記録.
192
589000
3000
これも 世界記録になると思います
10:17
I have to do a little bitビット more backgroundバックグラウンド reading読書,
193
592000
2000
もう少し調査しなければいけませんが
10:19
but I think this will be the largest最大 amount量 of force力 produced生産された
194
594000
3000
私はこれが動物が生み出す最も大きな
10:22
by an animal動物 of a given与えられた -- per〜ごと body体 mass質量. So, really incredible信じられない forces力.
195
597000
5000
単位重量あたりの力になると思います
ものすごい力です
10:27
And again, that bringsもたらす us back to the importance重要度 of that spring春
196
602000
3000
これでまた 力をため
たくさんのエネルギーを
10:30
in storing保存する up and releasing解放する so much energyエネルギー in this systemシステム.
197
605000
4000
放出することを可能にする
先ほどのバネが重要だと分かります
10:34
But that was not the end終わり of the storyストーリー.
198
609000
2000
しかし 話はここで終わりません
10:36
Now, things -- I'm making作る this sound音 very easy簡単, this is actually実際に a lot of work.
199
611000
3000
これらの研究は 簡単に話してますが
すごい仕事量です
10:39
And I got all these force力 measurements測定値,
200
614000
2000
これらの研究は 簡単に話してますが
すごい仕事量です
10:41
and then I went行った and looked見た at the force力 output出力 of the systemシステム.
201
616000
4000
そしてすべての計測値からシステムに
かかる力を見た時
10:45
And this is just very simple単純 -- time is on the X-axisX軸
202
620000
3000
これは単純に時間が横軸に
10:48
and the force力 is on the Y-axisY軸. And you can see two peaksピーク.
203
623000
3000
力が縦軸にあるグラフで
二つのピークがあります
10:51
And that was what really got me puzzled困惑.
204
626000
4000
これは私を本当に悩ませました
10:55
The first peakピーク, obviously明らかに, is the limb手足 hittingヒッティング the load負荷 cell細胞.
205
630000
3000
最初のピークはもちろん
脚がセルを
10:58
But there's a really large大 second二番 peakピーク halfハーフ a millisecondミリ秒 later後で,
206
633000
6000
叩いた時に出てきます その0.5ミリ秒後に
大きなピークがあり
11:04
and I didn't know what that was.
207
639000
2000
何だか見当もつきませんでした
11:06
So now, you'dあなたは expect期待する a second二番 peakピーク for other reasons理由,
208
641000
3000
二つ目のピークが出る理由は
いくつか考えられますが
11:09
but not halfハーフ a millisecondミリ秒 later後で.
209
644000
2000
0.5ミリ秒後にはありえません
11:11
Again, going back to those high-speed高速 videosビデオ,
210
646000
2000
またハイスピードカメラの
11:13
there's a prettyかなり good hintヒント of what mightかもしれない be going on.
211
648000
4000
映像に戻ってみると
いいヒントがありました
11:17
Here'sここにいる that same同じ orientationオリエンテーション that we saw earlier先に.
212
652000
2000
全て先ほどと同じ位置にあります
11:19
There's that raptorial猛禽類 appendage付属器 -- there's the heelヒール,
213
654000
3000
ここが補脚で これが踵で
11:22
and it's going to swingスイング around and hitヒット the load負荷 cell細胞.
214
657000
3000
これを振って ロードセルを叩きます
11:25
And what I'd like you to do in this shotショット is keep your eye眼 on this,
215
660000
3000
そしてこの映像で
注目して頂きたいのはここ
11:28
on the surface表面 of the load負荷 cell細胞, as the limb手足 comes来る flying飛行 throughを通して.
216
663000
5000
ロードセルの表面です
脚が飛んできて
11:33
And I hope希望 what you are ableできる to see is actually実際に a flashフラッシュ of light光.
217
668000
5000
そして一瞬光ったのが見えたでしょうか？
11:38
Audienceオーディエンス: Wowワオ.
218
673000
2000
聴衆：おお
11:40
Sheilaシイラ Patekパテック: And so if we just take that one frameフレーム, what you can actually実際に see there
219
675000
4000
シェイラ・パテック：１フレーム抜き出して
実際にここの
11:44
at the end終わり of that yellow黄 arrowarrow is a vapor蒸気 bubbleバブル.
220
679000
3000
黄色い矢印の先に見えるのは
蒸気の泡です
11:47
And what that is, is cavitationキャビテーション.
221
682000
2000
これはキャビテーションです
11:49
And cavitationキャビテーション is an extremely極端な potent強力な fluid流体 dynamic動的 phenomenon現象
222
684000
4000
キャビテーションは非常に強力な
流体力学の現象で
11:53
whichどの occurs発生する when you have areasエリア of water水
223
688000
3000
水の流れる速度差が
大きくなるところで
11:56
moving動く at extremely極端な different異なる speedsスピード.
224
691000
2000
生じます
11:58
And when this happens起こる, it can cause原因 areasエリア of very low低い pressure圧力,
225
693000
4000
この現象が起こると
圧力の低い部分が出てきて
12:02
whichどの results結果 in the water水 literally文字通り vaporizing気化する.
226
697000
3000
文字通り 水が蒸発します
12:05
And when that vapor蒸気 bubbleバブル collapses崩壊する, it emits放出する sound音, light光 and heat熱,
227
700000
4000
そして蒸気の泡が崩壊すると
音 光 そして熱を放ちます
12:09
and it's a very destructive破壊的 processプロセス.
228
704000
2000
これは非常に破壊的です
12:11
And so here it is in the stomatopod胃ポッド. And again, this is a situation状況
229
706000
5000
この現象をシャコが起こしており
これはまた技術者にとって
12:16
where engineersエンジニア are very familiar身近な with this phenomenon現象,
230
711000
3000
なじみのある現象です
ボートのプロペラを破壊しますからね
12:19
because it destroys破壊する boatボート propellersプロペラ.
231
714000
2000
なじみのある現象です
ボートのプロペラを破壊しますからね
12:21
People have been struggling苦しい for years年 to try and design設計
232
716000
3000
人々は何年間も
この写真のように 文字通り
12:24
a very fast速い rotating回転する boatボート propellerプロペラ that doesn't cavitateキャビテート
233
719000
4000
金属を摩耗させ 穴をあける
キャビテーションを起こさずに
12:28
and literally文字通り wear着る away the metal金属 and put holes穴 in it,
234
723000
2000
速く回転するボートのプロペラを
12:30
just like these picturesピクチャー showショー.
235
725000
2000
設計するのに苦労してきました
12:32
So this is a potent強力な force力 in fluid流体 systemsシステム, and just to sortソート of take it one stepステップ furtherさらに,
236
727000
9000
ですので これは液中では
とても強力な力で もう一歩踏み込んで
12:41
I'm going to showショー you the mantisマイマイ shrimpエビ approaching接近する the snailカタツムリ.
237
736000
3000
シャコが貝を攻撃するところをお見せします
12:44
This is taken撮影 at 20,000 framesフレーム per〜ごと second二番, and I have to give
238
739000
4000
これは毎秒20,000フレームで
撮影されました この映像は
12:48
full満員 creditクレジット to the BBCBBC cameramanカメラマン, Timティム Green緑, for setting設定 this shotショット up,
239
743000
4000
全てBBCのカメラマン
ティム・グリーンによるものです
12:52
because I could never have done完了 this in a million百万 years年 --
240
747000
3000
私では１万年かかっても
撮れなかったでしょう
12:55
one of the benefits利点 of workingワーキング with professional専門家 cameramenカメラマン.
241
750000
3000
プロのカメラマンと一緒に
仕事が出来てよかったです
12:58
You can see it coming到来 in, and an incredible信じられない flashフラッシュ of light光,
242
753000
4000
脚が当たるのがわかりますね
その後 すごい光を放ちます
13:02
and all this cavitationキャビテーション spreading広がる over the surface表面 of the snailカタツムリ.
243
757000
4000
そしてこのキャビテーションが
貝の表面に広がります
13:06
So really, just an amazing素晴らしい image画像,
244
761000
3000
この本当に ただただ
すごい映像を
13:09
slowed減速した down extremely極端な, to extremely極端な slowスロー speedsスピード.
245
764000
4000
遅くして すごく遅くします
そうすると
13:13
And again, we can see it in slightly少し different異なる form形 there,
246
768000
3000
キャビテーションが違う形で
見られます
13:16
with the bubbleバブル formingフォーミング and collapsing崩壊する betweenの間に those two surfaces表面.
247
771000
4000
二つの表面の間で
泡が形成して崩壊しています
13:20
In fact事実, you mightかもしれない have even seen見た some cavitationキャビテーション going up the edgeエッジ of the limb手足.
248
775000
5000
キャビテーションの力が脚の方にまで
及ぶのが見えた方もいるでしょう
13:25
So to solve解決する this quandary困惑 of the two force力 peaksピーク:
249
780000
3000
この二つある力のピークの
謎を解きましょう
13:28
what I think was going on is: that first impact影響 is actually実際に
250
783000
2000
私が考えるに 最初の衝撃は
13:30
the limb手足 hittingヒッティング the load負荷 cell細胞, and the second二番 impact影響 is actually実際に
251
785000
3000
脚による打撃 二つ目はキャビテーションの
泡が崩壊して起きたものです
13:33
the collapse崩壊 of the cavitationキャビテーション bubbleバブル.
252
788000
2000
脚による打撃 二つ目はキャビテーションの
泡が崩壊して起きたものです
13:35
And these animals動物 mayかもしれない very well be making作る use of
253
790000
3000
これらの生物は 貝を壊すために
13:38
not only the force力 and the energyエネルギー stored保存された with that specialized特化した spring春,
254
793000
4000
特別なバネに溜められた力と
エネルギーを利用するだけでなく
13:42
but the extremes極端な of the fluid流体 dynamicsダイナミクス. And they mightかもしれない actually実際に be
255
797000
4000
流体力学の強烈な力を
彼らは実際に流体力学を
13:46
making作る use of fluid流体 dynamicsダイナミクス as a second二番 force力 for breaking壊す the snailカタツムリ.
256
801000
4000
貝を壊す二つ目の力として
使用しているかもしれないのです
13:50
So, really fascinating魅力的な doubleダブル whammyうんざり, so to speak話す, from these animals動物.
257
805000
6000
強いて言うなら この動物からの
素晴らしいダブルパンチですよね
13:56
So, one question質問 I oftenしばしば get after this talk --
258
811000
2000
一つ よく聞かれる質問があるので
13:58
so I figured思った I'd answer回答 it now -- is, well, what happens起こる to the animal動物?
259
813000
3000
今答えようと思います
シャコはどうなるでしょう？
14:01
Because obviously明らかに, if it's breaking壊す snailsカタツムリ,
260
816000
3000
なぜなら もし貝を壊しているのであれば
14:04
the poor貧しい limb手足 must必須 be disintegrating崩壊する. And indeed確かに it does.
261
819000
3000
脚もボロボロになるはずです
実際になります
14:07
That's the smashingスマッシュ part部 of the heelヒール on bothどちらも these imagesイメージ,
262
822000
3000
これは両方とも捕脚の踵の写真で
14:10
and it gets取得 worn着用した away. In fact事実, I've seen見た them wear着る away
263
825000
2000
削れているのが分かります 実際に
14:12
their彼らの heelヒール all the way to the flesh肉.
264
827000
2000
削れて肉まで見えました
14:14
But one of the convenient便利 things about beingであること an arthropod節足動物
265
829000
3000
しかし 節足動物であることの
便利な点は
14:17
is that you have to moltモルト. And everyすべて three三 months数ヶ月 or so
266
832000
3000
脱皮することです
３か月毎にシャコ達は
14:20
these animals動物 moltモルト, and they buildビルドする a new新しい limb手足 and it's no problem問題.
267
835000
5000
脱皮をして 新しい脚が生えて
もう何の問題もありません
14:25
Very, very convenient便利 solution溶液 to that particular特に problem問題.
268
840000
4000
この問題に対する
とっても便利な解決策です
14:29
So, I'd like to end終わり on sortソート of a wacky変な note注意.
269
844000
5000
最後にパンチのある
話をしたいと思います
14:34
(Laughter笑い)
270
849000
3000
（笑）
14:37
Maybe this is all wacky変な to folks人々 like you, I don't know.
271
852000
4000
ここまでの話も全部
パンチに関したものですが
14:41
(Laughter笑い)
272
856000
1000
（笑）
14:42
So, the saddlesサドル -- that saddle-shaped鞍型 spring春 --
273
857000
3000
まず鞍 鞍の形をしたバネですが
14:45
has actually実際に been well known既知の to biologists生物学者 for a long time,
274
860000
4000
生物学者には昔から
バネとしてではなく
14:49
not as a spring春 but as a visualビジュアル signal信号.
275
864000
4000
視覚信号として知られていました
14:53
And there's actually実際に a spectacular素晴らしい colored着色 dotドット
276
868000
2000
シャコの種類の多くは
14:55
in the centerセンター of the saddlesサドル of manyたくさんの species種 of stomatopods胃ポッド.
277
870000
6000
鞍の中心に綺麗な色の
円があります
15:01
And this is quiteかなり interesting面白い, to find evolutionary進化的 origins起源
278
876000
3000
そして全ての種が鞍に
15:04
of visualビジュアル signalsシグナル on what's really, in all species種, their彼らの spring春.
279
879000
6000
視覚信号の進化の源を持っているのは
非常に興味深いです
15:10
And I think one explanation説明 for this could be
280
885000
2000
私の考えでは この理由は
15:12
going back to the molting脱皮 phenomenon現象.
281
887000
2000
先ほどの脱皮と関係しています
15:14
So these animals動物 go into a molting脱皮 period期間 where they're
282
889000
3000
この動物が脱皮の時期に入ると
彼らは攻撃が
15:17
unableできない to strikeストライク -- their彼らの bodies体 become〜になる very soft柔らかい.
283
892000
3000
出来なくなります
体が柔らかくなるからです
15:20
And they're literally文字通り unableできない to strikeストライク or they will self-destruct自己破壊.
284
895000
3000
攻撃するのは文字通り
自爆行為なのです
15:23
This is for realリアル. And what they do is, up until〜まで that time period期間
285
898000
7000
これは本当です そして彼らが
どうするかというと 攻撃できなくなる
15:30
when they can't strikeストライク, they become〜になる really obnoxious嫌な and awful補うステまにくるににステまし補うま,
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905000
3000
時期までは 酷くて
不愉快な動物になります
15:33
and they strikeストライク everything in sight視力; it doesn't matter問題 who or what.
287
908000
4000
目に入るもの全てに 誰にも
何にでも攻撃します
15:37
And the second二番 they get into that time pointポイント when they can't strikeストライク any more,
288
912000
4000
そして攻撃できなくなった瞬間に
警告を
15:41
they just signal信号. They wave波 their彼らの legs足 around.
289
916000
3000
出すだけになります
脚を振り回すのです
15:44
And it's one of the classicクラシック examples例 in animal動物 behavior動作 of bluffingブラフ.
290
919000
4000
これは動物の習性の一つ
ハッタリの典型的な例です
15:48
It's a well-established確立された fact事実 of these animals動物
291
923000
2000
この動物がハッタリをかますのは
15:50
that they actually実際に bluffブラフ. They can't actually実際に strikeストライク, but they pretendふりをする to.
292
925000
4000
よく知られています
攻撃できませんが 出来るふりをします
15:54
And so I'm very curious好奇心 about whetherかどうか those colored着色 dotsドット
293
929000
2000
なので私はこの色のついた
15:56
in the centerセンター of the saddlesサドル are conveying搬送する some kind種類 of information情報
294
931000
4000
鞍の中心にある円が
彼らの攻撃能力 攻撃する力 そして
16:00
about their彼らの ability能力 to strikeストライク, or their彼らの strikeストライク force力,
295
935000
3000
脱皮のサイクルに関して
何か情報を含んでいる
16:03
and something about the time period期間 in the molting脱皮 cycleサイクル.
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938000
3000
のではないかと
非常に興味を持っています
16:06
So sortソート of an interesting面白い strange奇妙な fact事実 to find a visualビジュアル structure構造
297
941000
5000
これが視覚的な情報が 彼らの
バネの中心に見られるという
16:11
right in the middle中間 of their彼らの spring春.
298
946000
3000
面白く 奇妙な 事実です
16:14
So to conclude結論づける, I mostly主に want to acknowledge認める my two collaborators協力者,
299
949000
5000
最後に 仕事を一緒にした
２人の共同研究者 ワイアット・コーフと
16:19
Wyattワイアット Korffコフ and Royロイ Caldwellコールドウェル, who worked働いた closely密接に with me on this.
300
954000
3000
ロイ・コールドウェル
そして私に３年間
16:22
And alsoまた、 the Millerミラー Institute研究所 for Basicベーシック Research研究 in Science科学,
301
957000
3000
科学のみを追求するための
資金を提供してくれた
16:25
whichどの gave与えた me three三 years年 of funding資金調達 to just do science科学 all the time,
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960000
4000
ミラー基礎科学研究機関
に謝辞を述べ 話を終わります
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and for that I'm very grateful感謝する. Thank you very much.
303
964000
3000
どうもありがとうございました
16:32
(Applause拍手)
304
967000
1000
（拍手）
Translated by Makoto Ikeo
Reviewed by Tomoko Kanahara Tanaka

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ABOUT THE SPEAKER
Sheila Patek - Biologist, biomechanics researcher
Biologist Sheila Patek is addicted to speed -- animal speed. She's measured the fastest animal movements in the world, made by snail-smashing mantis shrimp and the snapping mandibles of trap-jaw ants.

Why you should listen

Sheila Patek, a UC Berkeley biologist, made a name for herself by measuring the hyperfast movements of snail-smashing mantis shrimp heels and bug-snapping ant jaws, using high-speed video cameras recording at up to 20,000 frames per second. In 2004, she and her team showed that peacock mantis shrimp had the fastest feeding strike in the animal kingdom, and that they are the only known animal to store energy in a hyperbolic paraboloid, a super-strong Pringles-shaped structure more often found in modern architecture.

Then in 2006, she and her team announced that trap-jaw ants had stolen the title of fastest striker from the mantis shrimp, when their research measured the ants' snapping jaws at an awesome 78 to 145 miles per hour, accelerating at 100,000 times the force of gravity. Patek's previous research focused on the sounds made by spiny lobsters, discovering that they used a mechanism similar to a violin. In 2004, she was named one of Popular Science magazine's "Brilliant 10." The Patek Lab at University of Massachusetts Amherst, where Patek is the principal investigator, continues to explore evolutionary questions through the integration of physiology, biomechanics, evolutionary analysis and animal behavior.

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