TED2004
Sheila Patek: The shrimp with a kick!
Sheila Patek cronometra los animales más veloces
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La bióloga Sheila Patek habla de su trabajo midiendo los movimientos del camarón mantis, uno de los más rápidos del mundo animal, usando cámaras de video que graban a 20.000 cuadros por segundo.
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. Full bio
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 like to learn how to play the lobster, we have some here.
0
0
3000
Si quieren aprender a tocar la langosta tenemos algunas aquí.
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And that's not a joke, we really do.
1
3000
2000
Y no es una broma, realmente las tenemos.
00:30
So come up afterwards and I'll show you how to play a lobster.
2
5000
3000
Así que vengan después y les mostraré cómo tocar la langosta.
00:33
So, actually, I started working on what's called the mantis shrimp
3
8000
4000
En realidad, comencé trabajando con lo que se llama camarón mantis
00:37
a few years ago because they make sound.
4
12000
3000
hace unos años porque producen sonido.
00:40
This is a recording I made of a mantis shrimp
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15000
2000
Esta es una grabación que hice de un camarón mantis
00:42
that's found off the coast of California.
6
17000
2000
que se encuentra en la costa de California.
00:55
And while that's an absolutely fascinating sound,
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30000
3000
Y si bien es un sonido absolutamente fascinante
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it actually turns out to be a very difficult project.
8
33000
3000
realmente es un proyecto muy difícil.
01:01
And while I was struggling to figure out how and why mantis shrimp,
9
36000
5000
Y mientras luchaba por dar con la forma de producción de sonido del
01:06
or stomatopods, make sound, I started to think about their appendages.
10
41000
4000
camarón mantis o los estomatópodos comencé a pensar en sus apéndices.
01:10
And mantis shrimp are called "mantis shrimp" after the praying mantises,
11
45000
3000
Y los camarones mantis se llaman así en honor a las mantis religiosas
01:13
which also have a fast feeding appendage. And I started to think,
12
48000
4000
que también tienen un veloz apéndice alimentario. Comencé a pensar
01:17
well, maybe it will be interesting, while listening to their sounds,
13
52000
3000
bien, quizá sea interesante, al escuchar sus sonidos,
01:20
to figure out how these animals generate very fast feeding strikes.
14
55000
3000
saber cómo es que estos animales generan movimientos tan veloces.
01:23
And so today I'll talk about the extreme stomatopod strike,
15
58000
4000
Y por eso hoy hablaré de los golpes extremos del estomatópodo
01:27
work that I've done in collaboration with Wyatt Korff and Roy Caldwell.
16
62000
3000
trabajo que hicimos junto a Wyatt Korff y Roy Caldwell.
01:30
So, mantis shrimp come in two varieties:
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65000
3000
Los camarones mantis vienen en dos variedades:
01:33
there are spearers and smashers.
18
68000
2000
están los arponeadores y los trituradores.
01:35
And this is a spearing mantis shrimp, or stomatopod.
19
70000
3000
Y este es un camarón mantis arponeador, o estomatópodo.
01:38
And he lives in the sand, and he catches things that go by overhead.
20
73000
5000
Vive en la arena y atrapa cosas que pasan por encima.
01:43
So, a quick strike like that. And if we slow it down a bit,
21
78000
5000
Así un golpe rápido como ese. Y, un poco más lento,
01:48
this is the mantis shrimp -- the same species --
22
83000
2000
este es el camarón mantis -- la misma especie --
01:50
recorded at 1,000 frames a second,
23
85000
2000
grabado a 1.000 cuadros por segundo
01:52
played back at 15 frames per second.
24
87000
2000
reproducido a 15 cuadros por segundo.
01:54
And you can see it's just a really spectacular extension of the limbs,
25
89000
6000
Puede verse una extensión de las garras realmente espectacular
02:00
exploding upward to actually just catch
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95000
3000
explotando hacia arriba para atrapar
02:03
a dead piece of shrimp that I had offered it.
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98000
2000
un trozo muerto de camarón que le ofrecí.
02:05
Now, the other type of mantis shrimp is the smasher stomatopod,
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100000
5000
El otro tipo de camarón mantis es el estomatópodo triturador
02:10
and these guys open up snails for a living.
29
105000
3000
y estos tipos abren caracoles como medio de vida.
02:13
And so this guy gets the snail all set up and gives it a good whack.
30
108000
5000
Así este sujeto le da al caracol un castañazo
02:18
(Laughter)
31
113000
1000
(Risas)
02:19
So, I'll play it one more time.
32
114000
2000
Lo voy a pasar una vez más.
02:21
He wiggles it in place, tugs it with his nose, and smash.
33
116000
4000
Se contonea, da un tirón con el hocico y tritura.
02:25
And a few smashes later, the snail is broken open, and he's got a good dinner.
34
120000
7000
Y luego de eso el caracol ya está abierto y es una buena cena.
02:32
So, the smasher raptorial appendage can stab with a point at the end,
35
127000
4000
Así el apéndice predatorio puede apuñalar con una punta al final
02:36
or it can smash with the heel.
36
131000
2000
o puede despedazar con el talón.
02:38
And today I'll talk about the smashing type of strike.
37
133000
3000
Y hoy hablaré del golpe de despedazamiento.
02:41
And so the first question that came to mind was,
38
136000
2000
Y entonces la primera pregunta que me surgió
02:43
well, how fast does this limb move?
39
138000
3000
bien, ¿cuán rápido se mueve esta garra?
02:46
Because it's moving pretty darn fast on that video.
40
141000
3000
Porque se mueve bastante rápido en ese video.
02:49
And I immediately came upon a problem.
41
144000
3000
E inmediatamente encontré un problema.
02:52
Every single high-speed video system in the biology department
42
147000
3000
Ningún sistema de video de alta velocidad del departamento de biología
02:55
at Berkeley wasn't fast enough to catch this movement.
43
150000
4000
de Berkeley era suficientemente veloz para capturar este movimiento.
02:59
We simply couldn't capture it on video.
44
154000
2000
Simplemente no podíamos capturarlo en video.
03:01
And so this had me stymied for quite a long period of time.
45
156000
3000
Esto me desconcertó durante mucho tiempo.
03:04
And then a BBC crew came cruising through the biology department,
46
159000
3000
Y luego vino un equipo de la BBC al departamento de biología
03:07
looking for a story to do about new technologies in biology.
47
162000
5000
en busca de alguna historia en nuevas tecnologías de biología.
03:12
And so we struck up a deal.
48
167000
2000
Y entonces hicimos un acuerdo.
03:14
I said, "Well, if you guys rent the high-speed video system
49
169000
2000
Les dije: "Bien, muchachos, si alquilan el sistema de video de alta velocidad
03:16
that could capture these movements,
50
171000
2000
que pueda capturar estos movimientos
03:18
you guys can film us collecting the data."
51
173000
3000
pueden filmarnos recolectando los datos".
03:21
And believe it or not, they went for it. (Laughter)
52
176000
2000
Y créase o no, lo hicieron.
03:23
So we got this incredible video system. It's very new technology --
53
178000
4000
Fue así que accedimos al sistema de video. Tecnología de punta --
03:27
it just came out about a year ago --
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182000
2000
había salido hacía cerca de un año --
03:29
that allows you to film at extremely high speeds in low light.
55
184000
5000
que permite filmar a velocidades altísimas con poca luz.
03:34
And low light is a critical issue with filming animals,
56
189000
2000
Y poca luz es algo crítico al filmar animales
03:36
because if it's too high, you fry them. (Laughter)
57
191000
3000
porque si es muy alta quedan fritos.
03:39
So this is a mantis shrimp. There are the eyes up here,
58
194000
5000
Así, esto es un camarón mantis. Esos son los ojos
03:44
and there's that raptorial appendage, and there's the heel.
59
199000
3000
hay un apéndice predador y el talón.
03:47
And that thing's going to swing around and smash the snail.
60
202000
3000
Esa cosa va a contonearse y pegarle al caracol.
03:50
And the snail's wired to a stick,
61
205000
1000
El caracol está sujeto a un palo
03:51
so he's a little bit easier to set up the shot. And -- yeah.
62
206000
4000
por eso es más fácil montar el golpe. Y -- sí
03:55
(Laughter)
63
210000
2000
(Risas)
03:57
I hope there aren't any snail rights activists around here.
64
212000
3000
Espero que no haya aquí activistas por los derechos del caracol.
04:00
(Laughter)
65
215000
2000
(Risas)
04:02
So this was filmed at 5,000 frames per second,
66
217000
5000
Esto fue filmado a 5.000 cuadros por segundo
04:07
and I'm playing it back at 15. And so this is slowed down 333 times.
67
222000
5000
y lo estoy reproduciendo a 15. Entonces se ralentizó 333 veces.
04:12
And as you'll notice, it's still pretty gosh darn fast
68
227000
3000
Y como notarán todavía es bastante rápido
04:15
slowed down 333 times. It's an incredibly powerful movement.
69
230000
4000
ralentizado 333 veces. Es un movimiento increíblemente potente.
04:19
The whole limb extends out. The body flexes backwards --
70
234000
3000
Se extiende toda la garra. El cuerpo se flexiona hacia atrás
04:22
just a spectacular movement.
71
237000
3000
un movimiento espectacular.
04:25
And so what we did is, we took a look at these videos,
72
240000
2000
Lo que hicimos fue mirar estos videos
04:27
and we measured how fast the limb was moving
73
242000
2000
y medimos la velocidad del movimiento de la garra
04:29
to get back to that original question.
74
244000
2000
para regresar a la pregunta original.
04:31
And we were in for our first surprise.
75
246000
3000
Y hallamos la primer sorpresa.
04:34
So what we calculated was that the limbs were moving
76
249000
3000
Lo que calculamos era que las garras se movían
04:37
at the peak speed ranging from 10 meters per second
77
252000
2000
a la velocidad pico desde 10 metros por segundo
04:39
all the way up to 23 meters per second.
78
254000
2000
hasta 23 metros por segundo.
04:41
And for those of you who prefer miles per hour,
79
256000
2000
Y para los que prefieren kilómetros por hora
04:43
that's over 45 miles per hour in water. And this is really darn fast.
80
258000
5000
es más de 70 km por hora en agua. Y eso es muy rápido.
04:48
In fact, it's so fast we were able to add a new point
81
263000
4000
De hecho, es tan rápido que podíamos agregar un nuevo punto
04:52
on the extreme animal movement spectrum.
82
267000
3000
al extremo del espectro del movimiento animal.
04:55
And mantis shrimp are officially the fastest measured feeding strike
83
270000
3000
Y el camarón mantis tiene, oficialmente, el golpe más veloz registrado
04:58
of any animal system. So our first surprise.
84
273000
4000
del reino animal. Nuestra primera sorpresa.
05:02
(Applause)
85
277000
1000
(Aplausos)
05:03
So that was really cool and very unexpected.
86
278000
3000
Eso fue muy cool e inesperado.
05:06
So, you might be wondering, well, how do they do it?
87
281000
3000
Se preguntarán, bien, ¿cómo lo hacen?
05:09
And actually, this work was done in the 1960s
88
284000
3000
Y en realidad este trabajo es de los '60s,
05:12
by a famous biologist named Malcolm Burrows.
89
287000
2000
de un biólogo famoso llamado Malcolm Burrows.
05:14
And what he showed in mantis shrimp is that they use
90
289000
3000
Y lo que muestra del camarón mantis es que usan
05:17
what's called a "catch mechanism," or "click mechanism."
91
292000
3000
lo que se llama mecanismo de captura, o de clic.
05:20
And what this basically consists of is a large muscle
92
295000
4000
Y básicamente consta de un gran músculo
05:24
that takes a good long time to contract,
93
299000
2000
que se contrae en bastante tiempo
05:26
and a latch that prevents anything from moving.
94
301000
3000
y de un pestillo que inmoviliza todo.
05:29
So the muscle contracts, and nothing happens.
95
304000
2000
Entonces se contrae el músculo y no pasa nada.
05:31
And once the muscle's contracted completely, everything's stored up --
96
306000
3000
Y una vez que el músculo se contrae por completo, todo acumulado
05:34
the latch flies upward, and you've got the movement.
97
309000
4000
el pestillo va hacia arriba, y se produce el movimiento.
05:38
And that's basically what's called a "power amplification system."
98
313000
3000
Eso es básicamente lo que se llama un sistema de amplificación de potencia.
05:41
It takes a long time for the muscle to contract,
99
316000
2000
El músculo se contrae en un tiempo largo
05:43
and a very short time for the limb to fly out.
100
318000
2000
y la garra vuela en un tiempo muy corto.
05:45
And so I thought that this was sort of the end of the story.
101
320000
3000
Y pensé que esto era el fin de la historia.
05:48
This was how mantis shrimps make these very fast strikes.
102
323000
4000
Así es como el camarón mantis da estos golpes tan rápidos.
05:52
But then I took a trip to the National Museum of Natural History.
103
327000
4000
Pero después hice un viaje al Museo Nacional de Historia Natural.
05:56
And if any of you ever have a chance,
104
331000
2000
Y si alguno tiene la oportunidad alguna vez
05:58
backstage of the National Museum of Natural History
105
333000
2000
la trastienda del Museo Nacional de Historia Natural
06:00
is one of the world's best collections of preserved mantis shrimp. And what --
106
335000
4000
es de las mejores colecciones mundiales de camarones mantis preservados.
06:04
(Laughter)
107
339000
1000
(Risas)
06:05
this is serious business for me.
108
340000
2000
esto es algo serio para mí.
06:07
(Laughter)
109
342000
1000
(Risas)
06:08
So, this -- what I saw, on every single mantis shrimp limb,
110
343000
5000
Esto -- lo que veo en cada garra de camarón mantis
06:13
whether it's a spearer or a smasher,
111
348000
2000
sea un arponeador o un triturador
06:15
is a beautiful saddle-shaped structure
112
350000
2000
es una hermosa estructura de montura
06:17
right on the top surface of the limb. And you can see it right here.
113
352000
4000
justo en la superficie superior de la garra. Pueden verla aquí.
06:21
It just looks like a saddle you'd put on a horse.
114
356000
2000
Se ve como una montura puesta en un caballo.
06:23
It's a very beautiful structure.
115
358000
2000
Es una estructura muy bella.
06:25
And it's surrounded by membranous areas. And those membranous areas
116
360000
5000
Está rodeada de áreas membranosas. Y esas áreas membranosas
06:30
suggested to me that maybe this is some kind of dynamically flexible structure.
117
365000
4000
me sugieren que quizá sea una especie de estructura dinámicamente flexible.
06:34
And this really sort of had me scratching my head for a while.
118
369000
3000
Y esto me hizo pensar bastante.
06:37
And then we did a series of calculations, and what we were able to show
119
372000
4000
E hicimos una serie de cálculos, y lo que llegamos a mostrar
06:41
is that these mantis shrimp have to have a spring.
120
376000
4000
es que estos camarones mantis tienen que tener un resorte.
06:45
There needs to be some kind of spring-loaded mechanism
121
380000
3000
Tiene que haber una especie de mecanismo de carga de resorte
06:48
in order to generate the amount of force that we observe,
122
383000
2000
para generar la cantidad de fuerza que observamos
06:50
and the speed that we observe, and the output of the system.
123
385000
3000
y la velocidad que observamos y la salida del sistema.
06:53
So we thought, OK, this must be a spring --
124
388000
3000
Entonces pensamos, bien, esto debe ser un resorte
06:56
the saddle could very well be a spring.
125
391000
2000
la montura podría muy bien ser un resorte.
06:58
And we went back to those high-speed videos again,
126
393000
2000
Y volvimos a los videos de alta velocidad de nuevo
07:00
and we could actually visualize the saddle compressing and extending.
127
395000
6000
y pudimos ver la montura comprimirse y extenderse.
07:06
And I'll just do that one more time.
128
401000
3000
Lo repetiré una vez más.
07:09
And then if you take a look at the video --
129
404000
2000
Y si miran el video
07:11
it's a little bit hard to see -- it's outlined in yellow.
130
406000
2000
es bastante difícil verlo -- está resaltado en amarillo.
07:13
The saddle is outlined in yellow. You can actually see it
131
408000
2000
La montura está resaltada en amarillo. Pueden verla
07:15
extending over the course of the strike, and actually hyperextending.
132
410000
4000
extenderse en el curso del golpe, hiperextendiéndose en realidad.
07:19
So, we've had very solid evidence showing
133
414000
2000
Así, teníamos evidencia muy sólida que mostraba
07:21
that that saddle-shaped structure actually compresses and extends,
134
416000
4000
que esa estructura de montura en realidad se comprime y extiende
07:25
and does, in fact, function as a spring.
135
420000
2000
y actúa, de hecho, como un resorte.
07:27
The saddle-shaped structure is also known as a "hyperbolic paraboloid surface,"
136
422000
5000
La estructura de montura se conoce también como superficie paraboloide hiperbólica
07:32
or an "anticlastic surface."
137
427000
2000
o superficie anticlástica.
07:34
And this is very well known to engineers and architects,
138
429000
2000
Y esto es muy bien sabido por ingenieros y arquitectos
07:36
because it's a very strong surface in compression.
139
431000
3000
porque es una superficie muy fuerte en compresión.
07:39
It has curves in two directions,
140
434000
2000
Tiene curvas en dos direcciones
07:41
one curve upward and opposite transverse curve down the other,
141
436000
3000
una curva hacia arriba y la otra opuesta transversal hacia abajo
07:44
so any kind of perturbation spreads the forces
142
439000
3000
así toda perturbación dispersa las fuerzas
07:47
over the surface of this type of shape.
143
442000
3000
sobre la superficie de este tipo de forma.
07:50
So it's very well known to engineers, not as well known to biologists.
144
445000
4000
Entonces es muy conocida por los ingenieros y no así por los biólogos.
07:54
It's also known to quite a few people who make jewelry,
145
449000
4000
Es conocida también por mucha gente que hace joyería
07:58
because it requires very little material
146
453000
3000
porque requiere muy poco material
08:01
to build this type of surface, and it's very strong.
147
456000
3000
para construir este tipo de superficies y es muy fuerte.
08:04
So if you're going to build a thin gold structure,
148
459000
2000
Así, si uno va a construir una estructura delgada de oro
08:06
it's very nice to have it in a shape that's strong.
149
461000
2000
es muy bueno hacerla en una forma que sea fuerte.
08:08
Now, it's also known to architects. One of the most famous architects
150
463000
5000
Ahora, es conocida también por arquitectos. Uno de los arquitectos más famosos
08:13
is Eduardo Catalano, who popularized this structure.
151
468000
3000
es Eduardo Catalano, quien popularizó esta estructura.
08:16
And what's shown here is a saddle-shaped roof that he built
152
471000
3000
Y este es un techo en forma de montura que él construyó
08:19
that's 87 and a half feet spanwise.
153
474000
4000
de 26 metros y medio de envergadura.
08:23
It's two and a half inches thick, and supported at two points.
154
478000
3000
Tiene más de 6 centímetros de ancho y se apoya en dos puntos.
08:26
And one of the reasons why he designed roofs this way is because it's --
155
481000
5000
Y una de las razones por las que diseñó techos de esta manera es debido a que
08:31
he found it fascinating that you could build such a strong structure
156
486000
4000
encontró fascinante que se pueda construir una estructura tan fuerte
08:35
that's made of so few materials and can be supported by so few points.
157
490000
4000
con tan pocos materiales y que se pueda apoyar en tan pocos puntos.
08:39
And all of these are the same principles that apply
158
494000
4000
Y todos estos principios son los mismos que se aplican
08:43
to the saddle-shaped spring in stomatopods.
159
498000
2000
al resorte de montura de los estomatópodos.
08:45
In biological systems it's important not to have a whole lot
160
500000
3000
En sistemas biológicos es importante no tener la parafernalia
08:48
of extra material requirements for building it.
161
503000
3000
de material extra para construirlo.
08:51
So, very interesting parallels between the biological
162
506000
3000
Así, hay paralelos muy interesantes entre los mundos de la
08:54
and the engineering worlds. And interestingly, this turns out --
163
509000
4000
biología y la ingeniería. Y lo interesante resulta ser que
08:58
the stomatopod saddle turns out to be the first
164
513000
2000
la montura del estomatópodo resulta ser el primer resorte
09:00
described biological hyperbolic paraboloid spring.
165
515000
3000
biológico paraboloide hiperbólico descripto.
09:03
That's a bit long, but it is sort of interesting.
166
518000
3000
Es un poco largo, pero como que es interesante.
09:06
So the next and final question was, well, how much force
167
521000
3000
Así la siguiente y última pregunta fue, bien, ¿cuánta fuerza
09:09
does a mantis shrimp produce if they're able to break open snails?
168
524000
4000
produce el camarón mantis si puede abrir caracoles?
09:13
And so I wired up what's called a load cell.
169
528000
2000
Y así yo conecté lo que se llama celdas de carga.
09:15
A load cell measures forces, and this is actually
170
530000
2000
Una celda de carga mide fuerzas y esta es en realidad
09:17
a piezoelectronic load cell that has a little crystal in it.
171
532000
3000
una celda de carga piezoelectrónica que tiene un pequeño cristal.
09:20
And when this crystal is squeezed, the electrical properties change
172
535000
4000
Y cuando se presiona este cristal cambian las propiedades eléctricas
09:24
and it -- which -- in proportion to the forces that go in.
173
539000
2000
en proporción a la fuerza que recibe.
09:26
So these animals are wonderfully aggressive,
174
541000
3000
Así, estos animales son maravillosamente agresivos
09:29
and are really hungry all the time. And so all I had to do
175
544000
3000
y tienen hambre todo el tiempo. Entonces todo lo que tuve que hacer
09:32
was actually put a little shrimp paste on the front of the load cell,
176
547000
3000
fue poner pasta de camarón al frente de la celda de carga
09:35
and they'd smash away at it.
177
550000
2000
y entonces ellos le pegaban.
09:37
And so this is just a regular video of the animal
178
552000
4000
Esto es un video normal del animal
09:41
just smashing the heck out of this load cell.
179
556000
3000
pegándole a esta celda de carga.
09:44
And we were able to get some force measurements out.
180
559000
3000
Y pudimos medir algunas fuerzas.
09:47
And again, we were in for a surprise.
181
562000
2000
De nuevo, nos sorprendimos.
09:49
I purchased a 100-pound load cell, thinking,
182
564000
2000
Yo compré una celda de carga de 45 kg pensando
09:51
no animal could produce more than 100 pounds at this size of an animal.
183
566000
4000
que ningún animal de ese tamaño podría producir más de 45 kg.
09:55
And what do you know? They immediately overloaded the load cell.
184
570000
2000
¿Y saben qué? Inmediatamente sobrepasaron la celda de carga.
09:57
So these are actually some old data
185
572000
2000
Estos son en verdad datos viejos
09:59
where I had to find the smallest animals in the lab,
186
574000
2000
en los que encontramos los animales más pequeños del laboratorio
10:01
and we were able to measure forces of well over 100 pounds
187
576000
3000
y pudimos medir fuerzas de bastante más que 45 kg
10:04
generated by an animal about this big.
188
579000
3000
generadas por una animal de cerca de este tamaño.
10:07
And actually, just last week I got a 300-pound load cell
189
582000
2000
Y realmente la semana pasada conseguí una celda de carga de 136 kg
10:09
up and running, and I've clocked these animals generating
190
584000
3000
en funcionamiento y cronometré a estos animales generando
10:12
well over 200 pounds of force.
191
587000
2000
más de 90 kg de fuerza.
10:14
And again, I think this will be a world record.
192
589000
3000
Nuevamente, pensé que esto sería un récord mundial.
10:17
I have to do a little bit more background reading,
193
592000
2000
Tengo que documentarme un poco más
10:19
but I think this will be the largest amount of force produced
194
594000
3000
pero pienso que esta será la cantidad más grande de fuerza producida
10:22
by an animal of a given -- per body mass. So, really incredible forces.
195
597000
5000
por un animal por unidad de masa corporal. Así, fuerzas increíbles.
10:27
And again, that brings us back to the importance of that spring
196
602000
3000
De nuevo, esto nos retrotrae a la importancia de ese resorte
10:30
in storing up and releasing so much energy in this system.
197
605000
4000
que almacena y libera tanta energía en este sistema.
10:34
But that was not the end of the story.
198
609000
2000
Pero ese no fue el fin de la historia.
10:36
Now, things -- I'm making this sound very easy, this is actually a lot of work.
199
611000
3000
ahora, las cosas -- esto suena muy fácil, pero lleva mucho trabajo conseguirlo.
10:39
And I got all these force measurements,
200
614000
2000
Obtuve todas estas mediciones de fuerza
10:41
and then I went and looked at the force output of the system.
201
616000
4000
y luego fui a ver la salida de fuerzas del sistema.
10:45
And this is just very simple -- time is on the X-axis
202
620000
3000
Esto es muy simple -- el tiempo está en el eje X
10:48
and the force is on the Y-axis. And you can see two peaks.
203
623000
3000
y la fuerza está en el eje Y. Pueden verse dos picos.
10:51
And that was what really got me puzzled.
204
626000
4000
Y eso fue lo que me dejó intrigada.
10:55
The first peak, obviously, is the limb hitting the load cell.
205
630000
3000
El primer pico, obviamente, es la garra golpeando la celda de carga.
10:58
But there's a really large second peak half a millisecond later,
206
633000
6000
Pero hay un segundo gran pico medio milisegundo después
11:04
and I didn't know what that was.
207
639000
2000
y yo no sabía qué era.
11:06
So now, you'd expect a second peak for other reasons,
208
641000
3000
Entonces uno esperaría un segundo pico por otras razones
11:09
but not half a millisecond later.
209
644000
2000
pero no medio milisegundo después.
11:11
Again, going back to those high-speed videos,
210
646000
2000
Otra vez, volviendo a esos videos de alta velocidad
11:13
there's a pretty good hint of what might be going on.
211
648000
4000
hay una pista bastante buena de lo que puede estar sucediendo.
11:17
Here's that same orientation that we saw earlier.
212
652000
2000
Aquí hay esa misma orientación que vimos antes.
11:19
There's that raptorial appendage -- there's the heel,
213
654000
3000
Está el apéndice predatorio -- está el talón
11:22
and it's going to swing around and hit the load cell.
214
657000
3000
y va a menearse e impactar la celda de carga.
11:25
And what I'd like you to do in this shot is keep your eye on this,
215
660000
3000
Y lo que quiero que hagan en esta toma es que miren esto
11:28
on the surface of the load cell, as the limb comes flying through.
216
663000
5000
en la superficie de la celda de carga, mientras pasa la garra.
11:33
And I hope what you are able to see is actually a flash of light.
217
668000
5000
Y espero que lo que puedan ver sea en verdad un destello de luz.
11:38
Audience: Wow.
218
673000
2000
Audiencia: ¡Guau!
11:40
Sheila Patek: And so if we just take that one frame, what you can actually see there
219
675000
4000
Sheila Patek: Y si tomamos ese cuadro, lo que vemos allí
11:44
at the end of that yellow arrow is a vapor bubble.
220
679000
3000
al final de la flecha amarilla es una burbuja de vapor.
11:47
And what that is, is cavitation.
221
682000
2000
Eso es la cavitación.
11:49
And cavitation is an extremely potent fluid dynamic phenomenon
222
684000
4000
La cavitación es un fenómeno extremadamente potente de la dinámica de fluidos
11:53
which occurs when you have areas of water
223
688000
3000
que ocurre cuando uno tiene áreas de agua
11:56
moving at extremely different speeds.
224
691000
2000
que se mueven a velocidades muy diferentes.
11:58
And when this happens, it can cause areas of very low pressure,
225
693000
4000
Cuando esto sucede, puede provocar áreas de muy baja presión
12:02
which results in the water literally vaporizing.
226
697000
3000
que da como resutado, literalmente, la evaporación de agua.
12:05
And when that vapor bubble collapses, it emits sound, light and heat,
227
700000
4000
Y cuando estalla la burbuja de vapor emite sonido, luz y calor;
12:09
and it's a very destructive process.
228
704000
2000
es un proceso muy destructivo.
12:11
And so here it is in the stomatopod. And again, this is a situation
229
706000
5000
Y aquí en el estomatópodo. Nuevamente, es una situación en que
12:16
where engineers are very familiar with this phenomenon,
230
711000
3000
los ingenieros están muy familiarizados con este fenómeno
12:19
because it destroys boat propellers.
231
714000
2000
porque destruye las hélices de los barcos.
12:21
People have been struggling for years to try and design
232
716000
3000
La gente hace años que viene luchando tratando de diseñar
12:24
a very fast rotating boat propeller that doesn't cavitate
233
719000
4000
una hélice que gire muy rápido pero no cavite
12:28
and literally wear away the metal and put holes in it,
234
723000
2000
porque, literalmente, desgaste el metal y hace hoyos en las hélices
12:30
just like these pictures show.
235
725000
2000
como muestran estas imágenes.
12:32
So this is a potent force in fluid systems, and just to sort of take it one step further,
236
727000
9000
Entonces esta es una fuerza potente de los sistemas de fluidos y para llevarlo un poco más lejos
12:41
I'm going to show you the mantis shrimp approaching the snail.
237
736000
3000
les voy a mostrar el camarón mantis acercarse al caracol.
12:44
This is taken at 20,000 frames per second, and I have to give
238
739000
4000
Esta fue fomada a 20.000 cuadros por segundo y tengo que dar
12:48
full credit to the BBC cameraman, Tim Green, for setting this shot up,
239
743000
4000
crédito al camarógrafo de la BBC, Tim Green, por lograr esta toma
12:52
because I could never have done this in a million years --
240
747000
3000
porque yo no hubiera podido hacerlo ni en un millón de años.
12:55
one of the benefits of working with professional cameramen.
241
750000
3000
Una de las ventajas de trabajar con camarógrafos profesionales.
12:58
You can see it coming in, and an incredible flash of light,
242
753000
4000
Pueden verlo llegar y un destello de luz increíble
13:02
and all this cavitation spreading over the surface of the snail.
243
757000
4000
y toda esta cavitación esparcida por la superficie del caracol.
13:06
So really, just an amazing image,
244
761000
3000
Así, realmente, una imagen asombrosa
13:09
slowed down extremely, to extremely slow speeds.
245
764000
4000
ralentizada al extremo, a velocidades extremadamente bajas.
13:13
And again, we can see it in slightly different form there,
246
768000
3000
De nuevo, podemos verla de manera ligeramente diferente allí
13:16
with the bubble forming and collapsing between those two surfaces.
247
771000
4000
formando la burbuja y explotando entre esas dos superficies.
13:20
In fact, you might have even seen some cavitation going up the edge of the limb.
248
775000
5000
De hecho, podrían haber visto alguna cavitación en el borde de la garra.
13:25
So to solve this quandary of the two force peaks:
249
780000
3000
Así, para resolver el dilema de los dos picos de fuerza:
13:28
what I think was going on is: that first impact is actually
250
783000
2000
lo que pensé que estaba sucediendo fue que el primer impacto es
13:30
the limb hitting the load cell, and the second impact is actually
251
785000
3000
la garra golpeando la celda de carga y el segundo es
13:33
the collapse of the cavitation bubble.
252
788000
2000
la explosión de la burbuja de cavitación.
13:35
And these animals may very well be making use of
253
790000
3000
Y estos animales pueden muy bien estar haciendo uso de
13:38
not only the force and the energy stored with that specialized spring,
254
793000
4000
no sólo la fuerza y energía almacenada con ese resorte especializado
13:42
but the extremes of the fluid dynamics. And they might actually be
255
797000
4000
sino los extremos de la dinámica de fluidos. Y pueden en realidad estar
13:46
making use of fluid dynamics as a second force for breaking the snail.
256
801000
4000
usando la dinámica de fluidos como segunda fuerza para romper el caracol.
13:50
So, really fascinating double whammy, so to speak, from these animals.
257
805000
6000
Una suerte de latigazo doble, por así decirlo, de estos animales.
13:56
So, one question I often get after this talk --
258
811000
2000
Entonces una pregunta que suelen hacerme al final de estas charlas
13:58
so I figured I'd answer it now -- is, well, what happens to the animal?
259
813000
3000
que imagino contestarla ahora -- es, bien, ¿qué pasa con el animal?
14:01
Because obviously, if it's breaking snails,
260
816000
3000
Porque, obviamente, si parte caracoles,
14:04
the poor limb must be disintegrating. And indeed it does.
261
819000
3000
la pobre garra debe desintegrarse. Y, de hecho, lo hace.
14:07
That's the smashing part of the heel on both these images,
262
822000
3000
Esa es la parte del talón que impacta en ambas imágenes
14:10
and it gets worn away. In fact, I've seen them wear away
263
825000
2000
y queda desgastado. De hecho, los he visto desgastar
14:12
their heel all the way to the flesh.
264
827000
2000
su talón hasta quedar en carne viva.
14:14
But one of the convenient things about being an arthropod
265
829000
3000
Pero una ventaja de ser artrópodo
14:17
is that you have to molt. And every three months or so
266
832000
3000
es que cambian la piel. Y cada tres meses aproximadamente
14:20
these animals molt, and they build a new limb and it's no problem.
267
835000
5000
estos animales cambian la piel y construyen una nueva garra sin problema.
14:25
Very, very convenient solution to that particular problem.
268
840000
4000
Una solución muy, muy, práctica para ese problema particular.
14:29
So, I'd like to end on sort of a wacky note.
269
844000
5000
Me gustaría termianr con una nota extravagante.
14:34
(Laughter)
270
849000
3000
(Risas)
14:37
Maybe this is all wacky to folks like you, I don't know.
271
852000
4000
Quizá todo esto sea extravagante para gente como Uds., no lo sé.
14:41
(Laughter)
272
856000
1000
(Risas)
14:42
So, the saddles -- that saddle-shaped spring --
273
857000
3000
Las monturas -- ese resorte de montura --
14:45
has actually been well known to biologists for a long time,
274
860000
4000
es bien conocido por biólogos desde hace mucho tiempo
14:49
not as a spring but as a visual signal.
275
864000
4000
no como resorte pero sí como señal visual.
14:53
And there's actually a spectacular colored dot
276
868000
2000
Y hay un punto espectacularmente coloreado
14:55
in the center of the saddles of many species of stomatopods.
277
870000
6000
en el centro de las monturas de muchas especies de estomatópodos.
15:01
And this is quite interesting, to find evolutionary origins
278
876000
3000
Y eso es muy interesante, encontrar orígenes evolutivos
15:04
of visual signals on what's really, in all species, their spring.
279
879000
6000
de señales visuales en lo que son, en todas las especies, sus resortes.
15:10
And I think one explanation for this could be
280
885000
2000
Y pienso que una explicación de esto podría ser
15:12
going back to the molting phenomenon.
281
887000
2000
volviendo al fenómeno de cambio de piel.
15:14
So these animals go into a molting period where they're
282
889000
3000
Estos animales entran en un período de cambio de piel en que
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unable to strike -- their bodies become very soft.
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no golpean -- sus cuerpos quedan muy blandos.
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And they're literally unable to strike or they will self-destruct.
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Y, literalmente, no pueden golpear o se autodestruirían.
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This is for real. And what they do is, up until that time period
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Esto es real. Y lo que hacen es, hasta que ese período
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when they can't strike, they become really obnoxious and awful,
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en que no pueden golpear, se vuelven repugnantes y espantosos
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and they strike everything in sight; it doesn't matter who or what.
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y le pegan a todo lo que ven sin importar quién o qué sea.
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And the second they get into that time point when they can't strike any more,
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Luego entran en ese punto del tiempo en que no pueden golpear más
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they just signal. They wave their legs around.
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sólo señalan. Mueven sus piernas.
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And it's one of the classic examples in animal behavior of bluffing.
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Es uno de los ejemplos típicos en comportamiento animal de fingir.
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It's a well-established fact of these animals
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Es un hecho muy conocido de estos animales
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that they actually bluff. They can't actually strike, but they pretend to.
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que en realidad fingen. No pueden golpear realmente, pero fingen hacerlo.
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And so I'm very curious about whether those colored dots
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Y me tiene intrigada si esos puntos coloreados
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in the center of the saddles are conveying some kind of information
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del centro de la montura llevan algún tipo de información
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about their ability to strike, or their strike force,
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sobre su habilidad para golpear o de su fuerza de golpe
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and something about the time period in the molting cycle.
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y algo sobre el período del ciclo de cambio de piel.
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So sort of an interesting strange fact to find a visual structure
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Es un hecho extraño e interesante encontrar una estructura visual
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right in the middle of their spring.
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en medio de la montura de su resorte.
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So to conclude, I mostly want to acknowledge my two collaborators,
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Para terminar quiero agradecer a mis dos colaboradores
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Wyatt Korff and Roy Caldwell, who worked closely with me on this.
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Wyatt Korff y Roy Caldwell, que trabajaron conmigo codo a codo.
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And also the Miller Institute for Basic Research in Science,
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Y también al Instituto Miller de Investigación Básica en Ciencia
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which gave me three years of funding to just do science all the time,
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que me financió durante tres años para hacer ciencia todo el tiempo
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and for that I'm very grateful. Thank you very much.
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y por eso estoy muy agradecida. Muchas gracias.
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(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Sheila Patek - Biologist, biomechanics researcherBiologist 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.
Sheila Patek | Speaker | TED.com