TED2004
Sheila Patek: The shrimp with a kick!
シーラ・パテク: 痛快なエビの一撃
Filmed:
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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。
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
ロブスターの扱い方を知りたければ
00:28
And that's not a joke, we really do.
1
3000
2000
ここにありますよ 本当です
00:30
So come up afterwards and I'll show you how to play a lobster.
2
5000
3000
後で来ていただければ
扱い方を教えてあげます
扱い方を教えてあげます
00:33
So, actually, I started working on what's called the mantis shrimp
3
8000
4000
本当は 私は数年前から
音を発する
音を発する
00:37
a few years ago because they make sound.
4
12000
3000
シャコについて
研究を始めています
研究を始めています
00:40
This is a recording I made of a mantis shrimp
5
15000
2000
これがカリフォルニア沖に生息する
00:42
that's found off the coast of California.
6
17000
2000
シャコの発する音の録音です
00:55
And while that's an absolutely fascinating sound,
7
30000
3000
まったくもって素晴らしい
音なのですが
音なのですが
00:58
it actually turns out to be a very difficult project.
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 to figure out how and why mantis shrimp,
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
音を出すメカニズムと理由の解明に
01:06
or stomatopods, make sound, I started to think about their appendages.
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
ふと彼らの脚に関して考えました
01:10
And mantis shrimp are called "mantis shrimp" after the praying mantises,
11
45000
3000
このシャコはカマキリのように
捕食のための
捕食のための
01:13
which also have a fast feeding appendage. And I started 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
と呼ばれています
01:17
well, maybe it will be interesting, while listening to their sounds,
13
52000
3000
音の研究のついでに
この素早い捕食攻撃を
この素早い捕食攻撃を
01:20
to figure out how these animals generate very fast feeding strikes.
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
探りたくなりました
01:23
And so today I'll talk about the extreme stomatopod strike,
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
強烈な一撃について話します
01:27
work that I've done in collaboration with Wyatt Korff and Roy Caldwell.
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
ロイ・コールドウェルとの共同研究です
01:30
So, mantis shrimp come in two varieties:
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
槍型と粉砕型です
01:33
there are spearers and smashers.
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
槍型と粉砕型です
01:35
And this is a spearing mantis shrimp, or stomatopod.
19
70000
3000
そしてこれが槍型の
シャコ（口脚目）です
シャコ（口脚目）です
01:38
And he lives in the sand, and he catches things that go by overhead.
20
73000
5000
彼らは砂の中に住み
上を通る獲物を捕食します
上を通る獲物を捕食します
01:43
So, a quick strike like that. And if we slow it down a bit,
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
そしてスローで再生してみましょう
01:48
this is the mantis shrimp -- the same species --
22
83000
2000
これは同じ種類のシャコです
01:50
recorded at 1,000 frames a second,
23
85000
2000
１秒1000フレームで撮影して
01:52
played back at 15 frames per second.
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 extension of the limbs,
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
素晴らしい脚の伸びですよね
02:00
exploding upward to actually just catch
26
95000
3000
私の用意した 餌用のエビを
捕まえるために
捕まえるために
02:03
a dead piece of shrimp that I had offered 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 of mantis shrimp is the smasher stomatopod,
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
粉砕型口脚目ですが
02:10
and these guys open up snails for a living.
29
105000
3000
彼らは貝類の殻を壊して
食べています
食べています
02:13
And so this guy gets the snail all set up and gives it a good whack.
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
強烈なパンチをお見舞いします
02:18
(Laughter)
31
113000
1000
（笑）
02:19
So, I'll play it one more time.
32
114000
2000
もう１度再生します
02:21
He wiggles it in place, tugs it with his nose, and smash.
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
鼻を使って少し引いて 叩きます
02:25
And a few smashes later, the snail is broken open, and he's got a good dinner.
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
彼はご馳走にありつけました
02:32
So, the smasher raptorial appendage can stab with a point at the end,
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
先端を使って刺すこともできれば
02:36
or it can smash with the heel.
36
131000
2000
踵で叩くこともできます
02:38
And today I'll talk about the smashing type of strike.
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 that came to mind 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
この足の動くスピードです
02:43
well, how fast does this limb move?
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
この足の動くスピードです
02:46
Because it's moving pretty darn fast on that video.
40
141000
3000
ビデオで見る限り
ものすごい速さです
ものすごい速さです
02:49
And I immediately came upon a problem.
41
144000
3000
私はすぐに一つの壁に
ぶち当たりました
ぶち当たりました
02:52
Every single high-speed video system in the biology department
42
147000
3000
バークレーの生物学科が持つ
ハイスピード用の
ハイスピード用の
02:55
at Berkeley wasn't fast enough to catch this movement.
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
この動きを捉えるには遅すぎたのです
02:59
We simply couldn't capture it on video.
44
154000
2000
単純に撮れませんでした
03:01
And so this had me stymied for quite a long period 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
困った状態に陥ってましたが
03:04
And then a BBC crew came cruising through the biology department,
46
159000
3000
ある日 BBCの方が
生物学における
生物学における
03:07
looking for a story to do about new technologies in biology.
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
うちの生物学科にやってきました
03:12
And so we struck up a deal.
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 the high-speed video system
49
169000
2000
「この動きを捉えきれるような
03:16
that could capture these movements,
50
171000
2000
ハイスピードビデオカメラを
03:18
you guys can film us collecting the data."
51
173000
3000
貸していただければ
研究を撮ってもいい」と
研究を撮ってもいい」と
03:21
And believe it or not, they went for it. (Laughter)
52
176000
2000
なんと 成立しました
（笑）
（笑）
03:23
So we got this incredible video system. It's very new technology --
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
ビデオシステム なんと１年前に
03:27
it just came out about a year ago --
54
182000
2000
出たばかりの最新技術を手に入れ
03:29
that allows you to film at extremely high speeds in low light.
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
光の少ない中でも撮れるようになりました
03:34
And low light is a critical issue with filming animals,
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, you fry them. (Laughter)
57
191000
3000
強すぎると焼いてしまいますからね
（笑）
（笑）
03:39
So this is a mantis shrimp. There are the eyes 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
ここに目があり そして
03:44
and there's that raptorial appendage, and there's the heel.
59
199000
3000
ここに捕脚があり これが踵です
03:47
And that thing's going to swing around and smash the snail.
60
202000
3000
この踵を振って
貝に打撃を与えます
貝に打撃を与えます
03:50
And the snail's wired to a stick,
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
貝は棒に縛り上げています そして
03:51
so he's a little bit easier to set up the shot. 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
貝は棒に縛り上げています そして
03:55
(Laughter)
63
210000
2000
（笑）
03:57
I hope there aren't any snail rights activists 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…
いないといいのですが…
04:00
(Laughter)
65
215000
2000
（笑）
04:02
So this was filmed at 5,000 frames per second,
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
5,000フレームで撮影しました
04:07
and I'm playing it back at 15. And so this is slowed down 333 times.
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
なので333倍遅くしています
04:12
And as you'll notice, it's still pretty gosh darn fast
68
227000
3000
見たらわかりますが
それでもかなり速いです
それでもかなり速いです
04:15
slowed down 333 times. It's an incredibly powerful movement.
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
すごく力強い動きですよね
04:19
The whole limb extends out. The body flexes backwards --
70
234000
3000
脚は伸びきって
体がのけ反っています
体がのけ反っています
04:22
just a spectacular movement.
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 a look at these videos,
72
240000
2000
そして私たちはこのビデオから
04:27
and we measured how fast the limb was moving
73
242000
2000
最初の疑問を解明するために
04:29
to get back to that original question.
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.
75
246000
3000
そして最初の驚きに出会いました
04:34
So what we calculated was that the limbs were moving
76
249000
3000
私たちの計算では
この脚の動きの最高速度は
この脚の動きの最高速度は
04:37
at the peak speed ranging from 10 meters per second
77
252000
2000
毎秒10メートルから なんと
04:39
all the way up to 23 meters per second.
78
254000
2000
23メートルだったのです
04:41
And for those of you who prefer miles per hour,
79
256000
2000
もし時速で言った方がよければ
04:43
that's over 45 miles per hour in water. And this is really darn fast.
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
ものすごく速いですよね
04:48
In fact, it's so fast we were able to add a new point
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
動物の動きのスペクトラムに
04:52
on the extreme animal movement spectrum.
82
267000
3000
新しい点を追加することになりました
04:55
And mantis shrimp are officially the fastest measured feeding strike
83
270000
3000
そしてシャコは公式に
全動物中 最も速い
全動物中 最も速い
04:58
of any animal system. So our first surprise.
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
ビックリでした
05:02
(Applause)
85
277000
1000
（拍手）
05:03
So that was really cool and very unexpected.
86
278000
3000
これはすごく面白くて
意外な発見でした
意外な発見でした
05:06
So, you might be wondering, 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？
こんな事が出来るのか？
05:09
And actually, this work was done 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
マルコム・バローズが研究をしていました
05:12
by a famous biologist named Malcolm Burrows.
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
マルコム・バローズが研究をしていました
05:14
And what he showed in mantis shrimp 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
「歯止め機構」もしくは
05:17
what's called a "catch mechanism," or "click mechanism."
91
292000
3000
「クリック止め」と呼ばれるものを
使っています
使っています
05:20
And what this basically consists of is a large muscle
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
長時間かかる大きな筋肉と
05:24
that takes a good long time to contract,
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
ラッチから成り立っています
05:26
and a latch that prevents anything from moving.
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
ラッチから成り立っています
05:29
So the muscle contracts, and nothing happens.
95
304000
2000
筋肉は収縮しますが何も起きません
05:31
And once the muscle's contracted completely, everything's stored up --
96
306000
3000
そして筋肉が収縮しきったら
力が溜まって
力が溜まって
05:34
the latch flies upward, and you've got the movement.
97
309000
4000
ラッチが上に外れ
捕食攻撃の動作になります
捕食攻撃の動作になります
05:38
And that's basically what's called a "power amplification system."
98
313000
3000
これが「パワー増幅システム」
と呼ばれるものです
と呼ばれるものです
05:41
It takes a long time for the muscle to contract,
99
316000
2000
筋肉の収縮には長時間かかり
05:43
and a very short time for the limb to fly 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 of the end of the story.
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 shrimps make these very fast strikes.
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
を繰り出す方法だと
05:52
But then I took a trip to the National Museum of Natural History.
103
327000
4000
しかし 私が国立自然史博物館を
訪れた時
訪れた時
05:56
And if any of you ever have a chance,
104
331000
2000
ちなみに もし行くことがあれば
05:58
backstage of the National Museum of Natural History
105
333000
2000
この博物館の裏側には
06:00
is one of the world's best collections of preserved mantis shrimp. 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--
コレクションがあります そして--
06:04
(Laughter)
107
339000
1000
（笑）
06:05
this is serious business for me.
108
340000
2000
ちゃんとした仕事なんですよ 私には
06:07
(Laughter)
109
342000
1000
（笑）
06:08
So, this -- what I saw, on every single mantis shrimp limb,
110
343000
5000
そこで私が見つけたのは
槍型 粉砕型に関わらず
槍型 粉砕型に関わらず
06:13
whether it's a spearer or a smasher,
111
348000
2000
全てのシャコの脚の
06:15
is a beautiful saddle-shaped structure
112
350000
2000
上部に存在する 美しい
06:17
right on the top surface of the limb. 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
ここの部分のことです
06:21
It just looks like a saddle you'd put on a horse.
114
356000
2000
馬につける鞍にそっくりです
06:23
It's a very beautiful structure.
115
358000
2000
非常に美しい構造です
06:25
And it's surrounded by membranous areas. And those membranous areas
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
囲まれています ということは
06:30
suggested to me that maybe this is some kind of dynamically flexible structure.
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
柔軟なものだと私は考えました
06:34
And this really sort of had me scratching my head 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
頭を悩ませました
06:37
And then we did a series of calculations, and what we were able to show
119
372000
4000
その後 一連の計算を行って
我々が示せたのは
我々が示せたのは
06:41
is that these mantis shrimp have to have a spring.
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
ものが必要だということです
06:45
There needs to be some kind of spring-loaded mechanism
121
380000
3000
私たちが観察した程の
力を スピードを
力を スピードを
06:48
in order to generate the amount of force that we observe,
122
383000
2000
システム全体のアウトプットを
06:50
and the speed that we observe, and the output of the system.
123
385000
3000
生み出すには
バネに力をためる必要があります
バネに力をためる必要があります
06:53
So we thought, OK, this must be a spring --
124
388000
3000
そこで私たちは これがバネだと
考えました
考えました
06:56
the saddle could very well be a spring.
125
391000
2000
鞍はバネになりえると
06:58
And we went back to those high-speed videos again,
126
393000
2000
ハイスピードビデオに戻ると
07:00
and we could actually visualize the saddle compressing and extending.
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
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 --
129
404000
2000
そしてビデオをみて頂くと
07:11
it's a little bit hard to see -- it's outlined in yellow.
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
実際に攻撃の最中
07:13
The saddle is outlined in yellow. You can actually 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
実際に攻撃の最中
07:15
extending over the course of the strike, and actually hyperextending.
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
それも過度に伸びるのが見えます
07:19
So, we've had very solid evidence showing
133
414000
2000
なので 私たちはこの鞍の様な
07:21
that that saddle-shaped structure actually compresses and extends,
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
確固たる証拠を手に入れました
07:25
and does, in fact, function as a spring.
135
420000
2000
そして実際にバネのように働きます
07:27
The saddle-shaped structure is also known as a "hyperbolic paraboloid surface,"
136
422000
5000
鞍のような形は 「双曲的放物面」
もしくは「鞍型曲面」
もしくは「鞍型曲面」
07:32
or an "anticlastic surface."
137
427000
2000
としても知られています
07:34
And this is very well known to engineers and architects,
138
429000
2000
建築家や技術者は この面が
07:36
because it's a very strong surface in compression.
139
431000
3000
収縮に対し非常に強い面だと
知っています
知っています
07:39
It has curves in two directions,
140
434000
2000
これには２方向に走る曲線
07:41
one curve upward and opposite transverse curve 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
下に曲がる線があります
07:44
so any kind of perturbation spreads the forces
142
439000
3000
それにより この様な構造では
07:47
over the surface of this type of shape.
143
442000
3000
如何なる摂動も
面上で分散されます
面上で分散されます
07:50
So it's very well known to engineers, not as well known to biologists.
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
生物学者はそうでもないのですが
07:54
It's also known to quite a few people who make jewelry,
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
少ない材料で作れて
07:58
because it requires very little material
146
453000
3000
強いものが出来あがる
08:01
to build this type of surface, and it's very strong.
147
456000
3000
構造として知られています
08:04
So if you're going to build a thin gold structure,
148
459000
2000
薄い金の構造を作る時 形は
08:06
it's very nice to have it in a shape that's strong.
149
461000
2000
強いものにしておきたいですよね
08:08
Now, it's also known to architects. One of the most famous architects
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
非常に有名な建築家
08:13
is Eduardo Catalano, who popularized this structure.
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
この構造を有名にしました
08:16
And what's shown here is a saddle-shaped roof that he built
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 feet spanwise.
153
474000
4000
87.5フィートの長さで
（26.7 メートル）
（26.7 メートル）
08:23
It's two and a half inches thick, and supported at two points.
154
478000
3000
厚さ2.5インチ（6.4 cm)
支えは２点だけです
支えは２点だけです
08:26
And one of the reasons why he designed roofs 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
屋根を設計したのは 彼が
08:31
he found it fascinating that you could build such a strong structure
156
486000
4000
この様な強い構造を
少ない材料と少ない支えで
少ない材料と少ない支えで
08:35
that's made of so few materials and can be supported by so few points.
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 principles that apply
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
シャコの鞍型バネにも当てはまります
08:43
to the saddle-shaped spring in stomatopods.
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
シャコの鞍型バネにも当てはまります
08:45
In biological systems it's important not to have a whole lot
160
500000
3000
生物学的なシステムを
組み上げる時に
組み上げる時に
08:48
of extra material requirements for building it.
161
503000
3000
無駄な材料を最低限に
抑えることは重要です
抑えることは重要です
08:51
So, very interesting parallels between the biological
162
506000
3000
これは非常に興味深い
生物学と
生物学と
08:54
and the engineering worlds. And interestingly, this turns 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
さらに興味深いことに
08:58
the stomatopod saddle turns 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 biological hyperbolic paraboloid spring.
165
515000
3000
生物学的双曲的放物面の
バネとなりました
バネとなりました
09:03
That's a bit long, but it is sort of interesting.
166
518000
3000
少し長いフレーズですが
面白いですよね
面白いですよね
09:06
So the next and final question was, well, how much force
167
521000
3000
次の そして最後の質問は
シャコが
シャコが
09:09
does a mantis shrimp produce if they're able to break open snails?
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
どれくらいの力を出しているかです
09:13
And so I wired up what's called a load cell.
169
528000
2000
そこで私はロードセルという
09:15
A load cell measures forces, and this is actually
170
530000
2000
小さな圧電素子である結晶の
09:17
a piezoelectronic load cell that has a little crystal 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 is squeezed, the electrical properties change
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
加えられた力に比例して
09:24
and it -- which -- in proportion to the forces that go in.
173
539000
2000
電気的な特性が変化します
09:26
So these animals are wonderfully aggressive,
174
541000
3000
この動物は素晴らしく攻撃的で
09:29
and are really hungry 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 put a little shrimp paste on the front of the load cell,
176
547000
3000
エビのペーストを少し
ロードセルの前に置けば
ロードセルの前に置けば
09:35
and they'd smash 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 video of the animal
178
552000
4000
そしてこれが この動物が
ロードセルを
ロードセルを
09:41
just smashing the heck out of this load cell.
179
556000
3000
力いっぱい叩いている映像です
09:44
And we were able to get some force measurements 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.
181
562000
2000
またまた驚きがありました
09:49
I purchased a 100-pound load cell, thinking,
182
564000
2000
私たちはこの大きさの動物だと
09:51
no animal could produce more than 100 pounds at this size of an animal.
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
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 overloaded the load cell.
184
570000
2000
すぐに計測範囲外になりました
09:57
So these are actually some old data
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 animals in the lab,
186
574000
2000
探して取った古いデータで
10:01
and we were able to measure forces of well over 100 pounds
187
576000
3000
それでも100ポンド以上の力を
計測しました
計測しました
10:04
generated by an animal about this big.
188
579000
3000
このぐらいの大きさの動物がです
10:07
And actually, just last week I got a 300-pound load cell
189
582000
2000
実際 つい先週 300ポンド用
10:09
up and running, and I've clocked these animals generating
190
584000
3000
ロードセルを手に入れた所
200ポンド以上の力が
200ポンド以上の力が
10:12
well over 200 pounds of force.
191
587000
2000
測定されました
10:14
And again, I think this will be a world record.
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 more background reading,
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 amount of force produced
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 of a given -- per body mass. So, really incredible forces.
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
ものすごい力です
10:27
And again, that brings us back to the importance of that spring
196
602000
3000
これでまた 力をため
たくさんのエネルギーを
たくさんのエネルギーを
10:30
in storing up and releasing so much energy in this system.
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
先ほどのバネが重要だと分かります
10:34
But that was not the end of the story.
198
609000
2000
しかし 話はここで終わりません
10:36
Now, things -- I'm making this sound very easy, this is actually 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
すごい仕事量です
10:39
And I got all these force measurements,
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
すごい仕事量です
10:41
and then I went and looked at the force output of the system.
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
かかる力を見た時
10:45
And this is just very simple -- time is on the X-axis
202
620000
3000
これは単純に時間が横軸に
10:48
and the force is on the Y-axis. And you can see two peaks.
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
二つのピークがあります
10:51
And that was what really got me puzzled.
204
626000
4000
これは私を本当に悩ませました
10:55
The first peak, obviously, is the limb hitting the load cell.
205
630000
3000
最初のピークはもちろん
脚がセルを
脚がセルを
10:58
But there's a really large second peak half a millisecond later,
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
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 expect a second peak for other reasons,
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
いくつか考えられますが
11:09
but not half a millisecond later.
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 videos,
210
646000
2000
またハイスピードカメラの
11:13
there's a pretty good hint of what might 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
いいヒントがありました
11:17
Here's that same orientation that we saw earlier.
212
652000
2000
全て先ほどと同じ位置にあります
11:19
There's that raptorial appendage -- there's the heel,
213
654000
3000
ここが補脚で これが踵で
11:22
and it's going to swing around and hit the load cell.
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 is keep your eye 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
注目して頂きたいのはここ
11:28
on the surface of the load cell, as the limb comes flying through.
216
663000
5000
ロードセルの表面です
脚が飛んできて
脚が飛んできて
11:33
And I hope what you are able to see is actually a flash of light.
217
668000
5000
そして一瞬光ったのが見えたでしょうか？
11:38
Audience: Wow.
218
673000
2000
聴衆：おお
11:40
Sheila Patek: And so if we just take that one frame, what you can actually 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
実際にここの
11:44
at the end of that yellow arrow is a vapor bubble.
220
679000
3000
黄色い矢印の先に見えるのは
蒸気の泡です
蒸気の泡です
11:47
And what that is, is cavitation.
221
682000
2000
これはキャビテーションです
11:49
And cavitation is an extremely potent fluid dynamic phenomenon
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
流体力学の現象で
11:53
which occurs when you have areas of water
223
688000
3000
水の流れる速度差が
大きくなるところで
大きくなるところで
11:56
moving at extremely different speeds.
224
691000
2000
生じます
11:58
And when this happens, it can cause areas of very low pressure,
225
693000
4000
この現象が起こると
圧力の低い部分が出てきて
圧力の低い部分が出てきて
12:02
which results in the water literally vaporizing.
226
697000
3000
文字通り 水が蒸発します
12:05
And when that vapor bubble collapses, it emits sound, light and heat,
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
音 光 そして熱を放ちます
12:09
and it's a very destructive process.
228
704000
2000
これは非常に破壊的です
12:11
And so here it is in the stomatopod. And again, this is a situation
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
これはまた技術者にとって
12:16
where engineers are very familiar with this phenomenon,
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
ボートのプロペラを破壊しますからね
12:19
because it destroys boat propellers.
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
ボートのプロペラを破壊しますからね
12:21
People have been struggling for years to try and design
232
716000
3000
人々は何年間も
この写真のように 文字通り
この写真のように 文字通り
12:24
a very fast rotating boat propeller that doesn't cavitate
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
キャビテーションを起こさずに
12:28
and literally wear away the metal and put holes 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 show.
235
725000
2000
設計するのに苦労してきました
12:32
So this is a potent force in fluid systems, and just to sort of take it one step further,
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
とても強力な力で もう一歩踏み込んで
12:41
I'm going to show you the mantis shrimp approaching the snail.
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 at 20,000 frames per second, 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
撮影されました この映像は
12:48
full credit to the BBC cameraman, Tim Green, for setting this shot 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
ティム・グリーンによるものです
12:52
because I could never have done this in a million years --
240
747000
3000
私では１万年かかっても
撮れなかったでしょう
撮れなかったでしょう
12:55
one of the benefits of working with professional cameramen.
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
仕事が出来てよかったです
12:58
You can see it coming in, and an incredible flash of light,
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
その後 すごい光を放ちます
13:02
and all this cavitation spreading over the surface of the snail.
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
貝の表面に広がります
13:06
So really, just an amazing image,
244
761000
3000
この本当に ただただ
すごい映像を
すごい映像を
13:09
slowed down extremely, to extremely slow speeds.
245
764000
4000
遅くして すごく遅くします
そうすると
そうすると
13:13
And again, we can see it in slightly different form there,
246
768000
3000
キャビテーションが違う形で
見られます
見られます
13:16
with the bubble forming and collapsing between those two surfaces.
247
771000
4000
二つの表面の間で
泡が形成して崩壊しています
泡が形成して崩壊しています
13:20
In fact, you might have even seen some cavitation going up the edge of the limb.
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
及ぶのが見えた方もいるでしょう
13:25
So to solve this quandary of the two force peaks:
249
780000
3000
この二つある力のピークの
謎を解きましょう
謎を解きましょう
13:28
what I think was going on is: that first impact is actually
250
783000
2000
私が考えるに 最初の衝撃は
13:30
the limb hitting the load cell, and the second impact is actually
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
泡が崩壊して起きたものです
13:33
the collapse of the cavitation bubble.
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
泡が崩壊して起きたものです
13:35
And these animals may very well be making 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 and the energy stored with that specialized spring,
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
エネルギーを利用するだけでなく
13:42
but the extremes of the fluid dynamics. And they might actually 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
彼らは実際に流体力学を
13:46
making use of fluid dynamics as a second force for breaking the snail.
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
使用しているかもしれないのです
13:50
So, really fascinating double whammy, so to speak, from these animals.
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
素晴らしいダブルパンチですよね
13:56
So, one question I often 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 I'd answer it now -- is, well, what happens to the animal?
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813000
3000
今答えようと思います
シャコはどうなるでしょう？
シャコはどうなるでしょう？
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Because obviously, if it's breaking snails,
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3000
なぜなら もし貝を壊しているのであれば
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the poor limb must be disintegrating. And indeed it does.
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3000
脚もボロボロになるはずです
実際になります
実際になります
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That's the smashing part of the heel on both these images,
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3000
これは両方とも捕脚の踵の写真で
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and it gets worn away. In fact, I've seen them wear away
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削れているのが分かります 実際に
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their heel all the way to the flesh.
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2000
削れて肉まで見えました
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But one of the convenient things about being an arthropod
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3000
しかし 節足動物であることの
便利な点は
便利な点は
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is that you have to molt. And every three months or so
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832000
3000
脱皮することです
３か月毎にシャコ達は
３か月毎にシャコ達は
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these animals molt, and they build a new limb and it's no problem.
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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
もう何の問題もありません
14:25
Very, very convenient solution to that particular problem.
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840000
4000
この問題に対する
とっても便利な解決策です
とっても便利な解決策です
14:29
So, I'd like to end on sort of a wacky note.
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5000
最後にパンチのある
話をしたいと思います
話をしたいと思います
14:34
(Laughter)
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849000
3000
（笑）
14:37
Maybe this is all wacky to folks like you, I don't know.
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ここまでの話も全部
パンチに関したものですが
パンチに関したものですが
14:41
(Laughter)
272
856000
1000
（笑）
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So, the saddles -- that saddle-shaped spring --
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857000
3000
まず鞍 鞍の形をしたバネですが
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has actually been well known to biologists for a long time,
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860000
4000
生物学者には昔から
バネとしてではなく
バネとしてではなく
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not as a spring but as a visual signal.
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864000
4000
視覚信号として知られていました
14:53
And there's actually a spectacular colored dot
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868000
2000
シャコの種類の多くは
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in the center of the saddles of many species of stomatopods.
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6000
鞍の中心に綺麗な色の
円があります
円があります
15:01
And this is quite interesting, to find evolutionary origins
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そして全ての種が鞍に
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of visual signals on what's really, in all species, their spring.
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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
非常に興味深いです
15:10
And I think one explanation for this could be
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885000
2000
私の考えでは この理由は
15:12
going back to the molting phenomenon.
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887000
2000
先ほどの脱皮と関係しています
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So these animals go into a molting period where they're
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889000
3000
この動物が脱皮の時期に入ると
彼らは攻撃が
彼らは攻撃が
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unable to strike -- their bodies become very soft.
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892000
3000
出来なくなります
体が柔らかくなるからです
体が柔らかくなるからです
15:20
And they're literally unable to strike or they will self-destruct.
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3000
攻撃するのは文字通り
自爆行為なのです
自爆行為なのです
15:23
This is for real. And what they do is, up until that time period
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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
どうするかというと 攻撃できなくなる
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when they can't strike, they become really obnoxious and awful,
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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
不愉快な動物になります
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and they strike everything in sight; it doesn't matter who or what.
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908000
4000
目に入るもの全てに 誰にも
何にでも攻撃します
何にでも攻撃します
15:37
And the second they get into that time point when they can't strike any more,
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912000
4000
そして攻撃できなくなった瞬間に
警告を
警告を
15:41
they just signal. They wave their legs around.
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916000
3000
出すだけになります
脚を振り回すのです
脚を振り回すのです
15:44
And it's one of the classic examples in animal behavior of bluffing.
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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
ハッタリの典型的な例です
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It's a well-established fact of these animals
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923000
2000
この動物がハッタリをかますのは
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that they actually bluff. They can't actually strike, but they pretend to.
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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
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 about whether those colored dots
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929000
2000
なので私はこの色のついた
15:56
in the center of the saddles are conveying some kind of information
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
彼らの攻撃能力 攻撃する力 そして
16:00
about their ability to strike, or their strike force,
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935000
3000
脱皮のサイクルに関して
何か情報を含んでいる
何か情報を含んでいる
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and something about the time period in the molting cycle.
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3000
のではないかと
非常に興味を持っています
非常に興味を持っています
16:06
So sort of an interesting strange fact to find a visual structure
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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
バネの中心に見られるという
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right in the middle of their spring.
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946000
3000
面白く 奇妙な 事実です
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So to conclude, I mostly want to acknowledge my two collaborators,
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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
２人の共同研究者 ワイアット・コーフと
16:19
Wyatt Korff and Roy Caldwell, who worked closely with me on this.
300
954000
3000
ロイ・コールドウェル
そして私に３年間
そして私に３年間
16:22
And also the Miller Institute for Basic Research in Science,
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957000
3000
科学のみを追求するための
資金を提供してくれた
資金を提供してくれた
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which gave me three years of funding to just do science all the time,
302
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
に謝辞を述べ 話を終わります
16:29
and for that I'm very grateful. Thank you very much.
303
964000
3000
どうもありがとうございました
16:32
(Applause)
304
967000
1000
（拍手）
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