TED2004
Sheila Patek: The shrimp with a kick!
Sheila Patek klokt de snelste dieren
Filmed:
Readability: 4
1,659,037 views
Biologe Sheila Patek praat over haar werk om de slagsnelheid van de bidsprinkhaankreeft te meten, één van de snelste bewegingen in de dierenwereld, met gebruik van videocamera's die 20.000 beelden per seconde vastleggen.
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
Als je de kreeft wil leren bespelen... hier zijn er een paar.
00:28
And that's not a joke, we really do.
1
3000
2000
Dat is geen grapje, die zijn hier echt.
00:30
So come up afterwards and I'll show you how to play a lobster.
2
5000
3000
Dus kom na afloop naar boven en ik laat het je zien.
00:33
So, actually, I started working on what's called the mantis shrimp
3
8000
4000
Enkele jaren geleden begon ik de zogenaamde bidsprinkhaankreeft
00:37
a few years ago because they make sound.
4
12000
3000
te bestuderen omdat die geluid produceert.
00:40
This is a recording I made of a mantis shrimp
5
15000
2000
Dit is een opname die ik maakte van zo'n kreeft,
00:42
that's found off the coast of California.
6
17000
2000
die leeft langs de kust van Californië.
00:55
And while that's an absolutely fascinating sound,
7
30000
3000
Hoewel dat een zeer fascinerend geluid is,
00:58
it actually turns out to be a very difficult project.
8
33000
3000
blijkt het een erg moeilijk project te zijn.
01:01
And while I was struggling to figure out how and why mantis shrimp,
9
36000
5000
Terwijl ik probeerde uit te vissen hoe en waarom bidsprinkhaankreeften,
01:06
or stomatopods, make sound, I started to think about their appendages.
10
41000
4000
of stomatopoda, geluid maken, begon ik na te denken over hun aanhangsels.
01:10
And mantis shrimp are called "mantis shrimp" after the praying mantises,
11
45000
3000
Bidsprinkhaankreeften krijgen hun naam van de bidsprinkhaan,
01:13
which also have a fast feeding appendage. And I started to think,
12
48000
4000
die ook een snel jacht-aanhangsel heeft. Ik begon te denken:
01:17
well, maybe it will be interesting, while listening to their sounds,
13
52000
3000
terwijl ik ze beluister kan ik misschien uitvissen
01:20
to figure out how these animals generate very fast feeding strikes.
14
55000
3000
hoe deze dieren zeer snelle slagen genereren.
01:23
And so today I'll talk about the extreme stomatopod strike,
15
58000
4000
Dus vandaag spreek ik over de extreme stomatopoda-slag,
01:27
work that I've done in collaboration with Wyatt Korff and Roy Caldwell.
16
62000
3000
werk dat ik deed in samenwerking met Wyatt Korff en Roy Caldwell.
01:30
So, mantis shrimp come in two varieties:
17
65000
3000
Bidsprinkhaankreeften zijn er in twee soorten:
01:33
there are spearers and smashers.
18
68000
2000
de spietsers en de knallers.
01:35
And this is a spearing mantis shrimp, or stomatopod.
19
70000
3000
Dit is een spietsende bidsprinkhaankreeft.
01:38
And he lives in the sand, and he catches things that go by overhead.
20
73000
5000
Hij leeft in het zand en vangt dingen die boven hem bewegen.
01:43
So, a quick strike like that. And if we slow it down a bit,
21
78000
5000
Dus, een snelle slag als deze. Laten we even vertragen.
01:48
this is the mantis shrimp -- the same species --
22
83000
2000
Dit is de bidsprinkhaankreeft -- dezelfde soort --
01:50
recorded at 1,000 frames a second,
23
85000
2000
opgenomen met 1000 beelden per seconde,
01:52
played back at 15 frames per second.
24
87000
2000
weergegeven met 15 beelden per seconde.
01:54
And you can see it's just a really spectacular extension of the limbs,
25
89000
6000
Je ziet dat dit een spectaculaire strekking van het ledemaat is.
02:00
exploding upward to actually just catch
26
95000
3000
Hij explodeert naar boven om
02:03
a dead piece of shrimp that I had offered it.
27
98000
2000
een stukje dode garnaal te vangen dat ik hem aanbood.
02:05
Now, the other type of mantis shrimp is the smasher stomatopod,
28
100000
5000
De andere soort bidsprinkhaankreeft is de knaller-stomatopoda.
02:10
and these guys open up snails for a living.
29
105000
3000
Deze jongens openen slakken voor de kost.
02:13
And so this guy gets the snail all set up and gives it a good whack.
30
108000
5000
Deze kerel positioneert de slak en geeft hem een flinke oplawaai.
02:18
(Laughter)
31
113000
1000
(Gelach)
02:19
So, I'll play it one more time.
32
114000
2000
Ik speel het nog eens.
02:21
He wiggles it in place, tugs it with his nose, and smash.
33
116000
4000
Hij wiebelt hem op zijn plek, sleept hem met zijn neus... en knal.
02:25
And a few smashes later, the snail is broken open, and he's got a good dinner.
34
120000
7000
Een paar knallen later is de slak opengebroken en heeft hij een goed maaltje.
02:32
So, the smasher raptorial appendage can stab with a point at the end,
35
127000
4000
Het roofaanhangsel kan dus spietsen met een punt op het eind,
02:36
or it can smash with the heel.
36
131000
2000
of knallen met de hiel.
02:38
And today I'll talk about the smashing type of strike.
37
133000
3000
Vandaag zal ik het hebben over de knallende soort.
02:41
And so the first question that came to mind was,
38
136000
2000
De eerste vraag die bij me opkwam was:
02:43
well, how fast does this limb move?
39
138000
3000
nou, hoe snel beweegt die ledemaat?
02:46
Because it's moving pretty darn fast on that video.
40
141000
3000
Want het beweegt verdraaid snel op die video.
02:49
And I immediately came upon a problem.
41
144000
3000
Ik stuitte onmiddelijk op een probleem.
02:52
Every single high-speed video system in the biology department
42
147000
3000
Iedere hoge-snelheidscamera in de biologieafdeling
02:55
at Berkeley wasn't fast enough to catch this movement.
43
150000
4000
van Berkeley was niet snel genoeg om dit te vangen.
02:59
We simply couldn't capture it on video.
44
154000
2000
We konden het simpelweg niet op video vangen.
03:01
And so this had me stymied for quite a long period of time.
45
156000
3000
Dit stond me behoorlijk lange tijd in de weg.
03:04
And then a BBC crew came cruising through the biology department,
46
159000
3000
Toen kwam een BBC-ploeg door de biologie-afdeling gestruind,
03:07
looking for a story to do about new technologies in biology.
47
162000
5000
op zoek naar een verhaal over nieuwe technologieën in biologie.
03:12
And so we struck up a deal.
48
167000
2000
We sloten een deal.
03:14
I said, "Well, if you guys rent the high-speed video system
49
169000
2000
Ik zei: "Nou, als jullie de hogesnelheidscamera huren
03:16
that could capture these movements,
50
171000
2000
die deze bewegingen kan opnemen,
03:18
you guys can film us collecting the data."
51
173000
3000
mogen jullie ons filmen terwijl we data verzamelen."
03:21
And believe it or not, they went for it. (Laughter)
52
176000
2000
Geloof het of niet, ze deden het. (Gelach)
03:23
So we got this incredible video system. It's very new technology --
53
178000
4000
Dus we kregen een ongelofelijk videosysteem. Nieuwe technologie --
03:27
it just came out about a year ago --
54
182000
2000
het kwam zo'n jaar geleden uit --
03:29
that allows you to film at extremely high speeds in low light.
55
184000
5000
waarmee je op extreem hoge snelheden met weinig licht kan filmen.
03:34
And low light is a critical issue with filming animals,
56
189000
2000
Weinig licht is een kritiek punt bij het filmen van dieren,
03:36
because if it's too high, you fry them. (Laughter)
57
191000
3000
want als het te veel is, braad je ze. (Gelach)
03:39
So this is a mantis shrimp. There are the eyes up here,
58
194000
5000
Dit is dus een bidsprinkhaankreeft. De ogen zitten daar boven,
03:44
and there's that raptorial appendage, and there's the heel.
59
199000
3000
en hier is dat roofaanhangsel, en hier is de hiel.
03:47
And that thing's going to swing around and smash the snail.
60
202000
3000
Dat ding gaat rondzwiepen om de slak te kraken.
03:50
And the snail's wired to a stick,
61
205000
1000
De slak is aan een stok gebonden,
03:51
so he's a little bit easier to set up the shot. And -- yeah.
62
206000
4000
zodat het shot makkelijker op te zetten was.
03:55
(Laughter)
63
210000
2000
(Gelach)
03:57
I hope there aren't any snail rights activists around here.
64
212000
3000
Ik hoop dat er geen slakkenrechten-activisten hier zijn.
04:00
(Laughter)
65
215000
2000
(Gelach)
04:02
So this was filmed at 5,000 frames per second,
66
217000
5000
Dit is gefilmd met 5000 opnames per seconde,
04:07
and I'm playing it back at 15. And so this is slowed down 333 times.
67
222000
5000
en afgespeeld op 15... dus dit is 333 maal vertraagd.
04:12
And as you'll notice, it's still pretty gosh darn fast
68
227000
3000
Zoals je ziet, is het nog steeds verdomd snel.
04:15
slowed down 333 times. It's an incredibly powerful movement.
69
230000
4000
Een ongelofelijk krachtige beweging.
04:19
The whole limb extends out. The body flexes backwards --
70
234000
3000
Het hele ledemaat strekt uit. De romp spant zich achterwaarts --
04:22
just a spectacular movement.
71
237000
3000
een spectaculaire beweging.
04:25
And so what we did is, we took a look at these videos,
72
240000
2000
Dus we keken naar deze video's
04:27
and we measured how fast the limb was moving
73
242000
2000
en maten hoe snel het ledemaat bewoog
04:29
to get back to that original question.
74
244000
2000
om op de beginvraag terug te komen.
04:31
And we were in for our first surprise.
75
246000
3000
We kregen onze eerste verrassing.
04:34
So what we calculated was that the limbs were moving
76
249000
3000
We berekenden dat de ledematen bewogen
04:37
at the peak speed ranging from 10 meters per second
77
252000
2000
met een topsnelheid variërend van 10 meter per seconde
04:39
all the way up to 23 meters per second.
78
254000
2000
tot 23 meter per seconde.
04:41
And for those of you who prefer miles per hour,
79
256000
2000
Voor degenen die de voorkeur geven aan km/u,
04:43
that's over 45 miles per hour in water. And this is really darn fast.
80
258000
5000
dat is ruim 72 km/u onder water. Echt verdraaid snel.
04:48
In fact, it's so fast we were able to add a new point
81
263000
4000
In feite is het zo snel dat we een nieuw punt konden toevoegen
04:52
on the extreme animal movement spectrum.
82
267000
3000
op het extreme dierenbewegings-spectrum.
04:55
And mantis shrimp are officially the fastest measured feeding strike
83
270000
3000
De bidsprinkhaankreeft heeft officieel de snelste jacht-slagsnelheid
04:58
of any animal system. So our first surprise.
84
273000
4000
van alle dierensystemen. Onze eerste verrassing.
05:02
(Applause)
85
277000
1000
(Applaus)
05:03
So that was really cool and very unexpected.
86
278000
3000
Dus dat was echt cool en heel onverwacht.
05:06
So, you might be wondering, well, how do they do it?
87
281000
3000
Je vraagt je misschien af hoe ze het klaarspelen.
05:09
And actually, this work was done in the 1960s
88
284000
3000
Dit werk is gedaan in de jaren 60
05:12
by a famous biologist named Malcolm Burrows.
89
287000
2000
door een beroemde bioloog genaamd Malcolm Burrows.
05:14
And what he showed in mantis shrimp is that they use
90
289000
3000
Hij liet zien in bidsprinkhaankreeften dat ze een
05:17
what's called a "catch mechanism," or "click mechanism."
91
292000
3000
zogenaamd 'grendelmechanisme', of 'klik-mechanisme' gebruiken.
05:20
And what this basically consists of is a large muscle
92
295000
4000
Dat bestaat uit een grote spier
05:24
that takes a good long time to contract,
93
299000
2000
die er flink lang over doet om samen te trekken,
05:26
and a latch that prevents anything from moving.
94
301000
3000
en een veerslot dat de zaak vastzet.
05:29
So the muscle contracts, and nothing happens.
95
304000
2000
Dus de spier spant zich, en er gebeurt niets.
05:31
And once the muscle's contracted completely, everything's stored up --
96
306000
3000
Als de spier totaal gespannen is, is de energie opgeslagen --
05:34
the latch flies upward, and you've got the movement.
97
309000
4000
het veerslot vliegt omhoog, en je hebt de beweging.
05:38
And that's basically what's called a "power amplification system."
98
313000
3000
Dat is wat we noemen een 'kracht-versterkingssysteem'.
05:41
It takes a long time for the muscle to contract,
99
316000
2000
Het spannen van de spier duurt lang,
05:43
and a very short time for the limb to fly out.
100
318000
2000
en het uitzwiepen van het ledemaat heel kort.
05:45
And so I thought that this was sort of the end of the story.
101
320000
3000
Dus ik dacht dat dit het einde van het verhaal was.
05:48
This was how mantis shrimps make these very fast strikes.
102
323000
4000
Zo maken bidsprinkhaankreeften die zeer snelle slagen.
05:52
But then I took a trip to the National Museum of Natural History.
103
327000
4000
Maar toen bezocht ik het National museum of Natural History.
05:56
And if any of you ever have a chance,
104
331000
2000
Als jullie ooit de kans hebben,
05:58
backstage of the National Museum of Natural History
105
333000
2000
achter de coulissen van het museum
06:00
is one of the world's best collections of preserved mantis shrimp. And what --
106
335000
4000
bevindt zich een van 's werelds beste collecties van bidsprinkhaankreeften..
06:04
(Laughter)
107
339000
1000
(Gelach)
06:05
this is serious business for me.
108
340000
2000
... Ik méén het!
06:07
(Laughter)
109
342000
1000
(Gelach)
06:08
So, this -- what I saw, on every single mantis shrimp limb,
110
343000
5000
Wat ik zag op ieder bidsprinkhaankreeft-ledemaat,
06:13
whether it's a spearer or a smasher,
111
348000
2000
zowel spietsers als knallers,
06:15
is a beautiful saddle-shaped structure
112
350000
2000
was een mooie zadelvormige structuur
06:17
right on the top surface of the limb. And you can see it right here.
113
352000
4000
precies op de bovenkant van het ledemaat. Hier zie je het.
06:21
It just looks like a saddle you'd put on a horse.
114
356000
2000
Het lijkt op een zadel voor een paard.
06:23
It's a very beautiful structure.
115
358000
2000
Een erg mooie structuur.
06:25
And it's surrounded by membranous areas. And those membranous areas
116
360000
5000
Het is omgeven door vliezige delen, waardoor ik
06:30
suggested to me that maybe this is some kind of dynamically flexible structure.
117
365000
4000
vermoedde dat dit wellicht een soort dynamisch-flexibele structuur is.
06:34
And this really sort of had me scratching my head for a while.
118
369000
3000
Een tijdlang kon ik daar weinig mee.
06:37
And then we did a series of calculations, and what we were able to show
119
372000
4000
Toen deden we een serie berekeningen, en konden aantonen
06:41
is that these mantis shrimp have to have a spring.
120
376000
4000
dat deze kreeften een veer moeten hebben.
06:45
There needs to be some kind of spring-loaded mechanism
121
380000
3000
Er moet een soort veergeladen mechanisme zijn
06:48
in order to generate the amount of force that we observe,
122
383000
2000
om de soort krachten te genereren die we observeerden,
06:50
and the speed that we observe, and the output of the system.
123
385000
3000
en de snelheid en de prestatie die we zagen.
06:53
So we thought, OK, this must be a spring --
124
388000
3000
Dus we dachten: oké, dit moet een veer zijn --
06:56
the saddle could very well be a spring.
125
391000
2000
het zadel zou goed een veer kunnen zijn.
06:58
And we went back to those high-speed videos again,
126
393000
2000
We gingen terug naar die hoge-snelheidsvideo's,
07:00
and we could actually visualize the saddle compressing and extending.
127
395000
6000
en konden het samentrekken en uitzetten van het zadel zichtbaar maken.
07:06
And I'll just do that one more time.
128
401000
3000
Ik zal het nog eens doen.
07:09
And then if you take a look at the video --
129
404000
2000
Als je vervolgens naar de video kijkt --
07:11
it's a little bit hard to see -- it's outlined in yellow.
130
406000
2000
het is wat moeilijk te zien.
07:13
The saddle is outlined in yellow. You can actually see it
131
408000
2000
Het zadel is geel gemarkeerd. Tijdens de slag
07:15
extending over the course of the strike, and actually hyperextending.
132
410000
4000
kun je zien hoe het uitstrekt, en zelfs nog uitdijt.
07:19
So, we've had very solid evidence showing
133
414000
2000
Dus we hadden zeer solide bewijs
07:21
that that saddle-shaped structure actually compresses and extends,
134
416000
4000
dat die zadelvormige structuur samentrekt en uitzet,
07:25
and does, in fact, function as a spring.
135
420000
2000
en feitelijk als veer functioneert.
07:27
The saddle-shaped structure is also known as a "hyperbolic paraboloid surface,"
136
422000
5000
De zadelvormige structuur staat bekend als een 'hyperbolisch paraboloïde oppervlak',
07:32
or an "anticlastic surface."
137
427000
2000
of een 'anticlastisch oppervlak'.
07:34
And this is very well known to engineers and architects,
138
429000
2000
Dit is welbekend bij ingenieurs en architecten,
07:36
because it's a very strong surface in compression.
139
431000
3000
omdat het oppervlak zeer sterke compressie weerstaat.
07:39
It has curves in two directions,
140
434000
2000
Het heeft krommingen in twee richtingen,
07:41
one curve upward and opposite transverse curve down the other,
141
436000
3000
een opwaartse kromming en een dwarskromming,
07:44
so any kind of perturbation spreads the forces
142
439000
3000
zodat elke inwerkende kracht zich
07:47
over the surface of this type of shape.
143
442000
3000
verspreidt over het oppervlak van deze vorm.
07:50
So it's very well known to engineers, not as well known to biologists.
144
445000
4000
Bij ingenieurs dus welbekend, bij biologen wat minder.
07:54
It's also known to quite a few people who make jewelry,
145
449000
4000
Het is ook bekend bij heel wat mensen die sieraden maken,
07:58
because it requires very little material
146
453000
3000
want het vergt erg weinig materiaal
08:01
to build this type of surface, and it's very strong.
147
456000
3000
om dit oppervlak te maken, en het is erg sterk.
08:04
So if you're going to build a thin gold structure,
148
459000
2000
Dus als je een heel dunne gouden structuur maakt,
08:06
it's very nice to have it in a shape that's strong.
149
461000
2000
is het fijn om het in een vorm te hebben die sterk is.
08:08
Now, it's also known to architects. One of the most famous architects
150
463000
5000
Het is ook bekend bij architecten. Eén van de beroemdste architecten
08:13
is Eduardo Catalano, who popularized this structure.
151
468000
3000
is Eduardo Catanalo, die de structuur populair maakte.
08:16
And what's shown here is a saddle-shaped roof that he built
152
471000
3000
Hier zie je een zadelvormig dak dat hij ontwierp,
08:19
that's 87 and a half feet spanwise.
153
474000
4000
dat bijna 27 meter overspant.
08:23
It's two and a half inches thick, and supported at two points.
154
478000
3000
Het is 6,35 cm dik, en wordt op twee punten ondersteund.
08:26
And one of the reasons why he designed roofs this way is because it's --
155
481000
5000
Eén van de redenen waarom hij dergelijke daken ontwierp, is omdat
08:31
he found it fascinating that you could build such a strong structure
156
486000
4000
het hem fascineerde dat je zo'n sterke structuur kan bouwen
08:35
that's made of so few materials and can be supported by so few points.
157
490000
4000
van zo weinig materiaal, en ondersteund op zo weinig punten.
08:39
And all of these are the same principles that apply
158
494000
4000
Dit zijn allemaal dezelfde principes die van toepassing zijn
08:43
to the saddle-shaped spring in stomatopods.
159
498000
2000
op de zadelvormige veer in stomatopoda.
08:45
In biological systems it's important not to have a whole lot
160
500000
3000
In biologische systemen is het belangrijk om niet teveel
08:48
of extra material requirements for building it.
161
503000
3000
extra materiaal nodig te hebben om ze te bouwen.
08:51
So, very interesting parallels between the biological
162
506000
3000
Erg interessante parallellen dus,
08:54
and the engineering worlds. And interestingly, this turns out --
163
509000
4000
tussen de biologische, en de ingenieurswereld.
08:58
the stomatopod saddle turns out to be the first
164
513000
2000
Interessanterwijs blijkt het stomatopodenzadel
09:00
described biological hyperbolic paraboloid spring.
165
515000
3000
de eerste biologische hyperbolische paraboloïde veer te zijn.
09:03
That's a bit long, but it is sort of interesting.
166
518000
3000
Dat is wat lang, maar het is wel interessant.
09:06
So the next and final question was, well, how much force
167
521000
3000
De volgende en laatste vraag was: hoeveel kracht
09:09
does a mantis shrimp produce if they're able to break open snails?
168
524000
4000
produceert zo'n kreeft als ze slakken open kunnen breken?
09:13
And so I wired up what's called a load cell.
169
528000
2000
Dus bevestigde ik een zogenaamde drukdoos.
09:15
A load cell measures forces, and this is actually
170
530000
2000
Een drukdoos meet krachten, en dit is
09:17
a piezoelectronic load cell that has a little crystal in it.
171
532000
3000
een piëzo-elektrische drukdoos met een klein kristal erin.
09:20
And when this crystal is squeezed, the electrical properties change
172
535000
4000
Als dit kristal wordt samengedrukt, veranderen de elektrische eigenschappen
09:24
and it -- which -- in proportion to the forces that go in.
173
539000
2000
evenredig aan de inkomende krachten.
09:26
So these animals are wonderfully aggressive,
174
541000
3000
Deze dieren zijn fantastisch agressief,
09:29
and are really hungry all the time. And so all I had to do
175
544000
3000
en hebben echt altijd honger. Dus ik hoefde alleen
09:32
was actually put a little shrimp paste on the front of the load cell,
176
547000
3000
wat garnalenpasta op de drukdoos te smeren,
09:35
and they'd smash away at it.
177
550000
2000
en ze begonnen ertegen te meppen.
09:37
And so this is just a regular video of the animal
178
552000
4000
Dit is een gewone video van het dier
09:41
just smashing the heck out of this load cell.
179
556000
3000
terwijl het die drukdoos tot moes probeert te slaan.
09:44
And we were able to get some force measurements out.
180
559000
3000
We verzamelden zodoende wat kracht-metingen.
09:47
And again, we were in for a surprise.
181
562000
2000
Opnieuw stonden we voor een verrassing.
09:49
I purchased a 100-pound load cell, thinking,
182
564000
2000
Ik kocht een 45 kilo-drukdoos,
09:51
no animal could produce more than 100 pounds at this size of an animal.
183
566000
4000
in de aanname dat zo'n klein dier nooit meer dan 45 kilo aan kracht kon produceren.
09:55
And what do you know? They immediately overloaded the load cell.
184
570000
2000
Maar meteen overbelastten ze de drukdoos.
09:57
So these are actually some old data
185
572000
2000
Dit zijn wat oude data
09:59
where I had to find the smallest animals in the lab,
186
574000
2000
van de kleinste dieren uit het lab,
10:01
and we were able to measure forces of well over 100 pounds
187
576000
3000
en we maten krachten van ver boven de 45 kilo,
10:04
generated by an animal about this big.
188
579000
3000
van een dier van ongeveer deze grootte.
10:07
And actually, just last week I got a 300-pound load cell
189
582000
2000
Vorige week heb ik een 135 kilo-drukdoos geïnstalleerd
10:09
up and running, and I've clocked these animals generating
190
584000
3000
en ik heb krachten gemeten van deze dieren
10:12
well over 200 pounds of force.
191
587000
2000
van boven de 90 kilo.
10:14
And again, I think this will be a world record.
192
589000
3000
Opnieuw denk ik dat dit een wereldrecord zal zijn.
10:17
I have to do a little bit more background reading,
193
592000
2000
Ik moet nog wat meer over de materie lezen,
10:19
but I think this will be the largest amount of force produced
194
594000
3000
maar ik denk dat dit de grootste geproduceerde kracht is
10:22
by an animal of a given -- per body mass. So, really incredible forces.
195
597000
5000
per lichaamsgewicht. Ongelofelijke krachten.
10:27
And again, that brings us back to the importance of that spring
196
602000
3000
Nogmaals brengt dat ons terug naar het belang van die veer
10:30
in storing up and releasing so much energy in this system.
197
605000
4000
in het opslaan en vrijgeven van zoveel energie in dit systeem.
10:34
But that was not the end of the story.
198
609000
2000
Maar dat was niet het einde van het verhaal.
10:36
Now, things -- I'm making this sound very easy, this is actually a lot of work.
199
611000
3000
Zo verteld lijkt het makkelijk, maar het was veel werk.
10:39
And I got all these force measurements,
200
614000
2000
Ik kreeg allemaal kracht-metingen,
10:41
and then I went and looked at the force output of the system.
201
616000
4000
en ging toen kijken naar de kracht die uit het systeem komt.
10:45
And this is just very simple -- time is on the X-axis
202
620000
3000
Het is heel simpel -- tijd staat op de X-as
10:48
and the force is on the Y-axis. And you can see two peaks.
203
623000
3000
en kracht staat op de Y-as. Je ziet twee pieken.
10:51
And that was what really got me puzzled.
204
626000
4000
Daar snapte ik helemaal niets van.
10:55
The first peak, obviously, is the limb hitting the load cell.
205
630000
3000
De eerste piek is uiteraard het ledemaat dat de drukdoos raakt.
10:58
But there's a really large second peak half a millisecond later,
206
633000
6000
Maar er is een grote tweede piek, een halve milliseconde later,
11:04
and I didn't know what that was.
207
639000
2000
en ik wist niet wat het was.
11:06
So now, you'd expect a second peak for other reasons,
208
641000
3000
Nu zou je een tweede piek verwachten om andere redenen,
11:09
but not half a millisecond later.
209
644000
2000
maar niet een halve milliseconde later.
11:11
Again, going back to those high-speed videos,
210
646000
2000
Nogmaals, terug naar die hoge-snelheidscamera's.
11:13
there's a pretty good hint of what might be going on.
211
648000
4000
Er is een goede hint van wat er wellicht gebeurt.
11:17
Here's that same orientation that we saw earlier.
212
652000
2000
Hier is hetzelfde blikveld dat we eerder zagen.
11:19
There's that raptorial appendage -- there's the heel,
213
654000
3000
Daar is dat roof-aanhangsel -- daar is de hiel,
11:22
and it's going to swing around and hit the load cell.
214
657000
3000
en het gaat rondzwiepen en tegen de drukdoos slaan.
11:25
And what I'd like you to do in this shot is keep your eye on this,
215
660000
3000
Als jullie nou je blik hierop gericht willen houden,
11:28
on the surface of the load cell, as the limb comes flying through.
216
663000
5000
op het oppervlak van de drukdoos, terwijl het ledemaat zwiept.
11:33
And I hope what you are able to see is actually a flash of light.
217
668000
5000
Ik hoop dat jullie nu een lichtflits kunnen zien.
11:38
Audience: Wow.
218
673000
2000
Publiek: Wauw.
11:40
Sheila Patek: And so if we just take that one frame, what you can actually see there
219
675000
4000
Sheila Patek: En als we dat ene beeld nemen, kun je aan het eind
11:44
at the end of that yellow arrow is a vapor bubble.
220
679000
3000
van die gele pijl een luchtbel zien.
11:47
And what that is, is cavitation.
221
682000
2000
Dat is cavitatie.
11:49
And cavitation is an extremely potent fluid dynamic phenomenon
222
684000
4000
Cavitatie is een extreem potent vloeistof-dynamisch fenomeen
11:53
which occurs when you have areas of water
223
688000
3000
dat optreedt als je watervolumes hebt
11:56
moving at extremely different speeds.
224
691000
2000
die op extreem verschillende snelheden bewegen.
11:58
And when this happens, it can cause areas of very low pressure,
225
693000
4000
Als dat gebeurt, kan dat gebieden met zeer lage druk veroorzaken,
12:02
which results in the water literally vaporizing.
226
697000
3000
met letterlijk verdampend water als gevolg.
12:05
And when that vapor bubble collapses, it emits sound, light and heat,
227
700000
4000
Als die dampbel implodeert, veroorzaakt dat geluid, licht en hitte.
12:09
and it's a very destructive process.
228
704000
2000
Het is een zeer destructief proces.
12:11
And so here it is in the stomatopod. And again, this is a situation
229
706000
5000
Hier is het in de stomatopoda. En alweer is dit iets
12:16
where engineers are very familiar with this phenomenon,
230
711000
3000
waarmee ingenieurs zeer bekend zijn,
12:19
because it destroys boat propellers.
231
714000
2000
want het verwoest scheepsschroeven.
12:21
People have been struggling for years to try and design
232
716000
3000
Mensen hebben jarenlang getracht om een
12:24
a very fast rotating boat propeller that doesn't cavitate
233
719000
4000
snel roterende scheepsschroef te ontwerpen, die niet caviteert
12:28
and literally wear away the metal and put holes in it,
234
723000
2000
en zo letterlijk het metaal wegslijt
12:30
just like these pictures show.
235
725000
2000
tot er gaten zijn, zoals je hier ziet.
12:32
So this is a potent force in fluid systems, and just to sort of take it one step further,
236
727000
9000
Dus dit is een brute kracht in vloeistofsystemen, en om een stap verder te gaan,
12:41
I'm going to show you the mantis shrimp approaching the snail.
237
736000
3000
laat ik je zien hoe de kreeft de slak benadert.
12:44
This is taken at 20,000 frames per second, and I have to give
238
739000
4000
Deze opname is gemaakt met 20.000 beelden per seconde,
12:48
full credit to the BBC cameraman, Tim Green, for setting this shot up,
239
743000
4000
dankzij de BBC-cameraman, Tim Green, die de opname voorbereidde,
12:52
because I could never have done this in a million years --
240
747000
3000
want ik had dit zelf nooit klaargespeeld --
12:55
one of the benefits of working with professional cameramen.
241
750000
3000
één van de voordelen van het werken met professionele cameramensen.
12:58
You can see it coming in, and an incredible flash of light,
242
753000
4000
Je ziet de inslag en een ongelofelijke lichtflits,
13:02
and all this cavitation spreading over the surface of the snail.
243
757000
4000
en al die cavitatie verspreidt zich over het oppervlak van de slak.
13:06
So really, just an amazing image,
244
761000
3000
Dus echt een verbazingwekkend beeld,
13:09
slowed down extremely, to extremely slow speeds.
245
764000
4000
zeer extreem vertraagd.
13:13
And again, we can see it in slightly different form there,
246
768000
3000
Nog eens, hier zie je het in een lichtelijk andere vorm,
13:16
with the bubble forming and collapsing between those two surfaces.
247
771000
4000
met de bel die zich vormt en implodeert tussen die twee oppervlakken.
13:20
In fact, you might have even seen some cavitation going up the edge of the limb.
248
775000
5000
Je kon zelfs wat cavitatie langs het ledemaat zien kruipen.
13:25
So to solve this quandary of the two force peaks:
249
780000
3000
Om die kwestie van de twee krachtpieken op te lossen:
13:28
what I think was going on is: that first impact is actually
250
783000
2000
ik denk dat de eerste impact het ledemaat is
13:30
the limb hitting the load cell, and the second impact is actually
251
785000
3000
dat de drukdoos raakt, en de tweede impact is
13:33
the collapse of the cavitation bubble.
252
788000
2000
het imploderen van de cavitatie-bel.
13:35
And these animals may very well be making use of
253
790000
3000
Deze dieren maken wellicht gebruik van zowel
13:38
not only the force and the energy stored with that specialized spring,
254
793000
4000
de kracht en energie die opgeslagen wordt met die speciale veer,
13:42
but the extremes of the fluid dynamics. And they might actually be
255
797000
4000
alsook de extremen van de vloeistofdynamiek, die wellicht
13:46
making use of fluid dynamics as a second force for breaking the snail.
256
801000
4000
gebruikt wordt als een tweede kracht voor het openbreken van de slak.
13:50
So, really fascinating double whammy, so to speak, from these animals.
257
805000
6000
Twee voor de prijs van één, zogezegd, voor deze dieren.
13:56
So, one question I often get after this talk --
258
811000
2000
Eén vraag die ik vaak krijg na deze talk is,
13:58
so I figured I'd answer it now -- is, well, what happens to the animal?
259
813000
3000
wat gebeurt er met het dier?
14:01
Because obviously, if it's breaking snails,
260
816000
3000
Want uiteraard, als hij slakken openbreekt
14:04
the poor limb must be disintegrating. And indeed it does.
261
819000
3000
moet dat arme ledemaat toch uiteenvallen. En dat doet het.
14:07
That's the smashing part of the heel on both these images,
262
822000
3000
Dat is het hamergedeelte van de hiel op beide beelden,
14:10
and it gets worn away. In fact, I've seen them wear away
263
825000
2000
en het slijt weg. Ik heb ze hun hiel zien
14:12
their heel all the way to the flesh.
264
827000
2000
wegslijten tot op het vlees.
14:14
But one of the convenient things about being an arthropod
265
829000
3000
Maar één van de handige dingen als je geleedpotige bent,
14:17
is that you have to molt. And every three months or so
266
832000
3000
is dat je moet vervellen. En iedere drie maanden of zo,
14:20
these animals molt, and they build a new limb and it's no problem.
267
835000
5000
bouwen deze dieren een nieuw ledemaat. Het is geen probleem.
14:25
Very, very convenient solution to that particular problem.
268
840000
4000
Zeer handige oplossing voor dat probleem.
14:29
So, I'd like to end on sort of a wacky note.
269
844000
5000
Ik wil eindigen op een enigszins maffe noot.
14:34
(Laughter)
270
849000
3000
(Gelach)
14:37
Maybe this is all wacky to folks like you, I don't know.
271
852000
4000
Misschien is dit allemaal maf voor mensen als jullie...
14:41
(Laughter)
272
856000
1000
(Gelach)
14:42
So, the saddles -- that saddle-shaped spring --
273
857000
3000
De zadels -- die zadelvormige veer --
14:45
has actually been well known to biologists for a long time,
274
860000
4000
was feitelijk al geruime tijd bekend bij biologen,
14:49
not as a spring but as a visual signal.
275
864000
4000
niet als veer maar als visueel signaal.
14:53
And there's actually a spectacular colored dot
276
868000
2000
En er is een spectaculaire rode stip
14:55
in the center of the saddles of many species of stomatopods.
277
870000
6000
in het midden van de zadels van vele soorten stomatopoda.
15:01
And this is quite interesting, to find evolutionary origins
278
876000
3000
Dat is best interessant, om evolutionaire oorsprongen
15:04
of visual signals on what's really, in all species, their spring.
279
879000
6000
van visuele signalen te zien, op wat bij alle soorten hun veer is.
15:10
And I think one explanation for this could be
280
885000
2000
Ik denk dat een verklaring hiervoor
15:12
going back to the molting phenomenon.
281
887000
2000
in het vervellen zou kunnen schuilen.
15:14
So these animals go into a molting period where they're
282
889000
3000
Deze dieren gaan dus door een vervellingperiode
15:17
unable to strike -- their bodies become very soft.
283
892000
3000
waarin ze niet kunnen slaan -- hun lichamen zijn dan zacht.
15:20
And they're literally unable to strike or they will self-destruct.
284
895000
3000
Ze kunnen niet toeslaan, anders gaan ze er letterlijk zelf aan.
15:23
This is for real. And what they do is, up until that time period
285
898000
7000
Een serieus probleem... Hun oplossing: in de periode
15:30
when they can't strike, they become really obnoxious and awful,
286
905000
3000
vóórdat ze niet kunnen slaan, gedragen ze zich vreselijk
15:33
and they strike everything in sight; it doesn't matter who or what.
287
908000
4000
agressief en slaan naar alles in hun buurt, wat het ook is.
15:37
And the second they get into that time point when they can't strike any more,
288
912000
4000
En zodra ze niet meer kunnen toeslaan,
15:41
they just signal. They wave their legs around.
289
916000
3000
geven ze enkel signalen. Ze zwaaien met hun benen.
15:44
And it's one of the classic examples in animal behavior of bluffing.
290
919000
4000
Dit is een van de klassieke voorbeelden van bluf in dierengedrag.
15:48
It's a well-established fact of these animals
291
923000
2000
Het is een vaststaand feit dat deze dieren
15:50
that they actually bluff. They can't actually strike, but they pretend to.
292
925000
4000
daadwerkelijk bluffen. Ze kunnen niet meer meppen, maar doen alsof.
15:54
And so I'm very curious about whether those colored dots
293
929000
2000
En ik ben dus heel nieuwsgierig of die gekleurde stippen
15:56
in the center of the saddles are conveying some kind of information
294
931000
4000
in het midden van de zadels informatie overdragen
16:00
about their ability to strike, or their strike force,
295
935000
3000
over hun slagvaardigheid, of hun slagkracht,
16:03
and something about the time period in the molting cycle.
296
938000
3000
en iets over het tijdstip in de vervellingscyclus.
16:06
So sort of an interesting strange fact to find a visual structure
297
941000
5000
Een interessant, vreemd feit dus, om een visuele structuur
16:11
right in the middle of their spring.
298
946000
3000
in het midden van hun veer te vinden.
16:14
So to conclude, I mostly want to acknowledge my two collaborators,
299
949000
5000
Ter afsluiting wil ik vooral mijn twee medewerkers even noemen:
16:19
Wyatt Korff and Roy Caldwell, who worked closely with me on this.
300
954000
3000
Wyatt Korf en Roy Caldwell, die nauw met me samenwerkten hieraan.
16:22
And also the Miller Institute for Basic Research in Science,
301
957000
3000
Ook het Miller Institute for Basic Research in Science,
16:25
which gave me three years of funding to just do science all the time,
302
960000
4000
dat me drie jaar financierde om enkel wetenschap te bedrijven,
16:29
and for that I'm very grateful. Thank you very much.
303
964000
3000
en daarvoor ben ik erg dankbaar. Mijn hartelijke dank.
16:32
(Applause)
304
967000
1000
(Applaus)
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