TED2004
Sheila Patek: The shrimp with a kick!
Sheila Patek bada najszybsze zwierzęta
Filmed:
Readability: 4
1,659,037 views
Biolog Sheila Patek opowiada o swojej pracy nad pomiarem prędkości uderzenia ustonogów, jednym z najszybszych ruchów w świecie zwierząt, przy której korzystała z kamer nagrywająych 20.000 klatek na sekundę.
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
Jeśli chcielibyście się nauczyć zagrać homara, to mamy tu kilka.
00:28
And that's not a joke, we really do.
1
3000
2000
I to nie jest żart, naprawdę mamy.
00:30
So come up afterwards and I'll show you how to play a lobster.
2
5000
3000
Przyjdźcie po wszystkim i pokażę wam jak zagrać homara.
00:33
So, actually, I started working on what's called the mantis shrimp
3
8000
4000
Zaczęłam pracować nad czymś znanym jako ustonogi
00:37
a few years ago because they make sound.
4
12000
3000
kilka lat temu z powodu wydawanego przez nie dźwięku.
00:40
This is a recording I made of a mantis shrimp
5
15000
2000
Oto nagranie ustonoga
00:42
that's found off the coast of California.
6
17000
2000
znalezionego nad wybrzeżem Kalifornii.
00:55
And while that's an absolutely fascinating sound,
7
30000
3000
I chociaż to absolutnie fascynujący dźwięk,
00:58
it actually turns out to be a very difficult project.
8
33000
3000
to okazało się to być bardzo trudnym projektem.
01:01
And while I was struggling to figure out how and why mantis shrimp,
9
36000
5000
I gdy zmagałam się z odkrywaniem jak i dlaczego ustonogi,
01:06
or stomatopods, make sound, I started to think about their appendages.
10
41000
4000
lub też stomatopoda, wydają dźwięk, zaczęłam się zastanawiać nad ich kończynami.
01:10
And mantis shrimp are called "mantis shrimp" after the praying mantises,
11
45000
3000
Ustonogi (ang. mantis shrimp) nazwane zostały po modliszkach (ang. mantis),
01:13
which also have a fast feeding appendage. And I started to think,
12
48000
4000
które mają również szybkie kończyny atakujące. I pomyślałam sobie,
01:17
well, maybe it will be interesting, while listening to their sounds,
13
52000
3000
że, może to być interesujące, by słuchając ich odgłosów,
01:20
to figure out how these animals generate very fast feeding strikes.
14
55000
3000
sprawdzić jak te zwierzęta generują bardzo szybkie uderzenia w trakcie ataku.
01:23
And so today I'll talk about the extreme stomatopod strike,
15
58000
4000
A więc dziś opowiem o ekstremalnych atakach stomatopodów,
01:27
work that I've done in collaboration with Wyatt Korff and Roy Caldwell.
16
62000
3000
nad którymi pracowałam wspólnie z Wyattem Korffem i Royem Caldwellem.
01:30
So, mantis shrimp come in two varieties:
17
65000
3000
Ustonogi występują w dwóch odmianach:
01:33
there are spearers and smashers.
18
68000
2000
dźgające i tłukące.
01:35
And this is a spearing mantis shrimp, or stomatopod.
19
70000
3000
To jest ustonóg dźgający.
01:38
And he lives in the sand, and he catches things that go by overhead.
20
73000
5000
Żyje w piasku i łowi co przepłynie mu nad głową.
01:43
So, a quick strike like that. And if we slow it down a bit,
21
78000
5000
Szybkie uderzenie. I jeśli je trochę zwolnimy,
01:48
this is the mantis shrimp -- the same species --
22
83000
2000
to jest ustonóg - ten sam gatunek -
01:50
recorded at 1,000 frames a second,
23
85000
2000
nagrany w 1.000 klatek na sekundę,
01:52
played back at 15 frames per second.
24
87000
2000
odgrywany w 15 ramkach na sekundę.
01:54
And you can see it's just a really spectacular extension of the limbs,
25
89000
6000
Możecie zauważyć to niesamowite wydłużenie odnóży,
02:00
exploding upward to actually just catch
26
95000
3000
eksplodujących w górę by chwycić
02:03
a dead piece of shrimp that I had offered it.
27
98000
2000
kawałek martwej krewetki, którą podsunęłam.
02:05
Now, the other type of mantis shrimp is the smasher stomatopod,
28
100000
5000
Drugą odmianą stomatopodów są ustongi tłukące,
02:10
and these guys open up snails for a living.
29
105000
3000
ci kolesie żyją z otwierania ślimaków.
02:13
And so this guy gets the snail all set up and gives it a good whack.
30
108000
5000
Ten tu ustawi sobie ślimaka i daje mu niezłego łupnia.
02:18
(Laughter)
31
113000
1000
(Śmiech)
02:19
So, I'll play it one more time.
32
114000
2000
Puszczę to jeszcze raz.
02:21
He wiggles it in place, tugs it with his nose, and smash.
33
116000
4000
Obraca go w miejscu, popcha nosem i tłucze.
02:25
And a few smashes later, the snail is broken open, and he's got a good dinner.
34
120000
7000
Kilka uderzeń później ma dobry obiad z rozłupanego ślimaka.
02:32
So, the smasher raptorial appendage can stab with a point at the end,
35
127000
4000
Kończyna atakująca może dźgać ostrym zakończeniem,
02:36
or it can smash with the heel.
36
131000
2000
lub tłuc piętą.
02:38
And today I'll talk about the smashing type of strike.
37
133000
3000
Będę dziś mówiła o ataku tłukącym.
02:41
And so the first question that came to mind was,
38
136000
2000
Pierwszym pytaniem, które się nasuwa, było,
02:43
well, how fast does this limb move?
39
138000
3000
jak szybko te kończyny się poruszają?
02:46
Because it's moving pretty darn fast on that video.
40
141000
3000
Bo na tym filmie rusza się cholernie szybko.
02:49
And I immediately came upon a problem.
41
144000
3000
Od razu natrafiłam na problem.
02:52
Every single high-speed video system in the biology department
42
147000
3000
Każdy system wideo wysokiej prędkości na wydziale bilogii
02:55
at Berkeley wasn't fast enough to catch this movement.
43
150000
4000
w Berkley nie był wystarczająco szybki by nagrać ten ruch.
02:59
We simply couldn't capture it on video.
44
154000
2000
Po prostu nie mogliśmy tego złapać na wideo.
03:01
And so this had me stymied for quite a long period of time.
45
156000
3000
To powstrzymywało moją pracę na długi okres czasu.
03:04
And then a BBC crew came cruising through the biology department,
46
159000
3000
Aż kiedyś ekipa BBC przeleciała przez wydział biologii,
03:07
looking for a story to do about new technologies in biology.
47
162000
5000
w poszukiwaniu materiału o nowych technologiach w biologii.
03:12
And so we struck up a deal.
48
167000
2000
Więc poszliśmy na układ.
03:14
I said, "Well, if you guys rent the high-speed video system
49
169000
2000
Powiedziałam: "Jeśli pożyczycie nam kamerę wysokiej prędkości
03:16
that could capture these movements,
50
171000
2000
która nagra te ruchy,
03:18
you guys can film us collecting the data."
51
173000
3000
możecie sfilmować nas zbierających dane".
03:21
And believe it or not, they went for it. (Laughter)
52
176000
2000
Uwierzcie bądź nie, poszli na to.
03:23
So we got this incredible video system. It's very new technology --
53
178000
4000
Dostaliśmy więc ten niesamowity system wideo. To bardzo nowoczesna technologia -
03:27
it just came out about a year ago --
54
182000
2000
pojawiła się dopiero rok temu -
03:29
that allows you to film at extremely high speeds in low light.
55
184000
5000
pozwala nagrywać z ekstremalną prędkością przy słabym oświetleniu.
03:34
And low light is a critical issue with filming animals,
56
189000
2000
A słabe oświetlenie to zasadnicza sprawa przy filmowaniu zwierząt,
03:36
because if it's too high, you fry them. (Laughter)
57
191000
3000
bo jeśli jest za mocne, to je usmażysz.
03:39
So this is a mantis shrimp. There are the eyes up here,
58
194000
5000
To jest ustonóg. Tam u góry są oczy,
03:44
and there's that raptorial appendage, and there's the heel.
59
199000
3000
tu ta atakująca kończyna a tu pięta.
03:47
And that thing's going to swing around and smash the snail.
60
202000
3000
Zamachnie się i uderzy tego ślimaka.
03:50
And the snail's wired to a stick,
61
205000
1000
Ślimak jest przywiązany do patyka,
03:51
so he's a little bit easier to set up the shot. And -- yeah.
62
206000
4000
by było łatwiej uchwycić nagranie. A - no tak.
03:55
(Laughter)
63
210000
2000
(Śmiech)
03:57
I hope there aren't any snail rights activists around here.
64
212000
3000
Mam nadzieję, że nie ma tu aktywistów broniących praw ślimaków.
04:00
(Laughter)
65
215000
2000
(Śmiech)
04:02
So this was filmed at 5,000 frames per second,
66
217000
5000
To zostało nagrane w 5.000 klatek na sekundę
04:07
and I'm playing it back at 15. And so this is slowed down 333 times.
67
222000
5000
a odgrywam je w 15. Czyli spowolnione 333 razy.
04:12
And as you'll notice, it's still pretty gosh darn fast
68
227000
3000
I jak widzicie, to ciągle cholernie szybko
04:15
slowed down 333 times. It's an incredibly powerful movement.
69
230000
4000
nawet spowolnione 333 razy. To niesamowicie silny ruch.
04:19
The whole limb extends out. The body flexes backwards --
70
234000
3000
Całe odnóże się wyciąga. Ciało przechyla się w tył -
04:22
just a spectacular movement.
71
237000
3000
wprost spektakularny ruch.
04:25
And so what we did is, we took a look at these videos,
72
240000
2000
To co zrobiliśmy to, wzięliśmy te wszystkie nagrania,
04:27
and we measured how fast the limb was moving
73
242000
2000
i zmierzyliśmy jak szybko porusza się odnóże
04:29
to get back to that original question.
74
244000
2000
by wrócić do naszego pierwotnego pytania.
04:31
And we were in for our first surprise.
75
246000
3000
I tu czekała nas pierwsza niespodzianka.
04:34
So what we calculated was that the limbs were moving
76
249000
3000
Z obliczeń wynikało, że odnóża poruszały się
04:37
at the peak speed ranging from 10 meters per second
77
252000
2000
w zakresie od 10 metrów na sekundę
04:39
all the way up to 23 meters per second.
78
254000
2000
aż po 23 metry na sekundę.
04:41
And for those of you who prefer miles per hour,
79
256000
2000
A dla tych, którzy wolą kilometry na godzinę,
04:43
that's over 45 miles per hour in water. And this is really darn fast.
80
258000
5000
to ponad 72 kilometry na godzinę pod wodą. A to jest naprawdę bardzo szybko.
04:48
In fact, it's so fast we were able to add a new point
81
263000
4000
W zasadzie tak szybko, że mogliśmy dodać nową pozycję
04:52
on the extreme animal movement spectrum.
82
267000
3000
na skali ekstremalnych ruchów zwierząt.
04:55
And mantis shrimp are officially the fastest measured feeding strike
83
270000
3000
Ustonogi są oficjalnie najszybciej atakującymi pożywienie
04:58
of any animal system. So our first surprise.
84
273000
4000
ze wszystkich zwierząt. To nasza pierwsza niespodzianka.
05:02
(Applause)
85
277000
1000
(Oklaski)
05:03
So that was really cool and very unexpected.
86
278000
3000
To było naprawdę fajne i całkowicie nieoczekiwane.
05:06
So, you might be wondering, well, how do they do it?
87
281000
3000
Możecie się zastanawiać, jak one to robią?
05:09
And actually, this work was done in the 1960s
88
284000
3000
To zostało już zbadane w latach 60-tych
05:12
by a famous biologist named Malcolm Burrows.
89
287000
2000
przez znanego biologa o nazwisku Malcolm Burrows.
05:14
And what he showed in mantis shrimp is that they use
90
289000
3000
Wykazał on, że ustonogi używają czegoś,
05:17
what's called a "catch mechanism," or "click mechanism."
91
292000
3000
co nazywamy mechanizmem zwalniającym.
05:20
And what this basically consists of is a large muscle
92
295000
4000
Składa się on z dużego mięśnia,
05:24
that takes a good long time to contract,
93
299000
2000
który potrzebuje sporo czasu by się napiąć
05:26
and a latch that prevents anything from moving.
94
301000
3000
i zatrzasku, który zapobiega poruszaniu się reszty.
05:29
So the muscle contracts, and nothing happens.
95
304000
2000
Mięsień się napina i nic się nie dzieje.
05:31
And once the muscle's contracted completely, everything's stored up --
96
306000
3000
A gdy skurczy się całkowicie, wszystko jest napięte -
05:34
the latch flies upward, and you've got the movement.
97
309000
4000
zatrzask leci do góry i mamy ruch.
05:38
And that's basically what's called a "power amplification system."
98
313000
3000
Nazywamy to systemem wzmocnienia siły.
05:41
It takes a long time for the muscle to contract,
99
316000
2000
Mięsień potrzebuje dużo czasu na skurcz
05:43
and a very short time for the limb to fly out.
100
318000
2000
a kończynie potrzeba niewiele czasu na odrzut.
05:45
And so I thought that this was sort of the end of the story.
101
320000
3000
No i tu pomyślałam, że to już jakby koniec historii.
05:48
This was how mantis shrimps make these very fast strikes.
102
323000
4000
Tak właśnie ustonogi osiągają takie prędkości uderzeń.
05:52
But then I took a trip to the National Museum of Natural History.
103
327000
4000
Później jednak odbyłam podróż do Muzeum Historii Naturalnej.
05:56
And if any of you ever have a chance,
104
331000
2000
I jeśli kiedyś będziecie mieli okazję,
05:58
backstage of the National Museum of Natural History
105
333000
2000
to na zapleczu Muzeum Historii Naturalnej
06:00
is one of the world's best collections of preserved mantis shrimp. And what --
106
335000
4000
znajduje się jeden z najlepszych na świecie zbiorów ustonogów. I co -
06:04
(Laughter)
107
339000
1000
(Śmiech)
06:05
this is serious business for me.
108
340000
2000
dla mnie to poważna sprawa.
06:07
(Laughter)
109
342000
1000
(Śmiech)
06:08
So, this -- what I saw, on every single mantis shrimp limb,
110
343000
5000
No i - zobaczyłam, że na każdym jednym odnóżu ustonogów,
06:13
whether it's a spearer or a smasher,
111
348000
2000
czy to u dźgających czy tłukących,
06:15
is a beautiful saddle-shaped structure
112
350000
2000
jest piękny element w kształcie siodła
06:17
right on the top surface of the limb. And you can see it right here.
113
352000
4000
zaraz na górnej powierzchni odnóża. Widać go tutaj.
06:21
It just looks like a saddle you'd put on a horse.
114
356000
2000
Wygląda jak siodło dla konia.
06:23
It's a very beautiful structure.
115
358000
2000
Przepiękna struktura.
06:25
And it's surrounded by membranous areas. And those membranous areas
116
360000
5000
Otoczona jest membranowymi obszarami.Te membranowe kształty
06:30
suggested to me that maybe this is some kind of dynamically flexible structure.
117
365000
4000
zasugerowały mi, że być może jest to rodzaj pewnej dynamicznej, elastycznej struktury.
06:34
And this really sort of had me scratching my head for a while.
118
369000
3000
Zastanawiałam się nad tym dość długo.
06:37
And then we did a series of calculations, and what we were able to show
119
372000
4000
Wykonaliśmy wiele obliczeń i udało nam się wykazać,
06:41
is that these mantis shrimp have to have a spring.
120
376000
4000
że ustonogi muszą mieć jakąś sprężynę.
06:45
There needs to be some kind of spring-loaded mechanism
121
380000
3000
To musi być jakiś rodzaj mechanizmu sprężynowego
06:48
in order to generate the amount of force that we observe,
122
383000
2000
by wygenerować taką siłę, jaką zaobserwowaliśmy,
06:50
and the speed that we observe, and the output of the system.
123
385000
3000
i taką prędkość oraz wydajność systemu.
06:53
So we thought, OK, this must be a spring --
124
388000
3000
Pomyśleliśmy więc: OK, to musi być sprężyna -
06:56
the saddle could very well be a spring.
125
391000
2000
siodło może pełnić rolę sprężyny.
06:58
And we went back to those high-speed videos again,
126
393000
2000
Obejrzeliśmy ponownie te nagrania w wysokiej prędkości
07:00
and we could actually visualize the saddle compressing and extending.
127
395000
6000
i mogliśmy rzeczywiście zaobserwować kurczenie i rozprężanie siodła.
07:06
And I'll just do that one more time.
128
401000
3000
Zrobię to jeszcze raz.
07:09
And then if you take a look at the video --
129
404000
2000
Jeśli się dobrze przyjrzycie -
07:11
it's a little bit hard to see -- it's outlined in yellow.
130
406000
2000
trochę ciężko to zauważyć - jest zaznaczone na żółto.
07:13
The saddle is outlined in yellow. You can actually see it
131
408000
2000
Siodło jest zaznaczone na żółto. Widać jak
07:15
extending over the course of the strike, and actually hyperextending.
132
410000
4000
rozpręża się w trakcie uderzenia, praktycznie hiper-rozpręża.
07:19
So, we've had very solid evidence showing
133
414000
2000
Mieliśmy zatem solidny dowód, pokazujący
07:21
that that saddle-shaped structure actually compresses and extends,
134
416000
4000
że siodło rzeczywiście kurczy się i rozpręża
07:25
and does, in fact, function as a spring.
135
420000
2000
oraz pełni funkcję sprężyny.
07:27
The saddle-shaped structure is also known as a "hyperbolic paraboloid surface,"
136
422000
5000
Kształt siodła znany jest również jako paraboloida hiperboliczna
07:32
or an "anticlastic surface."
137
427000
2000
lub powierznia antyklastyczna.
07:34
And this is very well known to engineers and architects,
138
429000
2000
Jest bardzo dobrze znany inżynierom i architektom,
07:36
because it's a very strong surface in compression.
139
431000
3000
bo jest szczególnie wytrzymały na ściskanie.
07:39
It has curves in two directions,
140
434000
2000
Wygina się w dwóch kierunkach,
07:41
one curve upward and opposite transverse curve down the other,
141
436000
3000
jedno wygięcie w górę a przeciwne, poprzeczne wygięcie w dół,
07:44
so any kind of perturbation spreads the forces
142
439000
3000
więc wszelkie napięcia rozkładają siły
07:47
over the surface of this type of shape.
143
442000
3000
na całej powierzchni tego kształtu.
07:50
So it's very well known to engineers, not as well known to biologists.
144
445000
4000
Jest więc bardzo dobrze znany inżynierom, nie tak bardzo biologom.
07:54
It's also known to quite a few people who make jewelry,
145
449000
4000
Jest również znany wielu osobom tworzącym biżuterię,
07:58
because it requires very little material
146
453000
3000
bo wymaga bardzo niewielkiej ilości materiału
08:01
to build this type of surface, and it's very strong.
147
456000
3000
do budowy no i jest bardzo wytrzymały.
08:04
So if you're going to build a thin gold structure,
148
459000
2000
Jeśli chcecie stworzyć cieniutki element ze złota,
08:06
it's very nice to have it in a shape that's strong.
149
461000
2000
to dobrze jest użyć wytrzymałego kształtu.
08:08
Now, it's also known to architects. One of the most famous architects
150
463000
5000
Znany jest również architektom. Jednym z najsłynniejszych
08:13
is Eduardo Catalano, who popularized this structure.
151
468000
3000
jest Eduardo Catalano, który spopularyzował ten kształt.
08:16
And what's shown here is a saddle-shaped roof that he built
152
471000
3000
Widzicie tu, zbudowany przez niego, dach w kształcie siodła,
08:19
that's 87 and a half feet spanwise.
153
474000
4000
który rozciąga się na 26 i pół metra.
08:23
It's two and a half inches thick, and supported at two points.
154
478000
3000
Ma grubość 75 cm i podtrzymywany jest w dwóch punktach.
08:26
And one of the reasons why he designed roofs this way is because it's --
155
481000
5000
Jednym z powodów, dla których tak projektował dachy było --
08:31
he found it fascinating that you could build such a strong structure
156
486000
4000
że uznawał za fascynujące budowanie tak wytrzymałych struktur
08:35
that's made of so few materials and can be supported by so few points.
157
490000
4000
z tak niewielkiej ilości materiału i podpartych w tak niewielu punktach.
08:39
And all of these are the same principles that apply
158
494000
4000
Wszystkie te cechy wykorzystane są
08:43
to the saddle-shaped spring in stomatopods.
159
498000
2000
przez stomatopoda w ich "siodło-kształtnych" sprężynach.
08:45
In biological systems it's important not to have a whole lot
160
500000
3000
W biologii ważne jest by nie mieć większego zapotrzebowania
08:48
of extra material requirements for building it.
161
503000
3000
na materiał, niż jest to konieczne.
08:51
So, very interesting parallels between the biological
162
506000
3000
Bardzo interesujące analogie pomiędzy światem
08:54
and the engineering worlds. And interestingly, this turns out --
163
509000
4000
bilogii i inżynierii. Co więcej, okazuje się -
08:58
the stomatopod saddle turns out to be the first
164
513000
2000
że siodło ustonogów jest pierwszą opisaną
09:00
described biological hyperbolic paraboloid spring.
165
515000
3000
bilogiczną sprężyną o kształcie paraboloidy hiperbolicznej.
09:03
That's a bit long, but it is sort of interesting.
166
518000
3000
To trochę przydługie ale w pewnym sensie interesujące.
09:06
So the next and final question was, well, how much force
167
521000
3000
Kolejnym i zarazem ostatnim pytaniem było jaką siłą
09:09
does a mantis shrimp produce if they're able to break open snails?
168
524000
4000
dysponują ustonogi, skoro potrafią rozbijać ślimaki?
09:13
And so I wired up what's called a load cell.
169
528000
2000
Podłączyłam zatem coś co nazywa się tensometrem.
09:15
A load cell measures forces, and this is actually
170
530000
2000
Tensometr mierzy siłę nacisku a ten tu
09:17
a piezoelectronic load cell that has a little crystal in it.
171
532000
3000
to tensometr piezoelektryczny, który ma w środku mały kryształ.
09:20
And when this crystal is squeezed, the electrical properties change
172
535000
4000
Kiedy kryształ jest ściskany zmieniają się jego właściwości elektryczne
09:24
and it -- which -- in proportion to the forces that go in.
173
539000
2000
proporcjonalnie do działających sił.
09:26
So these animals are wonderfully aggressive,
174
541000
3000
Zwierzęta te są cudownie agresywne
09:29
and are really hungry all the time. And so all I had to do
175
544000
3000
i wiecznie głodne. Wszystko co musiałam zrobić
09:32
was actually put a little shrimp paste on the front of the load cell,
176
547000
3000
to nałożyć trochę pasty krewetkowej na wierzch tensometru
09:35
and they'd smash away at it.
177
550000
2000
i będą go atakowały.
09:37
And so this is just a regular video of the animal
178
552000
4000
To jest zwykłe nagranie ustonoga
09:41
just smashing the heck out of this load cell.
179
556000
3000
próbującego rozbić tensometr.
09:44
And we were able to get some force measurements out.
180
559000
3000
Udało nam się zdobyć z tego pewne pomiary.
09:47
And again, we were in for a surprise.
181
562000
2000
I tym razem znów czekała nas niespodzianka.
09:49
I purchased a 100-pound load cell, thinking,
182
564000
2000
Kupiłam 45-kilogramowe tensometry, myśląc,
09:51
no animal could produce more than 100 pounds at this size of an animal.
183
566000
4000
że żadne zwierze tych rozmiarów nie wyprodkuje więcej niż 45 kilogramów.
09:55
And what do you know? They immediately overloaded the load cell.
184
570000
2000
Oczywiście od razu przeciążyły tensometr.
09:57
So these are actually some old data
185
572000
2000
To są stare dane,
09:59
where I had to find the smallest animals in the lab,
186
574000
2000
dla których musiałam znaleźć najmniejsze okazy w laboratorium
10:01
and we were able to measure forces of well over 100 pounds
187
576000
3000
i byliśmy w stanie zmierzyć siły grubo ponad 45 kilogramów
10:04
generated by an animal about this big.
188
579000
3000
generowane przez stowrzenie takich rozmiarów.
10:07
And actually, just last week I got a 300-pound load cell
189
582000
2000
Dopiero w zeszłym tygodniu podłączyłam 130-kilogramowy tensometr
10:09
up and running, and I've clocked these animals generating
190
584000
3000
i zmierzyłam ustonogi generujące
10:12
well over 200 pounds of force.
191
587000
2000
grubo ponad 90 kiolgramów siły nacisku.
10:14
And again, I think this will be a world record.
192
589000
3000
I tu znów myślę, że to będzie rekord świata.
10:17
I have to do a little bit more background reading,
193
592000
2000
Muszę jeszcze trochę poczytać o tym temacie
10:19
but I think this will be the largest amount of force produced
194
594000
3000
ale myślę, że to będzie największa ilość siły wygenerowana
10:22
by an animal of a given -- per body mass. So, really incredible forces.
195
597000
5000
przez zwięrzę tego ... na masę ciała. Naprawdę niesamowite siły.
10:27
And again, that brings us back to the importance of that spring
196
602000
3000
I znowu wracamy do sprężyny, która odgrywa istotną rolę
10:30
in storing up and releasing so much energy in this system.
197
605000
4000
w gromadzeniu i uwalnianiu tak dużej energii w tym systemie.
10:34
But that was not the end of the story.
198
609000
2000
To jednak nie był koniec historii.
10:36
Now, things -- I'm making this sound very easy, this is actually a lot of work.
199
611000
3000
No i teraz ... To brzmi wszystko bardzo prosto ale w rzeczywistości to było mnóstwo pracy.
10:39
And I got all these force measurements,
200
614000
2000
No i miałam już te wszystkie pomiary
10:41
and then I went and looked at the force output of the system.
201
616000
4000
i wtedy spojrzałam na wydajność całego systemu.
10:45
And this is just very simple -- time is on the X-axis
202
620000
3000
To jest całkiem proste ... czas jest na osi X
10:48
and the force is on the Y-axis. And you can see two peaks.
203
623000
3000
a siła na osi Y. Możecie zauważyć dwa piki.
10:51
And that was what really got me puzzled.
204
626000
4000
I to dopiero dało mi do myślenia.
10:55
The first peak, obviously, is the limb hitting the load cell.
205
630000
3000
Pierwszy pik, rzecz jasna, to kończyna uderzająca w tensometr.
10:58
But there's a really large second peak half a millisecond later,
206
633000
6000
Ale pojawia się naprawdę dużo drugi pik pół milisekundy później
11:04
and I didn't know what that was.
207
639000
2000
i nie miałam pojęcia co to jest.
11:06
So now, you'd expect a second peak for other reasons,
208
641000
3000
No więc można spodziewać się drugiego piku z różnych powodów,
11:09
but not half a millisecond later.
209
644000
2000
ale nie pół milisekudny później.
11:11
Again, going back to those high-speed videos,
210
646000
2000
Jeśli wrócimy do nagrać wideo, to znajdziemy
11:13
there's a pretty good hint of what might be going on.
211
648000
4000
całkiem dobrą wskazówkę na temat tego co się dzieje.
11:17
Here's that same orientation that we saw earlier.
212
652000
2000
To to samo ustawienie, które widzieliśmy wcześniej.
11:19
There's that raptorial appendage -- there's the heel,
213
654000
3000
Tu jest kończyna atakująca ... tu jest pięta,
11:22
and it's going to swing around and hit the load cell.
214
657000
3000
zamachnie się i uderzy w tensometr.
11:25
And what I'd like you to do in this shot is keep your eye on this,
215
660000
3000
W trakcie tego ujęcia, chciałabym byście oberwowali to miejsce,
11:28
on the surface of the load cell, as the limb comes flying through.
216
663000
5000
na powierzchni tensometru, kiedy kończyna będzie dolatywała.
11:33
And I hope what you are able to see is actually a flash of light.
217
668000
5000
Mam nadzieję, że to co zauważycie to błysk światła.
11:38
Audience: Wow.
218
673000
2000
Widownia: Wow.
11:40
Sheila Patek: And so if we just take that one frame, what you can actually see there
219
675000
4000
Sheila Patek: Jeśli weźmiemy tylko tę jedną klatkę, to to co na niej widać,
11:44
at the end of that yellow arrow is a vapor bubble.
220
679000
3000
na końcu tej żółtej strzałki, to bąbel pary.
11:47
And what that is, is cavitation.
221
682000
2000
I to jest kawitacja.
11:49
And cavitation is an extremely potent fluid dynamic phenomenon
222
684000
4000
Kawitacja jest ekstremalnie silnym zjawiskiem w dynamice płynów,
11:53
which occurs when you have areas of water
223
688000
3000
które występuje, gdy woda
11:56
moving at extremely different speeds.
224
691000
2000
porusza się z ekstrmalnie dużą prędkością.
11:58
And when this happens, it can cause areas of very low pressure,
225
693000
4000
I kiedy to następuje, to mogą powstać przestrzenie bardzo niskiego ciśnienia,
12:02
which results in the water literally vaporizing.
226
697000
3000
które powodują, że woda dosłownie wyparowuje.
12:05
And when that vapor bubble collapses, it emits sound, light and heat,
227
700000
4000
Kiedy później ten bąbel pary się zapada to emituje dźwięk, światło i ciepło,
12:09
and it's a very destructive process.
228
704000
2000
jest to bardzo destrukcyjny proces.
12:11
And so here it is in the stomatopod. And again, this is a situation
229
706000
5000
Mamy tu stomatopoda. I znów tę sytuację,
12:16
where engineers are very familiar with this phenomenon,
230
711000
3000
w której inżynierowie rozpoznają to zjawisko,
12:19
because it destroys boat propellers.
231
714000
2000
bo niszczy ono śruby napędowe statków.
12:21
People have been struggling for years to try and design
232
716000
3000
Ludzie od lat zmagają się z próbami zaprojektowania
12:24
a very fast rotating boat propeller that doesn't cavitate
233
719000
4000
bardzo szybko obracającej się śruby, która nie kawituje
12:28
and literally wear away the metal and put holes in it,
234
723000
2000
i dosłownie nie zdziera metalu i nie robi w nim dziur,
12:30
just like these pictures show.
235
725000
2000
tak jak na tych zdjęciach.
12:32
So this is a potent force in fluid systems, and just to sort of take it one step further,
236
727000
9000
To potężna siła dynamiki płynów; i by pójść jeden krok dalej,
12:41
I'm going to show you the mantis shrimp approaching the snail.
237
736000
3000
pokażę wam ustonoga zabierającego się za ślimaka.
12:44
This is taken at 20,000 frames per second, and I have to give
238
739000
4000
To zostało nagrane w 20.000 klatek na sekundę i cała chwała
12:48
full credit to the BBC cameraman, Tim Green, for setting this shot up,
239
743000
4000
za to ujęcie należy się operatorowi BBC, Timowi Greenowi,
12:52
because I could never have done this in a million years --
240
747000
3000
bo ja bym tego nigdy nie osiągnęła, nawet za milion lat.
12:55
one of the benefits of working with professional cameramen.
241
750000
3000
To jedna z zalet pracy z zawodowymi operatorami.
12:58
You can see it coming in, and an incredible flash of light,
242
753000
4000
Możecie zauważyć jak się zbliża i ten niesamowity błysk światła
13:02
and all this cavitation spreading over the surface of the snail.
243
757000
4000
i cała ta kawitacja rozchodząca się po powierzchni ślimaka.
13:06
So really, just an amazing image,
244
761000
3000
Naprawdę zdumiewający obraz,
13:09
slowed down extremely, to extremely slow speeds.
245
764000
4000
spowolniony esktremalnie, do ekstremalnie niskich wartości.
13:13
And again, we can see it in slightly different form there,
246
768000
3000
I to znów, stąd możemy zobaczyć to trochę inaczej,
13:16
with the bubble forming and collapsing between those two surfaces.
247
771000
4000
gdy bąbel formuje się i zapada pomiędzy dwoma powierzchniami.
13:20
In fact, you might have even seen some cavitation going up the edge of the limb.
248
775000
5000
W zasadzie mogliście nazwet zauważyć kawitację wędrującą w górę krawędzi kończyny.
13:25
So to solve this quandary of the two force peaks:
249
780000
3000
Zatem by już rozwiązać dylemat z dwoma pikami:
13:28
what I think was going on is: that first impact is actually
250
783000
2000
myślę, że to co miało miejsce to pierwsze uderzenie
13:30
the limb hitting the load cell, and the second impact is actually
251
785000
3000
było trafieniem kończyny w tensometr a drugie
13:33
the collapse of the cavitation bubble.
252
788000
2000
zapadnięciem się bąbla kawitacyjnego.
13:35
And these animals may very well be making use of
253
790000
3000
A te zwierzęta mogą równie dobrze wykorzystywać
13:38
not only the force and the energy stored with that specialized spring,
254
793000
4000
nie tylko silę i energię zgromadzoną w specjalizowanej sprężynie,
13:42
but the extremes of the fluid dynamics. And they might actually be
255
797000
4000
ale również ekstremalne efekty dynamiki płynów. Mogą
13:46
making use of fluid dynamics as a second force for breaking the snail.
256
801000
4000
wykorzystywać dynamikę płynów jako dodatkową siłę do rozbicia ślimaka.
13:50
So, really fascinating double whammy, so to speak, from these animals.
257
805000
6000
Naprawę fascynujący podwójny sierpowy, że się tak wyrażę.
13:56
So, one question I often get after this talk --
258
811000
2000
Pytaniem, które często dostaję po tym wykładzie jest -
13:58
so I figured I'd answer it now -- is, well, what happens to the animal?
259
813000
3000
i pomyślałam, że odpowiem już teraz - co się dzieje ze zwierzęciem?
14:01
Because obviously, if it's breaking snails,
260
816000
3000
No bo oczywście, skoro rozbija ślimaki,
14:04
the poor limb must be disintegrating. And indeed it does.
261
819000
3000
to to biedna kończyna musi się niszczyć. I rzeczywiście tak jest.
14:07
That's the smashing part of the heel on both these images,
262
822000
3000
Na tych dwóch zdjęciach widać część uderzającą pięty,
14:10
and it gets worn away. In fact, I've seen them wear away
263
825000
2000
która się zdziera. W rzeczywistości widziałam pięty
14:12
their heel all the way to the flesh.
264
827000
2000
zdarte aż do ciała.
14:14
But one of the convenient things about being an arthropod
265
829000
3000
Jednak jedną z wygodnych rzeczy w byciu stawonogiem
14:17
is that you have to molt. And every three months or so
266
832000
3000
jest to, że się linieje. I co około trzy miesiące
14:20
these animals molt, and they build a new limb and it's no problem.
267
835000
5000
te zwierzęta linieją i tworzą nową kończynę i nie ma problemu.
14:25
Very, very convenient solution to that particular problem.
268
840000
4000
Bardzo, bardzo wygodne rozwiązanie tego akurat problemu.
14:29
So, I'd like to end on sort of a wacky note.
269
844000
5000
Na koniec chciałabym się podzielić trochę dziwaczną uwagą.
14:34
(Laughter)
270
849000
3000
(Śmiech)
14:37
Maybe this is all wacky to folks like you, I don't know.
271
852000
4000
Może to jest wszystko dziwaczne dla was, nie wiem.
14:41
(Laughter)
272
856000
1000
(Śmiech)
14:42
So, the saddles -- that saddle-shaped spring --
273
857000
3000
Siodła - ta sprężyna w kształcie siodła -
14:45
has actually been well known to biologists for a long time,
274
860000
4000
była już dobrze znana biologom od dość dawna,
14:49
not as a spring but as a visual signal.
275
864000
4000
nie jako sprężyna ale jako sygnał wizualny.
14:53
And there's actually a spectacular colored dot
276
868000
2000
Spektakularna kolorowa plamka
14:55
in the center of the saddles of many species of stomatopods.
277
870000
6000
znajduje się w centrum siodła u wielu stomatopodów.
15:01
And this is quite interesting, to find evolutionary origins
278
876000
3000
To interesujące, znaleźć ewolucyjne źródła
15:04
of visual signals on what's really, in all species, their spring.
279
879000
6000
sygnałów wizualnych na czymś, co u wszystkich gatunków, jest ich sprężyną.
15:10
And I think one explanation for this could be
280
885000
2000
Myślę, że jednym z wyjaśnień może być
15:12
going back to the molting phenomenon.
281
887000
2000
cofnięcie się do zjawiska linienia.
15:14
So these animals go into a molting period where they're
282
889000
3000
Gdy zwierzęta te wchodzą w okres linienia,
15:17
unable to strike -- their bodies become very soft.
283
892000
3000
nie mogą atakować - ich ciała stają się bardzo miękkie.
15:20
And they're literally unable to strike or they will self-destruct.
284
895000
3000
I dosłownie nie mogą uderzać bo wyrządzą sobie krzywdę.
15:23
This is for real. And what they do is, up until that time period
285
898000
7000
Naprawdę. Zatem to co robią, to do czasu
15:30
when they can't strike, they become really obnoxious and awful,
286
905000
3000
gdy mogą uderzać, stają sie bardzo nieznośne i okropne,
15:33
and they strike everything in sight; it doesn't matter who or what.
287
908000
4000
i atakują wszystko w polu widzenia, nieważne kogo lub co,
15:37
And the second they get into that time point when they can't strike any more,
288
912000
4000
Od chwili gdy nie mogą już uderzać,
15:41
they just signal. They wave their legs around.
289
916000
3000
tylko sygnalizują. Machają wokół nogami.
15:44
And it's one of the classic examples in animal behavior of bluffing.
290
919000
4000
To jeden klasycznych przykładów blefowania w zachowniu zwierząt.
15:48
It's a well-established fact of these animals
291
923000
2000
To znany fakt, że te zwierząta
15:50
that they actually bluff. They can't actually strike, but they pretend to.
292
925000
4000
rzeczywiście blefują. Nie mogą atakować, ale udają.
15:54
And so I'm very curious about whether those colored dots
293
929000
2000
Jestem bardzo ciekawa czy te kolorowe plamki
15:56
in the center of the saddles are conveying some kind of information
294
931000
4000
w środku siodła nie przenoszą jakichś informacji
16:00
about their ability to strike, or their strike force,
295
935000
3000
o ich gotowości do ataku lub jego sile,
16:03
and something about the time period in the molting cycle.
296
938000
3000
i może również o okresie w cyklu linienia.
16:06
So sort of an interesting strange fact to find a visual structure
297
941000
5000
To taki interesujący i dziwny fakt by znaleźć wizualny element
16:11
right in the middle of their spring.
298
946000
3000
wprost na środku ich sprężyny.
16:14
So to conclude, I mostly want to acknowledge my two collaborators,
299
949000
5000
Na zakończenie, chciałabym głównie wyrazić uznanie wobec moich dwóch współpracowników,
16:19
Wyatt Korff and Roy Caldwell, who worked closely with me on this.
300
954000
3000
Wyatta Korffa i Roya Caldwella, którzy ze mną nad tym pracowali.
16:22
And also the Miller Institute for Basic Research in Science,
301
957000
3000
I również wobec Instytutu Podstawowych Badań Naukowych Millera,
16:25
which gave me three years of funding to just do science all the time,
302
960000
4000
który dał mi finanse na trzy lata zajmowania się nauką przez cały czas,
16:29
and for that I'm very grateful. Thank you very much.
303
964000
3000
za co jestem ogromnie wdzięczna. Dziękuję bardzo.
16:32
(Applause)
304
967000
1000
(Oklaski)
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