TED2004
Sheila Patek: The shrimp with a kick!
Sheila Patek tar tiden på de raskeste dyrene.
Filmed:
Readability: 4
1,659,037 views
Biologen Sheila Patek forteller om henne arbeid med å måle mantisrekens jakthugg, en av de raskeste bevegelsene i dyreverdenen, ved hjelp av videokameraer som tar 20.000 bilder per sekund.
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
Om noen skulle ha lyst til å lære å "spille på hummere", så har vi noen her.
00:28
And that's not a joke, we really do.
1
3000
2000
Jeg spøker ikke, vi har faktisk det.
00:30
So come up afterwards and I'll show you how to play a lobster.
2
5000
3000
Så bare kom ned etterpå så kan jeg lære dere det.
00:33
So, actually, I started working on what's called the mantis shrimp
3
8000
4000
Jeg begynte å jobbe med det som kalles mantisreker-
00:37
a few years ago because they make sound.
4
12000
3000
-for noen år siden, fordi de lager lyder.
00:40
This is a recording I made of a mantis shrimp
5
15000
2000
Dette er et opptak av en mantisreke-
00:42
that's found off the coast of California.
6
17000
2000
-som finnes utenfor kysten av California.
00:55
And while that's an absolutely fascinating sound,
7
30000
3000
Og selv om dette er en veldig fascinerende lyd-
00:58
it actually turns out to be a very difficult project.
8
33000
3000
-så skulle det vise seg å være et vanskelig prosjekt.
01:01
And while I was struggling to figure out how and why mantis shrimp,
9
36000
5000
Mens jeg prøvde å finne ut hvordan og hvorfor mantisreker,-
01:06
or stomatopods, make sound, I started to think about their appendages.
10
41000
4000
-eller stomatopoder, lager lyd, kom jeg til å tenke på kroppslemmene deres.
01:10
And mantis shrimp are called "mantis shrimp" after the praying mantises,
11
45000
3000
Mantisrekene har fått navnet sitt fra kneleren (praying mantis)-
01:13
which also have a fast feeding appendage. And I started to think,
12
48000
4000
-som også har et hurtigbevegende jaktlem. Jeg begynte å tenke at
01:17
well, maybe it will be interesting, while listening to their sounds,
13
52000
3000
-mens jeg studerte lydene kunne det være interessant-
01:20
to figure out how these animals generate very fast feeding strikes.
14
55000
3000
-å finne ut hvordan disse dyrene skaper disse hurtige jakthuggene.
01:23
And so today I'll talk about the extreme stomatopod strike,
15
58000
4000
Så i dag skal jeg snakke om det ekstreme stomatopodhugget,-
01:27
work that I've done in collaboration with Wyatt Korff and Roy Caldwell.
16
62000
3000
-som er arbeid jeg har gjort i samarbeid med Wyatt Korff og Roy Caldwell.
01:30
So, mantis shrimp come in two varieties:
17
65000
3000
Det finnes to typer mantisreker:
01:33
there are spearers and smashers.
18
68000
2000
Spiddere og knusere.
01:35
And this is a spearing mantis shrimp, or stomatopod.
19
70000
3000
Dette er en spiddende mantisreke, eller stomatopod.
01:38
And he lives in the sand, and he catches things that go by overhead.
20
73000
5000
Den lever i sanden og fanger ting som kommer over hodet dens.
01:43
So, a quick strike like that. And if we slow it down a bit,
21
78000
5000
Som dere ser er det et raskt hugg. La oss spille det av saktere.
01:48
this is the mantis shrimp -- the same species --
22
83000
2000
Dette er den samme arten mantisreke-
01:50
recorded at 1,000 frames a second,
23
85000
2000
-filmet med 1.000 bilder per sekund og-
01:52
played back at 15 frames per second.
24
87000
2000
-spilt av med 15 bilder per sekund.
01:54
And you can see it's just a really spectacular extension of the limbs,
25
89000
6000
Dere kan se at det er en ganske spektakulært utstrekking av lemmene-
02:00
exploding upward to actually just catch
26
95000
3000
-som formerlig eksploderer oppover for å fange-
02:03
a dead piece of shrimp that I had offered it.
27
98000
2000
-en bit død reke jeg holdt frem til den.
02:05
Now, the other type of mantis shrimp is the smasher stomatopod,
28
100000
5000
Den andre typen mantisreke er den vi kaller en knuser.
02:10
and these guys open up snails for a living.
29
105000
3000
Disse åpner snegler for å få tak i mat.
02:13
And so this guy gets the snail all set up and gives it a good whack.
30
108000
5000
Han setter sneglen slik han vil ha den og gir den et skikkelig spark.
02:18
(Laughter)
31
113000
1000
(Latter)
02:19
So, I'll play it one more time.
32
114000
2000
Jeg kan spille det av en gang til.
02:21
He wiggles it in place, tugs it with his nose, and smash.
33
116000
4000
Han får den på plass, drar i den med nesa, og knuser til.
02:25
And a few smashes later, the snail is broken open, and he's got a good dinner.
34
120000
7000
Et par slike kakk til så er er sneglen knust og han har skaffet seg en god middag.
02:32
So, the smasher raptorial appendage can stab with a point at the end,
35
127000
4000
Knuserens forføtter kan stikke med en spiss på tuppen-
02:36
or it can smash with the heel.
36
131000
2000
-eller den kan knuse med hælen.
02:38
And today I'll talk about the smashing type of strike.
37
133000
3000
I dag skal jeg snakke om knusertypen.
02:41
And so the first question that came to mind was,
38
136000
2000
Det første spørsmålet som slo meg var:
02:43
well, how fast does this limb move?
39
138000
3000
Hvor fort kan disse lemmene beveges?
02:46
Because it's moving pretty darn fast on that video.
40
141000
3000
Det går jo rimelig raskt for seg på det videoklippet.
02:49
And I immediately came upon a problem.
41
144000
3000
Jeg fikk straks et problem:
02:52
Every single high-speed video system in the biology department
42
147000
3000
Ingen av høyhastighetskameraene ved bilologiavdelingen-
02:55
at Berkeley wasn't fast enough to catch this movement.
43
150000
4000
-på Berkeley var raske nok til å fange opp disse bevegelsene.
02:59
We simply couldn't capture it on video.
44
154000
2000
Vi klarte rett og slett ikke å fange det på film.
03:01
And so this had me stymied for quite a long period of time.
45
156000
3000
Så dette plaget meg over en lengre periode.
03:04
And then a BBC crew came cruising through the biology department,
46
159000
3000
Men så kom et filmmannskap fra BBC til biologiavdelingen-
03:07
looking for a story to do about new technologies in biology.
47
162000
5000
-på utkikk etter en historie om nye teknologier innen biologi.
03:12
And so we struck up a deal.
48
167000
2000
Så vi fikk ordnet en avtale med dem.
03:14
I said, "Well, if you guys rent the high-speed video system
49
169000
2000
Jeg sa at hvis de kunne leie et høyhastighetskamera-
03:16
that could capture these movements,
50
171000
2000
-som var i stand til å filme disse bevegelsene-
03:18
you guys can film us collecting the data."
51
173000
3000
-så skulle de få filme oss mens vi innhentet dataene våre.
03:21
And believe it or not, they went for it. (Laughter)
52
176000
2000
Og tro det eller ei, de gikk med på det.
03:23
So we got this incredible video system. It's very new technology --
53
178000
4000
Så vi fikk dette utrolige videosystemet. Det er helt ny teknologi-
03:27
it just came out about a year ago --
54
182000
2000
-som kom ut for bare et år siden.
03:29
that allows you to film at extremely high speeds in low light.
55
184000
5000
Det lar oss filme med enorme hastigheter og i svakt lys.
03:34
And low light is a critical issue with filming animals,
56
189000
2000
Svakt lys er helt avgjørende ved filming av dyr.
03:36
because if it's too high, you fry them. (Laughter)
57
191000
3000
Er det for mye lys, steker du dem.
03:39
So this is a mantis shrimp. There are the eyes up here,
58
194000
5000
Her har dere en mantisreke. Her oppe er øynene og-
03:44
and there's that raptorial appendage, and there's the heel.
59
199000
3000
-her er forføttene med spiddespissen, og her er hælen.
03:47
And that thing's going to swing around and smash the snail.
60
202000
3000
Og det er denne som svinger rundt og knuser sneglen.
03:50
And the snail's wired to a stick,
61
205000
1000
Her har vi festet sneglen til en pinne-
03:51
so he's a little bit easier to set up the shot. And -- yeah.
62
206000
4000
-så det skulle bli litt enklere å filme hugget.
03:55
(Laughter)
63
210000
2000
(Latter)
03:57
I hope there aren't any snail rights activists around here.
64
212000
3000
Jeg håper ikke det er noen sneglerettighetsaktivister her.
04:00
(Laughter)
65
215000
2000
(Latter)
04:02
So this was filmed at 5,000 frames per second,
66
217000
5000
Her filmer vi med 5.000 bilder per sekund, -
04:07
and I'm playing it back at 15. And so this is slowed down 333 times.
67
222000
5000
-og det spilles av med 15 bilder per sekund, altså 333 ganger saktere enn i virkeligheten.
04:12
And as you'll notice, it's still pretty gosh darn fast
68
227000
3000
Men, som dere vil se, er det fortsatt helsikes raskt.
04:15
slowed down 333 times. It's an incredibly powerful movement.
69
230000
4000
333 ganger saktere. Det er en utrolig kraftfull bevegelse.
04:19
The whole limb extends out. The body flexes backwards --
70
234000
3000
Hele lemmet strekkes ut. Kroppen spennes bakover.
04:22
just a spectacular movement.
71
237000
3000
En spektakulær bevegelse.
04:25
And so what we did is, we took a look at these videos,
72
240000
2000
Så, vi så på disse opptakene-
04:27
and we measured how fast the limb was moving
73
242000
2000
-og vi målte hvor fort lemmet bevegde seg-
04:29
to get back to that original question.
74
244000
2000
-for å svare på det opprinnelige spørsmålet.
04:31
And we were in for our first surprise.
75
246000
3000
Og vi fikk oss en overraskelse:
04:34
So what we calculated was that the limbs were moving
76
249000
3000
Vi kom fram til at lemmene bevegde seg med-
04:37
at the peak speed ranging from 10 meters per second
77
252000
2000
-en topphastighet fra 10 meter per sekund-
04:39
all the way up to 23 meters per second.
78
254000
2000
-helt opp til 23 meter per sekund.
04:41
And for those of you who prefer miles per hour,
79
256000
2000
For dere som foretrekker miles per time (mph)-
04:43
that's over 45 miles per hour in water. And this is really darn fast.
80
258000
5000
-er dette over 45 miles per time, i vann! Det er virkelig fort.
04:48
In fact, it's so fast we were able to add a new point
81
263000
4000
Faktisk er det så fort at vi kunne legge det inn på-
04:52
on the extreme animal movement spectrum.
82
267000
3000
-oversikten over ekstreme dyrebevegelser.
04:55
And mantis shrimp are officially the fastest measured feeding strike
83
270000
3000
Mantisreker er har nå offisielt det raskeste målte jakthugget av-
04:58
of any animal system. So our first surprise.
84
273000
4000
-alle dyr. Så det var vår første store overraskelse.
05:02
(Applause)
85
277000
1000
(Applaus)
05:03
So that was really cool and very unexpected.
86
278000
3000
Det var virkelig kult og uventet.
05:06
So, you might be wondering, well, how do they do it?
87
281000
3000
Dere lurer kanskje på hvordan de gjør dette.
05:09
And actually, this work was done in the 1960s
88
284000
3000
Og faktisk ble dette utredet på 1960-tallet-
05:12
by a famous biologist named Malcolm Burrows.
89
287000
2000
-av den berømte biologen Malcolm Burrows.
05:14
And what he showed in mantis shrimp is that they use
90
289000
3000
Han viste at mantisreker bruker-
05:17
what's called a "catch mechanism," or "click mechanism."
91
292000
3000
-det vi kaller en fangemekanisme, eller klikkemekanisme.
05:20
And what this basically consists of is a large muscle
92
295000
4000
Denne består hovedsaklig av en stor muskel-
05:24
that takes a good long time to contract,
93
299000
2000
-som bruker lang tid på å trekke seg sammen,-
05:26
and a latch that prevents anything from moving.
94
301000
3000
-samt en lås som forhindrer bevegelse.
05:29
So the muscle contracts, and nothing happens.
95
304000
2000
Muskelen kan dermed sammentrekkes uten at noe skjer.
05:31
And once the muscle's contracted completely, everything's stored up --
96
306000
3000
Med en gang den har trukket seg helt sammen og alt er spent opp-
05:34
the latch flies upward, and you've got the movement.
97
309000
4000
-flyr låsen opp og vi får bevegelse.
05:38
And that's basically what's called a "power amplification system."
98
313000
3000
Dette er det vi kan kalle et kraftforsterkningssystem.
05:41
It takes a long time for the muscle to contract,
99
316000
2000
Det tar lang tid for muskelen å trekke seg sammen-
05:43
and a very short time for the limb to fly out.
100
318000
2000
-og veldig kort tid for lemmet å fly ut.
05:45
And so I thought that this was sort of the end of the story.
101
320000
3000
Jeg trodde nå at dette var hele forklaringen,-
05:48
This was how mantis shrimps make these very fast strikes.
102
323000
4000
-at dette var hvordan mantisreker utførte disse raske huggene.
05:52
But then I took a trip to the National Museum of Natural History.
103
327000
4000
Men så tok jeg meg en tur til National Museum of Natural History.
05:56
And if any of you ever have a chance,
104
331000
2000
Hvis noen av dere får sjansen til-
05:58
backstage of the National Museum of Natural History
105
333000
2000
-å gå backstage på National Museum of Natural History,-
06:00
is one of the world's best collections of preserved mantis shrimp. And what --
106
335000
4000
-så har de en av verdens beste samlinger av preserverte mantisreker.
06:04
(Laughter)
107
339000
1000
(Latter)
06:05
this is serious business for me.
108
340000
2000
Dette er alvorlige saker for meg.
06:07
(Laughter)
109
342000
1000
(Latter)
06:08
So, this -- what I saw, on every single mantis shrimp limb,
110
343000
5000
Så, det jeg så, var at på hvert eneste mantisrekelem,-
06:13
whether it's a spearer or a smasher,
111
348000
2000
-hos både spidderne og knuserne,-
06:15
is a beautiful saddle-shaped structure
112
350000
2000
-var det en vakker sadelformet struktur-
06:17
right on the top surface of the limb. And you can see it right here.
113
352000
4000
-på overdelen av lemmet. Dere kan se den her.
06:21
It just looks like a saddle you'd put on a horse.
114
356000
2000
Den ser ut som en vanlig sadel til en hest.
06:23
It's a very beautiful structure.
115
358000
2000
En veldig vakker struktur.
06:25
And it's surrounded by membranous areas. And those membranous areas
116
360000
5000
Den er omgitt av hinnepregede områder. Disse hinnene-
06:30
suggested to me that maybe this is some kind of dynamically flexible structure.
117
365000
4000
-fortalte meg at kanskje dette var en type dynamisk fleksibel struktur.
06:34
And this really sort of had me scratching my head for a while.
118
369000
3000
Dette forvirret meg ganske lenge, og-
06:37
And then we did a series of calculations, and what we were able to show
119
372000
4000
-så gjorde vi en rekke kalkuleringer og det vi fant var at-
06:41
is that these mantis shrimp have to have a spring.
120
376000
4000
-disse mantisrekene må ha en slags fjær.
06:45
There needs to be some kind of spring-loaded mechanism
121
380000
3000
Det må være en slags fjærladningsmekanisme der-
06:48
in order to generate the amount of force that we observe,
122
383000
2000
-for at de skal kunne generere den typen kraft og-
06:50
and the speed that we observe, and the output of the system.
123
385000
3000
-oppnå den typen fart og ytelse vi så.
06:53
So we thought, OK, this must be a spring --
124
388000
3000
Så vi tenkte at dette måtte være en fjær,-
06:56
the saddle could very well be a spring.
125
391000
2000
-at denne sadelen var en fjæringsmekanisme.
06:58
And we went back to those high-speed videos again,
126
393000
2000
Vi gikk tilbake til høyhastighetsopptakene, og-
07:00
and we could actually visualize the saddle compressing and extending.
127
395000
6000
-vi kunne faktisk se for oss hvordan sadelen trykkes sammen og strekkes ut.
07:06
And I'll just do that one more time.
128
401000
3000
La meg vise det en gang til.
07:09
And then if you take a look at the video --
129
404000
2000
Hvis dere ser her på videoen...
07:11
it's a little bit hard to see -- it's outlined in yellow.
130
406000
2000
Det er litt vanskelig å se det, så jeg har merket det i gult.
07:13
The saddle is outlined in yellow. You can actually see it
131
408000
2000
Sadelen er merket gul. Dere kan faktisk se hvordan det-
07:15
extending over the course of the strike, and actually hyperextending.
132
410000
4000
-strekker seg gjennom hele hugget, og hvordan det overstrekkes.
07:19
So, we've had very solid evidence showing
133
414000
2000
Så, vi hadde nå solide bevis for at-
07:21
that that saddle-shaped structure actually compresses and extends,
134
416000
4000
-denne sadelstrukturen sammentrykkes og strekkes ut, og-
07:25
and does, in fact, function as a spring.
135
420000
2000
-at den fungere som en fjæring.
07:27
The saddle-shaped structure is also known as a "hyperbolic paraboloid surface,"
136
422000
5000
Sadelstrukturen kalles også en hyberbolsk paraboloid overflate,-
07:32
or an "anticlastic surface."
137
427000
2000
-eller en antiklastisk overflate.
07:34
And this is very well known to engineers and architects,
138
429000
2000
Disse formene er velkjente for ingeniører og arkitekter-
07:36
because it's a very strong surface in compression.
139
431000
3000
-på grunn av deres kompresjonsstyrke.
07:39
It has curves in two directions,
140
434000
2000
Den kurver i to retninger:
07:41
one curve upward and opposite transverse curve down the other,
141
436000
3000
én oppoverrettet kurve og en motsatt transvers kurve på den andre siden-
07:44
so any kind of perturbation spreads the forces
142
439000
3000
-slik at alle kraftpåvirkninger blir spredt-
07:47
over the surface of this type of shape.
143
442000
3000
-over hele overflaten på denne typen form.
07:50
So it's very well known to engineers, not as well known to biologists.
144
445000
4000
Formen er velkjent for ingeniører men ikke for biologer.
07:54
It's also known to quite a few people who make jewelry,
145
449000
4000
Den er også velkjent for smykkemakere-
07:58
because it requires very little material
146
453000
3000
-fordi det kreves veldig lite materiale-
08:01
to build this type of surface, and it's very strong.
147
456000
3000
-for å bygge denne typen overflate og fortsatt gjøre den sterk.
08:04
So if you're going to build a thin gold structure,
148
459000
2000
Hvis du vil bygge en tynn gullstruktur-
08:06
it's very nice to have it in a shape that's strong.
149
461000
2000
-er det jo en fordel å gjøre den sterk.
08:08
Now, it's also known to architects. One of the most famous architects
150
463000
5000
Den er også kjent for arkitekter og en av de mest kjente arkitektene-
08:13
is Eduardo Catalano, who popularized this structure.
151
468000
3000
-er Eduardo Catalano, som populariserte denne strukturen.
08:16
And what's shown here is a saddle-shaped roof that he built
152
471000
3000
Det dere ser her er et sadelformet tak han bygget.
08:19
that's 87 and a half feet spanwise.
153
474000
4000
Buespennet er 26,5 meter.
08:23
It's two and a half inches thick, and supported at two points.
154
478000
3000
Det er fem centimeter tykt og støttes på to punkter.
08:26
And one of the reasons why he designed roofs this way is because it's --
155
481000
5000
En av grunnene til at han designet takene slik er fordi-
08:31
he found it fascinating that you could build such a strong structure
156
486000
4000
-han syntes det var fascinerende at man kunne bygge så sterke strukturer-
08:35
that's made of so few materials and can be supported by so few points.
157
490000
4000
-med så få materialer og med så få støttepunkter.
08:39
And all of these are the same principles that apply
158
494000
4000
Og alle disse prinsippene er de samme som-
08:43
to the saddle-shaped spring in stomatopods.
159
498000
2000
-hos sadelstrukturene hos stomatopodene.
08:45
In biological systems it's important not to have a whole lot
160
500000
3000
I biologiske systemer er det viktig å ikke ha mye-
08:48
of extra material requirements for building it.
161
503000
3000
-ekstra krav til materialene.
08:51
So, very interesting parallels between the biological
162
506000
3000
Så, dette var noen interessante paralleller mellom biologiens-
08:54
and the engineering worlds. And interestingly, this turns out --
163
509000
4000
-og ingeniørvitenskapen verden. Faktisk viser det seg at-
08:58
the stomatopod saddle turns out to be the first
164
513000
2000
-stomatopodsadelen er den første-
09:00
described biological hyperbolic paraboloid spring.
165
515000
3000
-beskrevne biologiske hyperbolske paraboloidfjæringen.
09:03
That's a bit long, but it is sort of interesting.
166
518000
3000
Det ble en litt lang forklaring, men det er interessant.
09:06
So the next and final question was, well, how much force
167
521000
3000
Det siste spørsmålet var: Hvor mye kraft-
09:09
does a mantis shrimp produce if they're able to break open snails?
168
524000
4000
-produserer en mantisreke dersom de er i stand til å åpne snegler?
09:13
And so I wired up what's called a load cell.
169
528000
2000
Så jeg satte opp det vi kaller en kraftcelle.
09:15
A load cell measures forces, and this is actually
170
530000
2000
En kraftcelle måler krefter, og dette er en-
09:17
a piezoelectronic load cell that has a little crystal in it.
171
532000
3000
-piezoelektronisk kraftcelle med krystaller i.
09:20
And when this crystal is squeezed, the electrical properties change
172
535000
4000
Når disse krystallene presses sammen, endres de elektriske egenskapene-
09:24
and it -- which -- in proportion to the forces that go in.
173
539000
2000
-i proporsjon til mengden krefter som påføres den.
09:26
So these animals are wonderfully aggressive,
174
541000
3000
Disse dyrene er så praktfullt aggressive-
09:29
and are really hungry all the time. And so all I had to do
175
544000
3000
-og de er veldig sultne hele tiden. Så alt jeg måtte gjøre-
09:32
was actually put a little shrimp paste on the front of the load cell,
176
547000
3000
-var å legge litt rekemos på forsiden av kraftcellen-
09:35
and they'd smash away at it.
177
550000
2000
-så begynte de å knuse løs på den.
09:37
And so this is just a regular video of the animal
178
552000
4000
Dette er bare en helt vanlig video av dette dyret-
09:41
just smashing the heck out of this load cell.
179
556000
3000
-mens det moser løs på denne kraftcellen.
09:44
And we were able to get some force measurements out.
180
559000
3000
Vi fikk tatt noen målinger fra den-
09:47
And again, we were in for a surprise.
181
562000
2000
-og igjen fikk vi oss en overraskelse.
09:49
I purchased a 100-pound load cell, thinking,
182
564000
2000
Jeg kjøpte en kraftcele som tålte 45 kg-
09:51
no animal could produce more than 100 pounds at this size of an animal.
183
566000
4000
-fordi jeg ikke trodde et så lite dyr kunne produsere mer enn 45 kilo kraft.
09:55
And what do you know? They immediately overloaded the load cell.
184
570000
2000
Men de overbelastet kraftcellen nesten med én gang.
09:57
So these are actually some old data
185
572000
2000
Her har dere noen gamle data-
09:59
where I had to find the smallest animals in the lab,
186
574000
2000
-hvor jeg fant fram de minste dyrene i laben-
10:01
and we were able to measure forces of well over 100 pounds
187
576000
3000
-og vi klarte å få målinger på godt over 45 kilo kraft-
10:04
generated by an animal about this big.
188
579000
3000
-generert av et dyr på omtrent denne størrelsen.
10:07
And actually, just last week I got a 300-pound load cell
189
582000
2000
Sist uke fikk jeg tak i en celle som tålte 136 kilo-
10:09
up and running, and I've clocked these animals generating
190
584000
3000
-og jeg har nå målt disse dyrene mens de genererer-
10:12
well over 200 pounds of force.
191
587000
2000
-godt over 90 kilo kraft.
10:14
And again, I think this will be a world record.
192
589000
3000
Og jeg tror dette vil vise seg å være enda en verdensrekord.
10:17
I have to do a little bit more background reading,
193
592000
2000
Jeg må lese litt mer om det først-
10:19
but I think this will be the largest amount of force produced
194
594000
3000
-men jeg tror dette er den største kraften produsert-
10:22
by an animal of a given -- per body mass. So, really incredible forces.
195
597000
5000
-av et dyr, sett i forhold til kroppsvekt. Virkelig utrolige krefter.
10:27
And again, that brings us back to the importance of that spring
196
602000
3000
Igjen tar dette oss tilbake til viktigheten av den fjæringen-
10:30
in storing up and releasing so much energy in this system.
197
605000
4000
-som lagrer og slipper løs så mye energi inn i dette systemet.
10:34
But that was not the end of the story.
198
609000
2000
Men dette var ikke slutten på historien.
10:36
Now, things -- I'm making this sound very easy, this is actually a lot of work.
199
611000
3000
Jeg får alt dette til å virke veldig lett, men det er mye arbeid.
10:39
And I got all these force measurements,
200
614000
2000
Jeg tok alle disse kraftmålingene-
10:41
and then I went and looked at the force output of the system.
201
616000
4000
-og jeg sjekket kraftutslaget for hele systemet.
10:45
And this is just very simple -- time is on the X-axis
202
620000
3000
Dette er helt enkelt: Tiden vises på x-aksen-
10:48
and the force is on the Y-axis. And you can see two peaks.
203
623000
3000
-og kraften er på y-aksen. Dere ser to topper her.
10:51
And that was what really got me puzzled.
204
626000
4000
Dette var veldig forvirrende:
10:55
The first peak, obviously, is the limb hitting the load cell.
205
630000
3000
Den første toppen er selvsagt lemmet som treffer kraftcellen,-
10:58
But there's a really large second peak half a millisecond later,
206
633000
6000
-men så er det en stor topp et halvt millisekund etterpå.
11:04
and I didn't know what that was.
207
639000
2000
Jeg visste ikke hva det var.
11:06
So now, you'd expect a second peak for other reasons,
208
641000
3000
Det er forventet å ha en andre topp som følge av andre grunner,-
11:09
but not half a millisecond later.
209
644000
2000
-men ikke et halvt millisekund etter det første.
11:11
Again, going back to those high-speed videos,
210
646000
2000
Igjen, om vi ser på høyhastighetsvideoene igjen,-
11:13
there's a pretty good hint of what might be going on.
211
648000
4000
så får vi en ganske god indikasjon på hva som skjer.
11:17
Here's that same orientation that we saw earlier.
212
652000
2000
Her er det samme bildet jeg viste tidligere.
11:19
There's that raptorial appendage -- there's the heel,
213
654000
3000
Her er forfoten med huggespissen, og her er hælen,-
11:22
and it's going to swing around and hit the load cell.
214
657000
3000
-og den vil svinge rundt og treffe ladecellen.
11:25
And what I'd like you to do in this shot is keep your eye on this,
215
660000
3000
Nå vil jeg at dere skal fokusere på-
11:28
on the surface of the load cell, as the limb comes flying through.
216
663000
5000
-overflaten på kraftcellen mens lemmet kommer flyvende.
11:33
And I hope what you are able to see is actually a flash of light.
217
668000
5000
Det jeg håper dere vil se, er et lysglimt.
11:38
Audience: Wow.
218
673000
2000
Publikum: (Wow)
11:40
Sheila Patek: And so if we just take that one frame, what you can actually see there
219
675000
4000
Så hvis vi ser på bare det éne bildet så vil dere se-
11:44
at the end of that yellow arrow is a vapor bubble.
220
679000
3000
-at den gule pilen peker på en dampboble.
11:47
And what that is, is cavitation.
221
682000
2000
Dette er det vi kaller kavitasjon.
11:49
And cavitation is an extremely potent fluid dynamic phenomenon
222
684000
4000
Kavitasjon er et ekstremt potent fenomen innen væskedynamikk,-
11:53
which occurs when you have areas of water
223
688000
3000
-som oppstår når man har store mengder vann-
11:56
moving at extremely different speeds.
224
691000
2000
-som beveger seg med veldig ulike hastigheter.
11:58
And when this happens, it can cause areas of very low pressure,
225
693000
4000
Når dette skjer kan det skape områder med veldig lavt trykk,-
12:02
which results in the water literally vaporizing.
226
697000
3000
og det resulterer i at vann bokstavelig talt fordamper.
12:05
And when that vapor bubble collapses, it emits sound, light and heat,
227
700000
4000
Når dampboblen kollapser, sender den ut lyd, lys og varme,-
12:09
and it's a very destructive process.
228
704000
2000
og det er en veldig destruktiv prosess.
12:11
And so here it is in the stomatopod. And again, this is a situation
229
706000
5000
Så her er det hos stomatopoden. Dette er som sagt-
12:16
where engineers are very familiar with this phenomenon,
230
711000
3000
-et fenomen som ingeniører er godt kjente med,-
12:19
because it destroys boat propellers.
231
714000
2000
fordi det ofte ødelegger båtpropeller.
12:21
People have been struggling for years to try and design
232
716000
3000
Man har over flere år prøvd å utforme-
12:24
a very fast rotating boat propeller that doesn't cavitate
233
719000
4000
-en hurtigroterende båtpropell som ikke kaviterer-
12:28
and literally wear away the metal and put holes in it,
234
723000
2000
-og ødelegger og lager hull i metallet,-
12:30
just like these pictures show.
235
725000
2000
-slik dere ser her.
12:32
So this is a potent force in fluid systems, and just to sort of take it one step further,
236
727000
9000
Dette er altså en sterk kraft inne væskesystemer, og for å ta det et steg videre-
12:41
I'm going to show you the mantis shrimp approaching the snail.
237
736000
3000
-så skal jeg vise dere hvordan mantisreken nærmer seg sneglen.
12:44
This is taken at 20,000 frames per second, and I have to give
238
739000
4000
Dette er tatt opp ved 20.000 bilder per sekund, og jeg må-
12:48
full credit to the BBC cameraman, Tim Green, for setting this shot up,
239
743000
4000
-kreditere BBCs kameramann Tim Green for å ha ordnet dette scenarioet,-
12:52
because I could never have done this in a million years --
240
747000
3000
da jeg ikke kunne klart det selv.
12:55
one of the benefits of working with professional cameramen.
241
750000
3000
Det er én av fordelene med å arbeide med profesjonelle kameramenn.
12:58
You can see it coming in, and an incredible flash of light,
242
753000
4000
Dere kan se det skje: et utrolig lysglimt,-
13:02
and all this cavitation spreading over the surface of the snail.
243
757000
4000
-vi får all denne kavitasjonen spredd over sneglens overflate.
13:06
So really, just an amazing image,
244
761000
3000
Et utrolig bilde,-
13:09
slowed down extremely, to extremely slow speeds.
245
764000
4000
-sakket ned til en ekstremt lav hastighet.
13:13
And again, we can see it in slightly different form there,
246
768000
3000
Her ser vi det igjen i en litt annerledes form,-
13:16
with the bubble forming and collapsing between those two surfaces.
247
771000
4000
-hvor boblen dannes og faller sammen mellom disse to overflatene.
13:20
In fact, you might have even seen some cavitation going up the edge of the limb.
248
775000
5000
Dere så kanskje en liten kavitasjon på vei opp langs lemmet.
13:25
So to solve this quandary of the two force peaks:
249
780000
3000
For å løse mysteriet med de to krafttoppene:
13:28
what I think was going on is: that first impact is actually
250
783000
2000
Det jeg tror er at den første toppen er-
13:30
the limb hitting the load cell, and the second impact is actually
251
785000
3000
-lemmet som treffer kraftcellen, mens den andre toppen er-
13:33
the collapse of the cavitation bubble.
252
788000
2000
-kavitasjonsboblen som kollapser.
13:35
And these animals may very well be making use of
253
790000
3000
Det er godt mulig at disse dyrene bruker-
13:38
not only the force and the energy stored with that specialized spring,
254
793000
4000
-mer enn bare kraften og energien fra den spesialiserte fjæren,-
13:42
but the extremes of the fluid dynamics. And they might actually be
255
797000
4000
-men også væskedynamikkens ekstreme egenskaper. De tar kanskje-
13:46
making use of fluid dynamics as a second force for breaking the snail.
256
801000
4000
-i bruk væskedynamikk som en sekundær kraft for slik å knuse sneglen.
13:50
So, really fascinating double whammy, so to speak, from these animals.
257
805000
6000
Så, vi har her et fascinerende dobbeltreff fra disse dyrene.
13:56
So, one question I often get after this talk --
258
811000
2000
Ett spørsmål jeg ofte får etter dette foredraget,-
13:58
so I figured I'd answer it now -- is, well, what happens to the animal?
259
813000
3000
og som jeg vil svare på nå, er: Hva skjer med dyrene?
14:01
Because obviously, if it's breaking snails,
260
816000
3000
Det er jo tydelig at dersom de knekker snegler,-
14:04
the poor limb must be disintegrating. And indeed it does.
261
819000
3000
-så må jo lemmet bli knust. Og faktisk bli det det.
14:07
That's the smashing part of the heel on both these images,
262
822000
3000
Her er knusedelen av hælen på begge bildene,-
14:10
and it gets worn away. In fact, I've seen them wear away
263
825000
2000
-og den blir gradvis ødelagt ned. Jeg har selv sett hælen bli ødelagt-
14:12
their heel all the way to the flesh.
264
827000
2000
-helt ned til kjøttet.
14:14
But one of the convenient things about being an arthropod
265
829000
3000
Men en av fordelene med å være et leddyr-
14:17
is that you have to molt. And every three months or so
266
832000
3000
-er at du kan felle kroppsvev. Og ca hver tredje måned-
14:20
these animals molt, and they build a new limb and it's no problem.
267
835000
5000
-feller disse dyrene, og de bygger bygger opp et nytt lem.
14:25
Very, very convenient solution to that particular problem.
268
840000
4000
En veldig bekvem løsning på dette proplemet.
14:29
So, I'd like to end on sort of a wacky note.
269
844000
5000
Så, jeg vil gjerne avslutte litt tøysete.
14:34
(Laughter)
270
849000
3000
(Latter)
14:37
Maybe this is all wacky to folks like you, I don't know.
271
852000
4000
Kanskje alt dette virker tøysete for dere.
14:41
(Laughter)
272
856000
1000
(Latter)
14:42
So, the saddles -- that saddle-shaped spring --
273
857000
3000
Så, den sadelformede fjæren-
14:45
has actually been well known to biologists for a long time,
274
860000
4000
-har vært velkjent blant biologer i lang tid,-
14:49
not as a spring but as a visual signal.
275
864000
4000
men da som et visuelt signal.
14:53
And there's actually a spectacular colored dot
276
868000
2000
Det er faktisk en spektakulært farget prikk-
14:55
in the center of the saddles of many species of stomatopods.
277
870000
6000
-midt på sadelen hos mange stomatopod-arter.
15:01
And this is quite interesting, to find evolutionary origins
278
876000
3000
Det er ganske interessant å finne evolusjonære røtter-
15:04
of visual signals on what's really, in all species, their spring.
279
879000
6000
-for visuelle signaler på det som hos alle artene brukes som en fjær.
15:10
And I think one explanation for this could be
280
885000
2000
Én forklaring på dette kan ligge-
15:12
going back to the molting phenomenon.
281
887000
2000
-i fellingsfenomenet.
15:14
So these animals go into a molting period where they're
282
889000
3000
Dyrene går inn i en fellingsperiode hvor de-
15:17
unable to strike -- their bodies become very soft.
283
892000
3000
-ikke er i stand til å hugge og kroppene blir veldig myke.
15:20
And they're literally unable to strike or they will self-destruct.
284
895000
3000
De må bli helt ute av stand til å hugge for å unngå å bli ødelagt.
15:23
This is for real. And what they do is, up until that time period
285
898000
7000
Dette er seriøst. Det de gjør, er at helt opp til denne perioden-
15:30
when they can't strike, they become really obnoxious and awful,
286
905000
3000
-hvor de ikke kan hugge, er de veldig ufine og ekle-
15:33
and they strike everything in sight; it doesn't matter who or what.
287
908000
4000
-og hugger løs på alt de ser, uavhengig av hva om hvem det er.
15:37
And the second they get into that time point when they can't strike any more,
288
912000
4000
Så med en gang de kommer til det punktet hvor de ikke kan hugge,-
15:41
they just signal. They wave their legs around.
289
916000
3000
-later de bare som. De vifter føttene rundt.
15:44
And it's one of the classic examples in animal behavior of bluffing.
290
919000
4000
Det er et klassisk eksempel på dyr som bløffer.
15:48
It's a well-established fact of these animals
291
923000
2000
Det er et etablert faktum at disse dyrene-
15:50
that they actually bluff. They can't actually strike, but they pretend to.
292
925000
4000
-faktisk bløffer. De kan ikke hugge, men de later som.
15:54
And so I'm very curious about whether those colored dots
293
929000
2000
Så jeg er nysgjerrig på om disse fargeprikkene-
15:56
in the center of the saddles are conveying some kind of information
294
931000
4000
-på sadlene kanskje formidler noen slags informasjon-
16:00
about their ability to strike, or their strike force,
295
935000
3000
-om deres huggeevner eller huggekraft-
16:03
and something about the time period in the molting cycle.
296
938000
3000
og om hvor de er i fellingssyklusen.
16:06
So sort of an interesting strange fact to find a visual structure
297
941000
5000
Det er litt interessant å finne en visuell struktur-
16:11
right in the middle of their spring.
298
946000
3000
midt på fjøren deres.
16:14
So to conclude, I mostly want to acknowledge my two collaborators,
299
949000
5000
Helt til slutt vil jeg anerkjenne mine to samarbeidspartnere,-
16:19
Wyatt Korff and Roy Caldwell, who worked closely with me on this.
300
954000
3000
-Wyatt Korff og Roy Caldwell, som jobbet med meg på dette.
16:22
And also the Miller Institute for Basic Research in Science,
301
957000
3000
Jeg vil også takke 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
-som ga med tre år med pengestøtte for å bare drive med vitenskap,-
16:29
and for that I'm very grateful. Thank you very much.
303
964000
3000
-og jeg er veldig takknemlig for det. Tusen takk.
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