TED2004
Sheila Patek: The shrimp with a kick!
Sheila Patek cronometrează cele mai rapide animale
Filmed:
Readability: 4
1,659,037 views
Biologul Sheila Patek vorbeşte despre munca ei, constând în măsurarea vitezei loviturii pentru prinderea hranei a crevetei-călugăriţă, una dintre cele mai rapide mişcări din lumea animală, folosind camere de filmat cu o rată de 20.000 de cadre pe secundă.
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
Dacă vreţi să învăţaţi cum să cântaţi la homar, avem câţiva aici.
00:28
And that's not a joke, we really do.
1
3000
2000
Şi nu este o glumă, chiar avem.
00:30
So come up afterwards and I'll show you how to play a lobster.
2
5000
3000
Aşa că veniţi mai târziu şi o să vă arăt cum să cântaţi la homar.
00:33
So, actually, I started working on what's called the mantis shrimp
3
8000
4000
De fapt, am început să lucrez cu ceea ce numim creveta-călugăriţă
00:37
a few years ago because they make sound.
4
12000
3000
acum câţiva ani, pentru că scote sunete.
00:40
This is a recording I made of a mantis shrimp
5
15000
2000
Aceasta este o înregistrare pe care am făcut-o unei crevete-călugăriţă
00:42
that's found off the coast of California.
6
17000
2000
care se găseşte în largul coastei Californiei.
00:55
And while that's an absolutely fascinating sound,
7
30000
3000
În timp ce acesta este un sunet absolut fascinant,
00:58
it actually turns out to be a very difficult project.
8
33000
3000
proiectul s-a dovedit a fi deosebit de dificil.
01:01
And while I was struggling to figure out how and why mantis shrimp,
9
36000
5000
Şi în timp ce mă chinuiam să îmi dau seama cum şi de ce creveta-călugăriţă,
01:06
or stomatopods, make sound, I started to think about their appendages.
10
41000
4000
sau stomatopodele, fac sunete, am început să mă gândesc la apendicele lor.
01:10
And mantis shrimp are called "mantis shrimp" after the praying mantises,
11
45000
3000
Iar creveta-călugăriţă se numeşte crevetă-călugăriţă după călugăriţe,
01:13
which also have a fast feeding appendage. And I started to think,
12
48000
4000
care de asemenea au un apendice pentru a se hrăni. Şi am început să mă gândesc,
01:17
well, maybe it will be interesting, while listening to their sounds,
13
52000
3000
că, poate ar fi interesant, în timp ce le ascultam sunetele,
01:20
to figure out how these animals generate very fast feeding strikes.
14
55000
3000
să îmi dau seama în ce fel aceste animale generează lovituri extrem de rapide pentru prinderea hranei.
01:23
And so today I'll talk about the extreme stomatopod strike,
15
58000
4000
Aşa că astăzi vă voi vorbi despre lovitura extremă a stomatopodelor,
01:27
work that I've done in collaboration with Wyatt Korff and Roy Caldwell.
16
62000
3000
muncă pe care am făcut-o în colaborare cu Wyatt Korff şi Roy Caldwell.
01:30
So, mantis shrimp come in two varieties:
17
65000
3000
Creveta-călugăriţă se găseşte în două varietăţi:
01:33
there are spearers and smashers.
18
68000
2000
cele care împung şi cele care zdrobesc.
01:35
And this is a spearing mantis shrimp, or stomatopod.
19
70000
3000
Acesta este o crevetetă-călugăriţă care împunge, sau stomatopod.
01:38
And he lives in the sand, and he catches things that go by overhead.
20
73000
5000
Trăieşte în nisip, şi prinde lucruri care îi trec pe deasupra capului.
01:43
So, a quick strike like that. And if we slow it down a bit,
21
78000
5000
O mişcare rapidă ca aceasta. Iar dacă încetinim puţin,
01:48
this is the mantis shrimp -- the same species --
22
83000
2000
acesta este creveta-călugăriţă - din aceeaşi specie -
01:50
recorded at 1,000 frames a second,
23
85000
2000
înregistrata la 1000 de cadre pe secundă,
01:52
played back at 15 frames per second.
24
87000
2000
şi redat cu 15 cadre pe secundă.
01:54
And you can see it's just a really spectacular extension of the limbs,
25
89000
6000
Puteţi vedea că este o extindere spectaculoasă a extremităţilor,
02:00
exploding upward to actually just catch
26
95000
3000
care explodează în sus doar ca să prindă
02:03
a dead piece of shrimp that I had offered it.
27
98000
2000
o bucăţică inertă de crevete pe care i-am oferit-o eu.
02:05
Now, the other type of mantis shrimp is the smasher stomatopod,
28
100000
5000
Acuma, celălalt tip de crevetă călugăriţă este stomatopodul care izbeşte,
02:10
and these guys open up snails for a living.
29
105000
3000
iar aceştia sparg melci ca să trăiască.
02:13
And so this guy gets the snail all set up and gives it a good whack.
30
108000
5000
Acest individ îşi pune melcul în poziţia potrivită şi îi trage una bună.
02:18
(Laughter)
31
113000
1000
(Râsete)
02:19
So, I'll play it one more time.
32
114000
2000
Aşa că, o să mai pun odată.
02:21
He wiggles it in place, tugs it with his nose, and smash.
33
116000
4000
Îl leagănă pe loc, îl potriveşte cu nasul şi poc!
02:25
And a few smashes later, the snail is broken open, and he's got a good dinner.
34
120000
7000
După câteva izbituri, melcul este spart, iar el are o masă bună.
02:32
So, the smasher raptorial appendage can stab with a point at the end,
35
127000
4000
Aşadar, îl poate străpunge cu vârful ascuţit al apendicelui
02:36
or it can smash with the heel.
36
131000
2000
sau îl poate zdrobi cu călcâiul.
02:38
And today I'll talk about the smashing type of strike.
37
133000
3000
Iar astăzi vă voi vorbi despre tipul de lovitură zdrobitoare.
02:41
And so the first question that came to mind was,
38
136000
2000
Prima întrebare care mi-a venit în minte a fost,
02:43
well, how fast does this limb move?
39
138000
3000
cât de repede se mişcă acest membru?
02:46
Because it's moving pretty darn fast on that video.
40
141000
3000
Pentru că se mişcă chiar al naibii de repede în acea filmare.
02:49
And I immediately came upon a problem.
41
144000
3000
Şi imediat am dat de o problemă.
02:52
Every single high-speed video system in the biology department
42
147000
3000
Fiecare sistem video de mare viteză din departamentul de biologie
02:55
at Berkeley wasn't fast enough to catch this movement.
43
150000
4000
de la Berkeley, nu era destul de rapid încât să prindă această mişcare.
02:59
We simply couldn't capture it on video.
44
154000
2000
Pur şi simplu nu am putut-o prinde pe film.
03:01
And so this had me stymied for quite a long period of time.
45
156000
3000
Asta m-a ţinut pe loc o perioadă destul de lungă.
03:04
And then a BBC crew came cruising through the biology department,
46
159000
3000
Apoi un echipaj de la BBC se plimba prin departamentul de biologie,
03:07
looking for a story to do about new technologies in biology.
47
162000
5000
în căutarea unui subiect care avea de-a face cu noile tehnologii din biologie.
03:12
And so we struck up a deal.
48
167000
2000
Aşa că am făcut un târg cu ei.
03:14
I said, "Well, if you guys rent the high-speed video system
49
169000
2000
Le-am spus: "Ei bine, dacă îmi închiriaţi sistemul vostru video de viteză mare
03:16
that could capture these movements,
50
171000
2000
care să prindă aceste mişcări,
03:18
you guys can film us collecting the data."
51
173000
3000
voi puteţi să ne filmaţi în timp ce strângem date".
03:21
And believe it or not, they went for it. (Laughter)
52
176000
2000
Şi, mă credeţi sau nu, au fost de acord. (Râsete)
03:23
So we got this incredible video system. It's very new technology --
53
178000
4000
Aşa că aveam acest incredibil sistem video. Este o tehnologie foarte nouă -
03:27
it just came out about a year ago --
54
182000
2000
abia ieşise pe piaţă în urmă cu un an -
03:29
that allows you to film at extremely high speeds in low light.
55
184000
5000
care permite filmarea la viteze extrem de mari în lumină redusă.
03:34
And low light is a critical issue with filming animals,
56
189000
2000
Lumina redusă este un chestiune importantă atunci când filmezi animale,
03:36
because if it's too high, you fry them. (Laughter)
57
191000
3000
pentru că dacă este prea puternică, le prăjeşti. (Râsete)
03:39
So this is a mantis shrimp. There are the eyes up here,
58
194000
5000
Acesta este o crevetă-călugăriţă. Aici sus sunt ochii,
03:44
and there's that raptorial appendage, and there's the heel.
59
199000
3000
iar acela este apendicele de apucat, iar aici este călcâiul.
03:47
And that thing's going to swing around and smash the snail.
60
202000
3000
Acesta se va legăna şi va izbi melcul.
03:50
And the snail's wired to a stick,
61
205000
1000
Iar melcul este legat de un băţ,
03:51
so he's a little bit easier to set up the shot. And -- yeah.
62
206000
4000
ca să ne fie mai uşor să punem la cale filmarea. Şi - mda.
03:55
(Laughter)
63
210000
2000
(Râsete)
03:57
I hope there aren't any snail rights activists around here.
64
212000
3000
Sper că nu sunt prin preajmă activişti pentru drepturile melcilor.
04:00
(Laughter)
65
215000
2000
(Râsete)
04:02
So this was filmed at 5,000 frames per second,
66
217000
5000
Acesta a fost filmat la 5000 de cadre pe secundă,
04:07
and I'm playing it back at 15. And so this is slowed down 333 times.
67
222000
5000
iar eu vi-l redau cu 15. Deci este încetinit de 333 de ori.
04:12
And as you'll notice, it's still pretty gosh darn fast
68
227000
3000
După cum veţi observa, este destul de al naibii de rapid
04:15
slowed down 333 times. It's an incredibly powerful movement.
69
230000
4000
deşi încetinit de 333 ori. Este o mişcare incredibil de puternică.
04:19
The whole limb extends out. The body flexes backwards --
70
234000
3000
Întregul membru se extinde în afară. Corpul i se flectează spre înapoi -
04:22
just a spectacular movement.
71
237000
3000
este o mişcare spectaculoasă.
04:25
And so what we did is, we took a look at these videos,
72
240000
2000
Ceea ce am făcut noi, este că ne-am uitat la aceste filmări,
04:27
and we measured how fast the limb was moving
73
242000
2000
şi am calculat cât de repede se mişca membrul
04:29
to get back to that original question.
74
244000
2000
ca să revenim la întrebarea de început.
04:31
And we were in for our first surprise.
75
246000
3000
Şi ne-am găsit în faţa primei surprize.
04:34
So what we calculated was that the limbs were moving
76
249000
3000
Noi am calculat că membrele se mişcau
04:37
at the peak speed ranging from 10 meters per second
77
252000
2000
în momentul cel mai rapid, într-un interval ce varia de la 10 metri pe secundă
04:39
all the way up to 23 meters per second.
78
254000
2000
până la 23 de metri pe secundă.
04:41
And for those of you who prefer miles per hour,
79
256000
2000
Pentru cei care preferă în mile pe oră,
04:43
that's over 45 miles per hour in water. And this is really darn fast.
80
258000
5000
este vorba de peste 45 de mile pe oră în apă. Iar asta e chiar al naibii de rapid.
04:48
In fact, it's so fast we were able to add a new point
81
263000
4000
De fapt, a fost atât de rapid încât am putut să stabilim încă un punct
04:52
on the extreme animal movement spectrum.
82
267000
3000
pentru spectrul de mişcări extreme din regnul animal.
04:55
And mantis shrimp are officially the fastest measured feeding strike
83
270000
3000
Crevetă-călugăriţă are oficial cea mai rapidă lovitură măsurată în scopul hrănirii
04:58
of any animal system. So our first surprise.
84
273000
4000
dintre toate sistemele animale. Asta a fost prima noastră surpriză.
05:02
(Applause)
85
277000
1000
(Aplauze)
05:03
So that was really cool and very unexpected.
86
278000
3000
Asta a fost chiar deosebit şi foarte neaşteptat.
05:06
So, you might be wondering, well, how do they do it?
87
281000
3000
Aşa că vă puteţi întreba cum reuşeşte să facă asta?
05:09
And actually, this work was done in the 1960s
88
284000
3000
Aceasta s-a descoperit în anii 1960
05:12
by a famous biologist named Malcolm Burrows.
89
287000
2000
de către faimosul biolog Malcolm Burrows.
05:14
And what he showed in mantis shrimp is that they use
90
289000
3000
El a demonstrat că crevetă-călugăriţă foloseşte
05:17
what's called a "catch mechanism," or "click mechanism."
91
292000
3000
ceea ce numim un "mecanism de prindere" sau un "mecanism de click".
05:20
And what this basically consists of is a large muscle
92
295000
4000
Iar acesta constă de fapt dintr-un muşchi mare
05:24
that takes a good long time to contract,
93
299000
2000
căruia îi ia destul timp ca să se contracte,
05:26
and a latch that prevents anything from moving.
94
301000
3000
şi un zăvor care împiedică orice mişcare.
05:29
So the muscle contracts, and nothing happens.
95
304000
2000
Aşa încât muşchiul se contractă şi nu se întâmplă nimic.
05:31
And once the muscle's contracted completely, everything's stored up --
96
306000
3000
Odată muşchiul complet contractat, totul este înmagazinat -
05:34
the latch flies upward, and you've got the movement.
97
309000
4000
zăvorul zboară în sus, şi iată mişcarea.
05:38
And that's basically what's called a "power amplification system."
98
313000
3000
Iar asta este ceea ce se numeşte "sistem de amplificare a puterii".
05:41
It takes a long time for the muscle to contract,
99
316000
2000
Îi ia mult timp muşchiului să se contracte,
05:43
and a very short time for the limb to fly out.
100
318000
2000
şi un timp foarte scurt membrului ca să zboare în afară.
05:45
And so I thought that this was sort of the end of the story.
101
320000
3000
Şi am crezut că acesta era finalul poveştii.
05:48
This was how mantis shrimps make these very fast strikes.
102
323000
4000
Aşa făceau crevetele-călugăriţe aceste mişcări foarte rapide.
05:52
But then I took a trip to the National Museum of Natural History.
103
327000
4000
Dar apoi am fost la National Museum of Natural History.
05:56
And if any of you ever have a chance,
104
331000
2000
Şi dacă vreunul dintre voi are vreodată şansa,
05:58
backstage of the National Museum of Natural History
105
333000
2000
în spatele National Museum of Natural History
06:00
is one of the world's best collections of preserved mantis shrimp. And what --
106
335000
4000
se află una dintre cele mai bune colecţii de crevete-călugăriţe. Iar ceea ce -
06:04
(Laughter)
107
339000
1000
(Râsete)
06:05
this is serious business for me.
108
340000
2000
asta este o treabă serioasă pentru mine.
06:07
(Laughter)
109
342000
1000
(Râsete)
06:08
So, this -- what I saw, on every single mantis shrimp limb,
110
343000
5000
Ceea ce am văzut pe membrul fiecărei crevete-călugăriţă,
06:13
whether it's a spearer or a smasher,
111
348000
2000
fie că este unul care străpunge, sau unul care zdrobeşte,
06:15
is a beautiful saddle-shaped structure
112
350000
2000
este o superbă structură în formă de şa
06:17
right on the top surface of the limb. And you can see it right here.
113
352000
4000
chiar pe partea de sus a suprafeţei membrului. O puteţi vedea aici.
06:21
It just looks like a saddle you'd put on a horse.
114
356000
2000
Arată ca o şa pe care ai pune-o pe un cal.
06:23
It's a very beautiful structure.
115
358000
2000
Este o structură foarte frumoasă.
06:25
And it's surrounded by membranous areas. And those membranous areas
116
360000
5000
şi este înconjurată de zone membraboase. Iar acele zone membranoase
06:30
suggested to me that maybe this is some kind of dynamically flexible structure.
117
365000
4000
mi-au sugerat că ar putea fi vorba despre un fel de structură flexibilă dinamică.
06:34
And this really sort of had me scratching my head for a while.
118
369000
3000
Şi asta m-a făcut să ma scarpin în cap o vreme.
06:37
And then we did a series of calculations, and what we were able to show
119
372000
4000
Când am făcut o serie de calcule, ceea ce am putut arăta
06:41
is that these mantis shrimp have to have a spring.
120
376000
4000
a fost că aceste crevete-călugăriţe trebuie să aibă un arc.
06:45
There needs to be some kind of spring-loaded mechanism
121
380000
3000
Trebuie să existe un mecanism de armare a arcului
06:48
in order to generate the amount of force that we observe,
122
383000
2000
ca să poată genera gradul de forţă pe care îl observăm,
06:50
and the speed that we observe, and the output of the system.
123
385000
3000
şi viteza pe care o vedem şi puterea sistemului.
06:53
So we thought, OK, this must be a spring --
124
388000
3000
Aşa că ne-am gândit că, da, asta trebuie să fie un arc -
06:56
the saddle could very well be a spring.
125
391000
2000
şaua ar putea foarte bine să fie un arc.
06:58
And we went back to those high-speed videos again,
126
393000
2000
Aşa că ne-am întors la acele filmări la viteză mare,
07:00
and we could actually visualize the saddle compressing and extending.
127
395000
6000
şi am putut să observăm cum şaua se contracta şi se destindea.
07:06
And I'll just do that one more time.
128
401000
3000
Şi am să fac asta încă odată.
07:09
And then if you take a look at the video --
129
404000
2000
Apoi dacă te uiţi la filmare -
07:11
it's a little bit hard to see -- it's outlined in yellow.
130
406000
2000
este un pic dificil de observat - este subliniat cu galben.
07:13
The saddle is outlined in yellow. You can actually see it
131
408000
2000
Şaua este subliniată în galben. Poţi să o vezi
07:15
extending over the course of the strike, and actually hyperextending.
132
410000
4000
cum se deschide pe traseul loviturii chiar într-o supraextensie.
07:19
So, we've had very solid evidence showing
133
414000
2000
Aşa că aveam o dovadă extrem de solidă care arăta că
07:21
that that saddle-shaped structure actually compresses and extends,
134
416000
4000
structura în formă de şa, de fapt se contractă, apoi se extinde,
07:25
and does, in fact, function as a spring.
135
420000
2000
şi funcţionează practic asemenea unui arc.
07:27
The saddle-shaped structure is also known as a "hyperbolic paraboloid surface,"
136
422000
5000
Structura în formă de şa este cunoscută şi sub denumirea de "suprafaţă hiperbolică paraboloidă",
07:32
or an "anticlastic surface."
137
427000
2000
sau o "suprafaţă anticlastică".
07:34
And this is very well known to engineers and architects,
138
429000
2000
Aceasta este bine cunoscută de către ingineri şi arhitecţi,
07:36
because it's a very strong surface in compression.
139
431000
3000
pentru că este o suprafaţă foarte rezistentă la compresie.
07:39
It has curves in two directions,
140
434000
2000
Are curbe în două direcţii,
07:41
one curve upward and opposite transverse curve down the other,
141
436000
3000
una în sus alta opusă, perpendicular în jos spre cealaltă,
07:44
so any kind of perturbation spreads the forces
142
439000
3000
aşa că orice perturbare împrăştie forţele
07:47
over the surface of this type of shape.
143
442000
3000
peste întreaga suprafaţă a acestui tip de formă.
07:50
So it's very well known to engineers, not as well known to biologists.
144
445000
4000
Este un fapt foarte bine ştiut de către ingineri şi nu atât de bine de către noi biologii.
07:54
It's also known to quite a few people who make jewelry,
145
449000
4000
Este de asemenea un fapt cunoscut de către bijutieri,
07:58
because it requires very little material
146
453000
3000
pentru că necesită foarte puţin material
08:01
to build this type of surface, and it's very strong.
147
456000
3000
ca să faci acest tip de suprafaţă, care este deosebit de puternică.
08:04
So if you're going to build a thin gold structure,
148
459000
2000
Deci dacă ai de gând să faci o stuctură subţire de aur,
08:06
it's very nice to have it in a shape that's strong.
149
461000
2000
este bine să o realizezi într-o formă care să fie rezistentă.
08:08
Now, it's also known to architects. One of the most famous architects
150
463000
5000
Este bine cunoscută şi arhitecţilor. Unul dintre cei mai faimoşi arhitecţi
08:13
is Eduardo Catalano, who popularized this structure.
151
468000
3000
este Eduardo Catalano, cel care a popularizat această structură.
08:16
And what's shown here is a saddle-shaped roof that he built
152
471000
3000
Iar ceea ce vedem aici este un acoperiş în formă de şa, pe care el l-a construit
08:19
that's 87 and a half feet spanwise.
153
474000
4000
cu o distanţă de 30 de metri între stâlpi.
08:23
It's two and a half inches thick, and supported at two points.
154
478000
3000
Este gros de 6 cm şi sprijinit în două puncte.
08:26
And one of the reasons why he designed roofs this way is because it's --
155
481000
5000
Iar unul dintre motivele pentru care el proiecta acoperişuri în acest fel este -
08:31
he found it fascinating that you could build such a strong structure
156
486000
4000
el era fascinat de faptul că poate construi o structură atât de rezistentă
08:35
that's made of so few materials and can be supported by so few points.
157
490000
4000
alcătuită din atât de puţin material şi care să fie susţinută în atât de puţine puncte.
08:39
And all of these are the same principles that apply
158
494000
4000
Iar toate acestea sunt aceleaşi principii care se aplică
08:43
to the saddle-shaped spring in stomatopods.
159
498000
2000
arcului în formă de şa al stomatopodelor.
08:45
In biological systems it's important not to have a whole lot
160
500000
3000
În sistemele biologice este important să nu avem o mulţime de
08:48
of extra material requirements for building it.
161
503000
3000
cerinţe excedentare de material de construcţie.
08:51
So, very interesting parallels between the biological
162
506000
3000
Deci, paralele foarte interesante între biologie
08:54
and the engineering worlds. And interestingly, this turns out --
163
509000
4000
şi inginerie. Şi, interesant, se dovedeşte că -
08:58
the stomatopod saddle turns out to be the first
164
513000
2000
şaua stomatopodelor este prima
09:00
described biological hyperbolic paraboloid spring.
165
515000
3000
dintre arcurile hiperbolice paraboloide descrise în biologie.
09:03
That's a bit long, but it is sort of interesting.
166
518000
3000
Asta a fost puţin lung, dar interesant.
09:06
So the next and final question was, well, how much force
167
521000
3000
Deci următoarea întrebare finală, este: câtă forţă
09:09
does a mantis shrimp produce if they're able to break open snails?
168
524000
4000
produce creveta-călugăriţă dacă este capabilă să spargă melci?
09:13
And so I wired up what's called a load cell.
169
528000
2000
Aşa că am legat ceea ce se numeşte o celulă dinamometrică.
09:15
A load cell measures forces, and this is actually
170
530000
2000
O celulă dinamometrică măsoară forţe şi este de fapt
09:17
a piezoelectronic load cell that has a little crystal in it.
171
532000
3000
o celulă piezoelectronică dinamometrică ce are înăuntru un mic cristal.
09:20
And when this crystal is squeezed, the electrical properties change
172
535000
4000
Iar când acel cristal este presat, proprietăţile electrice se schimbă
09:24
and it -- which -- in proportion to the forces that go in.
173
539000
2000
proporţional cu forţele care îl deformează.
09:26
So these animals are wonderfully aggressive,
174
541000
3000
Deci aceste animale sunt minunat de agresive,
09:29
and are really hungry all the time. And so all I had to do
175
544000
3000
şi deosebit de flămânde tot timpul. Aşa că tot ce a trebuit să fac
09:32
was actually put a little shrimp paste on the front of the load cell,
176
547000
3000
a fost să pun puţină pastă de crevete pe suprafaţa unei celule dinamometrice,
09:35
and they'd smash away at it.
177
550000
2000
pe care ei să o lovească.
09:37
And so this is just a regular video of the animal
178
552000
4000
Aceasta este o filmare normală a animalului
09:41
just smashing the heck out of this load cell.
179
556000
3000
care izbeşte de zor celula.
09:44
And we were able to get some force measurements out.
180
559000
3000
Aşa că am putut să scoatem câteva măsurători.
09:47
And again, we were in for a surprise.
181
562000
2000
Şi din nou am fost surprinşi.
09:49
I purchased a 100-pound load cell, thinking,
182
564000
2000
Cumpărasem o celulă care avea ca maxim de măsură 45 de kg, gândindu-mă că
09:51
no animal could produce more than 100 pounds at this size of an animal.
183
566000
4000
nici un animal de această dimensiune nu ar produce o forţă mai mare.
09:55
And what do you know? They immediately overloaded the load cell.
184
570000
2000
Şi ce să vezi? Imediat au suprasolicitat celula.
09:57
So these are actually some old data
185
572000
2000
Acestea sunt de fapt date mai vechi
09:59
where I had to find the smallest animals in the lab,
186
574000
2000
când a trebuit să găsesc cele mai mici animale în laborator,
10:01
and we were able to measure forces of well over 100 pounds
187
576000
3000
şi am putut măsura forţe cu mult peste 45 de kg
10:04
generated by an animal about this big.
188
579000
3000
generate de un animal cam atât de mare.
10:07
And actually, just last week I got a 300-pound load cell
189
582000
2000
Şi de fapt săptămâna trecută am cumpărat o celulă care să măsoare până la 136 kg
10:09
up and running, and I've clocked these animals generating
190
584000
3000
am pus-o în funcţiune şi am cronometrat aceste animale în timp ce generau
10:12
well over 200 pounds of force.
191
587000
2000
peste 200 de kg de forţă.
10:14
And again, I think this will be a world record.
192
589000
3000
Şi din nou cred că acesta va fi un record mondial.
10:17
I have to do a little bit more background reading,
193
592000
2000
Trebuie să ma mai documentez puţin,
10:19
but I think this will be the largest amount of force produced
194
594000
3000
dar cred că asta va fi cea mai mare forţă produsă
10:22
by an animal of a given -- per body mass. So, really incredible forces.
195
597000
5000
de un animal în raport cu greutatea sa. Aşadar, forţe incredibil de mari.
10:27
And again, that brings us back to the importance of that spring
196
602000
3000
Şi asta ne aduce înapoi la importanţa acelui arc
10:30
in storing up and releasing so much energy in this system.
197
605000
4000
în înmagazinarea şi eliberarea unei energii atât de mari în acest sistem.
10:34
But that was not the end of the story.
198
609000
2000
Dar acesta nu a fost finalul poveştii.
10:36
Now, things -- I'm making this sound very easy, this is actually a lot of work.
199
611000
3000
Acuma - şi eu fac să pară că este uşor, dar este mult de lucru.
10:39
And I got all these force measurements,
200
614000
2000
Aveam aceste măsurători ale forţelor,
10:41
and then I went and looked at the force output of the system.
201
616000
4000
apoi m-am dus să văd forţa de output a sistemului.
10:45
And this is just very simple -- time is on the X-axis
202
620000
3000
Iar asta este foarte uşor - timpul pe axa OX
10:48
and the force is on the Y-axis. And you can see two peaks.
203
623000
3000
iar forţa pe axa OY. Puteţi vedea două vârfuri.
10:51
And that was what really got me puzzled.
204
626000
4000
Şi asta m-a pus în încurcătură.
10:55
The first peak, obviously, is the limb hitting the load cell.
205
630000
3000
Primul vârf, evident, este cel al membrului care loveşte celula dinamometrică.
10:58
But there's a really large second peak half a millisecond later,
206
633000
6000
Dar mai este un al doilea vârf ridicat la o jumătate de secundă mai târziu,
11:04
and I didn't know what that was.
207
639000
2000
şi nu ştiam ce reprezintă.
11:06
So now, you'd expect a second peak for other reasons,
208
641000
3000
Aşa că acuma v-aţi aştepta la un al doile vârf din alte motive,
11:09
but not half a millisecond later.
209
644000
2000
dar nu după o jumătate de milidecundă.
11:11
Again, going back to those high-speed videos,
210
646000
2000
Întorcându-ne la acele filmări cu viteză foarte mare,
11:13
there's a pretty good hint of what might be going on.
211
648000
4000
am găsit un indiciu destul de clar despre ceea ce părea că se întâmplă.
11:17
Here's that same orientation that we saw earlier.
212
652000
2000
Aici avem aceeaşi orientare pe care am văzut-o mai devreme.
11:19
There's that raptorial appendage -- there's the heel,
213
654000
3000
Aici este apendicele de apucat - aici este călcâiul,
11:22
and it's going to swing around and hit the load cell.
214
657000
3000
şi acesta se va balansa şi va lovi celula dinamometrică.
11:25
And what I'd like you to do in this shot is keep your eye on this,
215
660000
3000
Şi vreau ca să fiţi cu ochii pe asta,
11:28
on the surface of the load cell, as the limb comes flying through.
216
663000
5000
pe suprafaţa celulei dinamometrice, în timp ce membrul zboară spre ea.
11:33
And I hope what you are able to see is actually a flash of light.
217
668000
5000
Şi sper că puteţi vedea că de fapt este un flash luminos.
11:38
Audience: Wow.
218
673000
2000
Auditoriul : Ooo.
11:40
Sheila Patek: And so if we just take that one frame, what you can actually see there
219
675000
4000
Sheila Patek: Şi astfel dacă luăm doar acest cadru, ceea ce puteţi vedea acolo
11:44
at the end of that yellow arrow is a vapor bubble.
220
679000
3000
la capătul săgeţii galbene este o bulă de vapori.
11:47
And what that is, is cavitation.
221
682000
2000
Şi ea reprezintă o cavitaţie.
11:49
And cavitation is an extremely potent fluid dynamic phenomenon
222
684000
4000
Iar cavitaţia este un fenomen extrem de potent în dinamica fluidelor
11:53
which occurs when you have areas of water
223
688000
3000
care survine atunci când ai suprafeţe de apă
11:56
moving at extremely different speeds.
224
691000
2000
care se mişcă la viteze diferite.
11:58
And when this happens, it can cause areas of very low pressure,
225
693000
4000
Şi când se întâmplă asta, pot apărea zone de presiune foarte scăzută,
12:02
which results in the water literally vaporizing.
226
697000
3000
care fac ca apa să se evapore literalmente.
12:05
And when that vapor bubble collapses, it emits sound, light and heat,
227
700000
4000
Iar când bula de vapori se dezumflă, emite sunete, lumină şi căldură,
12:09
and it's a very destructive process.
228
704000
2000
şi este un proces foarte distructiv.
12:11
And so here it is in the stomatopod. And again, this is a situation
229
706000
5000
Şi iată că se petrece aici în cazul stomatopodei. Şi din nou asta este o situaţie
12:16
where engineers are very familiar with this phenomenon,
230
711000
3000
în care inginerii sunt foarte familiarizaţi cu acest fenomen,
12:19
because it destroys boat propellers.
231
714000
2000
pentru că distruge elicele bărcilor.
12:21
People have been struggling for years to try and design
232
716000
3000
Oamenii s-au chinuit ani de zile să încerce să proiecteze
12:24
a very fast rotating boat propeller that doesn't cavitate
233
719000
4000
o elice foarte rapidă care să nu genereze cavitaţie
12:28
and literally wear away the metal and put holes in it,
234
723000
2000
şi care să nu uzeze metalul atât încât să-l găurească,
12:30
just like these pictures show.
235
725000
2000
aşa cum se vede în aceste fotografii.
12:32
So this is a potent force in fluid systems, and just to sort of take it one step further,
236
727000
9000
Deci aceasta este o forţă cu putere mare în mediile fluide, şi ca să mergem un pas mai departe,
12:41
I'm going to show you the mantis shrimp approaching the snail.
237
736000
3000
am să vă arăt creveta-călugăriţă cum se apropie de melc.
12:44
This is taken at 20,000 frames per second, and I have to give
238
739000
4000
Filmarea este făcută la 20.000 de cadre pe secundă, şi creditul aparţine
12:48
full credit to the BBC cameraman, Tim Green, for setting this shot up,
239
743000
4000
în totalitate cameramanului BBC, Tim Green, pentru pregătirea acestei filmări,
12:52
because I could never have done this in a million years --
240
747000
3000
pentru că eu nu aş fi fost în stare să fac asta nici într-un milion de ani -
12:55
one of the benefits of working with professional cameramen.
241
750000
3000
şi asta este unul dintre avantajele de a lucra cu cameramani profesionişti.
12:58
You can see it coming in, and an incredible flash of light,
242
753000
4000
Îl puteţi vedea cum se apropie, apoi un incredibil flash luminos,
13:02
and all this cavitation spreading over the surface of the snail.
243
757000
4000
şi această cavitaţie cum se împrăştie pe suprafaţa melcului.
13:06
So really, just an amazing image,
244
761000
3000
Deci chiar este o imagine uimitoare,
13:09
slowed down extremely, to extremely slow speeds.
245
764000
4000
încetinită la extrem, la viteze extrem de mici.
13:13
And again, we can see it in slightly different form there,
246
768000
3000
Şi aici o putem vedea din nou, într-o formă uşor diferită,
13:16
with the bubble forming and collapsing between those two surfaces.
247
771000
4000
cu bulele cum se formează şi cum se prăbuşesc între cele două suprafeţe.
13:20
In fact, you might have even seen some cavitation going up the edge of the limb.
248
775000
5000
De fapt puteţi vedea cavitaţia formându-se şi în sus spre vârful membrului.
13:25
So to solve this quandary of the two force peaks:
249
780000
3000
Ca să rezolvăm această dilemă cu cele două vârfuri de forţă:
13:28
what I think was going on is: that first impact is actually
250
783000
2000
ceea ce cred eu că se întâmplă: primul impact reprezintă de fapt
13:30
the limb hitting the load cell, and the second impact is actually
251
785000
3000
membrul care loveşte celula, iar al doilea este dat
13:33
the collapse of the cavitation bubble.
252
788000
2000
de prăbuşirea bulei de cavitaţie.
13:35
And these animals may very well be making use of
253
790000
3000
Iar aceste animale se folosesc foarte bine
13:38
not only the force and the energy stored with that specialized spring,
254
793000
4000
nu doar de forţa şi de energia stocate prin acel arc special,
13:42
but the extremes of the fluid dynamics. And they might actually be
255
797000
4000
dar şi de extremele dinamicii fluidelor. Şi ei se pot folosi
13:46
making use of fluid dynamics as a second force for breaking the snail.
256
801000
4000
de dinamica fluidelor ca o forţă ajutătoare pentru a sparge melcul.
13:50
So, really fascinating double whammy, so to speak, from these animals.
257
805000
6000
Un fascinant dublu ghinion, ca să spun aşa, din partea acestor animale.
13:56
So, one question I often get after this talk --
258
811000
2000
De obicei o întrebare pe care o primesc după această prezentare -
13:58
so I figured I'd answer it now -- is, well, what happens to the animal?
259
813000
3000
mă gândesc să răspund la ea acuma - este: ce se întâmplă cu animalul?
14:01
Because obviously, if it's breaking snails,
260
816000
3000
Pentru că, evident că dacă sparge melci,
14:04
the poor limb must be disintegrating. And indeed it does.
261
819000
3000
săracul membru ar trebui să se dezintegreze. Chiar aşa se şi întâmplă.
14:07
That's the smashing part of the heel on both these images,
262
822000
3000
Aceasta este partea călcâiului cu care loveşte, în ambele imagini,
14:10
and it gets worn away. In fact, I've seen them wear away
263
825000
2000
şi ea se uzează. De fapt, le-am văzut uzându-şi
14:12
their heel all the way to the flesh.
264
827000
2000
călcâiul până la carne.
14:14
But one of the convenient things about being an arthropod
265
829000
3000
Dar unul dintre lucrurile convenabile atunci când eşti artropod
14:17
is that you have to molt. And every three months or so
266
832000
3000
este acela că trebuie să năpârleşti. Şi la fiecare trei luni sau pe-acolo
14:20
these animals molt, and they build a new limb and it's no problem.
267
835000
5000
aceste animale năpârlesc şi îşi formează un nou membru aşa că nu este nici o problemă.
14:25
Very, very convenient solution to that particular problem.
268
840000
4000
O soluţie extrem de convenabilă la acestă problemă.
14:29
So, I'd like to end on sort of a wacky note.
269
844000
5000
Vreau să închei într-o notă excentrică.
14:34
(Laughter)
270
849000
3000
(Răsete)
14:37
Maybe this is all wacky to folks like you, I don't know.
271
852000
4000
Poate că totul este excentric aici pentru oameni ca voi, nu ştiu.
14:41
(Laughter)
272
856000
1000
(Râsete)
14:42
So, the saddles -- that saddle-shaped spring --
273
857000
3000
Şeile - acele arcuri în formă de şa -
14:45
has actually been well known to biologists for a long time,
274
860000
4000
sunt cunoscute de foarte multă vreme de către biologi,
14:49
not as a spring but as a visual signal.
275
864000
4000
nu ca un arc, ci ca semnal vizual.
14:53
And there's actually a spectacular colored dot
276
868000
2000
Există acolo un punct spectaculos colorat,
14:55
in the center of the saddles of many species of stomatopods.
277
870000
6000
chiar în centrul şeilor multor specii de stomatopode.
15:01
And this is quite interesting, to find evolutionary origins
278
876000
3000
Şi este destul de interesant să descoperi originile evoluţiei
15:04
of visual signals on what's really, in all species, their spring.
279
879000
6000
semnalelor vizuale pe ceea ce de fapt este, la toate speciile, arcul lor.
15:10
And I think one explanation for this could be
280
885000
2000
Cred că o explicaţie pentru asta ar putea fi
15:12
going back to the molting phenomenon.
281
887000
2000
găsită în fenomenul de năpârlire.
15:14
So these animals go into a molting period where they're
282
889000
3000
Aceste animale intră în perioada de năpârlire în care ele
15:17
unable to strike -- their bodies become very soft.
283
892000
3000
nu sunt capabile să lovească - corpurile lor devin foarte moi.
15:20
And they're literally unable to strike or they will self-destruct.
284
895000
3000
Şi efectiv nu pot să lovească fără să se autodistrugă.
15:23
This is for real. And what they do is, up until that time period
285
898000
7000
Asta este adevărat. Ceea ce fac ele pe perioada
15:30
when they can't strike, they become really obnoxious and awful,
286
905000
3000
în care nu pot lovi, este că devin deosebit de rele şi de îngrozitoare,
15:33
and they strike everything in sight; it doesn't matter who or what.
287
908000
4000
şi lovesc tot ce le iese în cale; nu contează ce sau pe cine.
15:37
And the second they get into that time point when they can't strike any more,
288
912000
4000
Şi în clipa în care ajung la momentul în care nu mai pot lovi,
15:41
they just signal. They wave their legs around.
289
916000
3000
se rezumă să semnalizeze. Îşi leagănă picioarele.
15:44
And it's one of the classic examples in animal behavior of bluffing.
290
919000
4000
Şi este un exemplu clasic de bluf în comportamentul animal.
15:48
It's a well-established fact of these animals
291
923000
2000
Este un fapt bine stabilit că aceste animale
15:50
that they actually bluff. They can't actually strike, but they pretend to.
292
925000
4000
blufează. Nu pot lovi, dar se prefac că pot.
15:54
And so I'm very curious about whether those colored dots
293
929000
2000
Aşa că eu sunt foarte curioasă dacă acele puncte colorate
15:56
in the center of the saddles are conveying some kind of information
294
931000
4000
din centrul şeilor lor nu cumva transmit un fel de informaţie
16:00
about their ability to strike, or their strike force,
295
935000
3000
despre capacitatea lor de a lovi, sau despre forţa loviturii lor,
16:03
and something about the time period in the molting cycle.
296
938000
3000
şi ceva despre perioada din ciclul de năpârlire.
16:06
So sort of an interesting strange fact to find a visual structure
297
941000
5000
Este un fapt destul de ciudat să găseşti o structură vizuală
16:11
right in the middle of their spring.
298
946000
3000
chiar în mijlocul arcului lor.
16:14
So to conclude, I mostly want to acknowledge my two collaborators,
299
949000
5000
Ca să concluzionez, vreau să recunosc meritele celor doi colaboratori ai mei,
16:19
Wyatt Korff and Roy Caldwell, who worked closely with me on this.
300
954000
3000
Wyat Korff şi Roy Caldwell, care au lucrat îndeaproape cu mine la acestea.
16:22
And also the Miller Institute for Basic Research in Science,
301
957000
3000
Şi deasemenea lui 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
care m-au sponsorizat vreme de trei ani, doar ca să fac cercetări tot timpul,
16:29
and for that I'm very grateful. Thank you very much.
303
964000
3000
iar pentru asta le sunt recunoscătoare. Vă mulţumesc foarte mult.
16:32
(Applause)
304
967000
1000
(Aplauze)
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