Sheila Patek: Measuring the fastest animal on earth

シーラ・パテク: 痛快なエビの一撃

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2007-05-17 ・ TED


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Sheila Patek: Measuring the fastest animal on earth

シーラ・パテク: 痛快なエビの一撃

138,793 views ・ 2007-05-17

TED


下の英語字幕をダブルクリックすると動画を再生できます。

翻訳: Makoto Ikeo 校正: Tomoko Tanaka
00:25
If you'd like to learn how to play the lobster, we have some here.
0
25000
3000
ロブスターの扱い方を知りたければ
00:28
And that's not a joke, we really do.
1
28000
2000
ここにありますよ 本当です
00:30
So come up afterwards and I'll show you how to play a lobster.
2
30000
3000
後で来ていただければ 扱い方を教えてあげます
00:33
So, actually, I started working on what's called the mantis shrimp
3
33000
4000
本当は 私は数年前から 音を発する
00:37
a few years ago because they make sound.
4
37000
3000
シャコについて 研究を始めています
00:40
This is a recording I made of a mantis shrimp
5
40000
2000
これがカリフォルニア沖に生息する
00:42
that's found off the coast of California.
6
42000
2000
シャコの発する音の録音です
00:55
And while that's an absolutely fascinating sound,
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55000
3000
まったくもって素晴らしい 音なのですが
00:58
it actually turns out to be a very difficult project.
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58000
3000
この研究は難しいプロジェクトになりました
01:01
And while I was struggling to figure out how and why mantis shrimp,
9
61000
5000
そして シャコ もしくは口脚目が 音を出すメカニズムと理由の解明に
01:06
or stomatopods, make sound, I started to think about their appendages.
10
66000
4000
苦しんでいる時に ふと彼らの脚に関して考えました
01:10
And mantis shrimp are called "mantis shrimp" after the praying mantises,
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70000
3000
このシャコはカマキリのように 捕食のための
01:13
which also have a fast feeding appendage. And I started to think,
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73000
4000
素早い手足を持つため「カマキリエビ」 と呼ばれています
01:17
well, maybe it will be interesting, while listening to their sounds,
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77000
3000
音の研究のついでに この素早い捕食攻撃を
01:20
to figure out how these animals generate very fast feeding strikes.
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80000
3000
どのように繰り出しているのか 探りたくなりました
01:23
And so today I'll talk about the extreme stomatopod strike,
15
83000
4000
そこで今日はシャコが繰り出す 強烈な一撃について話します
01:27
work that I've done in collaboration with Wyatt Korff and Roy Caldwell.
16
87000
3000
これはワイアット・コーフと ロイ・コールドウェルとの共同研究です
01:30
So, mantis shrimp come in two varieties:
17
90000
3000
さて シャコには二つのタイプがあります 槍型と粉砕型です
01:33
there are spearers and smashers.
18
93000
2000
さて シャコには二つのタイプがあります 槍型と粉砕型です
01:35
And this is a spearing mantis shrimp, or stomatopod.
19
95000
3000
そしてこれが槍型の シャコ(口脚目)です
01:38
And he lives in the sand, and he catches things that go by overhead.
20
98000
5000
彼らは砂の中に住み 上を通る獲物を捕食します
01:43
So, a quick strike like that. And if we slow it down a bit,
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103000
5000
このような素早い一撃で そしてスローで再生してみましょう
01:48
this is the mantis shrimp -- the same species --
22
108000
2000
これは同じ種類のシャコです
01:50
recorded at 1,000 frames a second,
23
110000
2000
1秒1000フレームで撮影して
01:52
played back at 15 frames per second.
24
112000
2000
1秒15フレームで再生しています
01:54
And you can see it's just a really spectacular extension of the limbs,
25
114000
6000
見て頂ければわかりますように 素晴らしい脚の伸びですよね
02:00
exploding upward to actually just catch
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120000
3000
私の用意した 餌用のエビを 捕まえるために
02:03
a dead piece of shrimp that I had offered it.
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123000
2000
上に向かって爆発してるようです
02:05
Now, the other type of mantis shrimp is the smasher stomatopod,
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125000
5000
シャコのもう一つのタイプは 粉砕型口脚目ですが
02:10
and these guys open up snails for a living.
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130000
3000
彼らは貝類の殻を壊して 食べています
02:13
And so this guy gets the snail all set up and gives it a good whack.
30
133000
5000
このように貝を設置して 強烈なパンチをお見舞いします
02:18
(Laughter)
31
138000
1000
(笑)
02:19
So, I'll play it one more time.
32
139000
2000
もう1度再生します
02:21
He wiggles it in place, tugs it with his nose, and smash.
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141000
4000
貝を揺り動かして移動し 鼻を使って少し引いて 叩きます
02:25
And a few smashes later, the snail is broken open, and he's got a good dinner.
34
145000
7000
数回のパンチで 殻は砕け 彼はご馳走にありつけました
02:32
So, the smasher raptorial appendage can stab with a point at the end,
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152000
4000
この粉砕型の捕脚は 先端を使って刺すこともできれば
02:36
or it can smash with the heel.
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156000
2000
踵で叩くこともできます
02:38
And today I'll talk about the smashing type of strike.
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158000
3000
今日はこの叩く攻撃について話します
02:41
And so the first question that came to mind was,
38
161000
2000
私の頭をよぎった最初の疑問は この足の動くスピードです
02:43
well, how fast does this limb move?
39
163000
3000
私の頭をよぎった最初の疑問は この足の動くスピードです
02:46
Because it's moving pretty darn fast on that video.
40
166000
3000
ビデオで見る限り ものすごい速さです
02:49
And I immediately came upon a problem.
41
169000
3000
私はすぐに一つの壁に ぶち当たりました
02:52
Every single high-speed video system in the biology department
42
172000
3000
バークレーの生物学科が持つ ハイスピード用の
02:55
at Berkeley wasn't fast enough to catch this movement.
43
175000
4000
ビデオカメラは この動きを捉えるには遅すぎたのです
02:59
We simply couldn't capture it on video.
44
179000
2000
単純に撮れませんでした
03:01
And so this had me stymied for quite a long period of time.
45
181000
3000
これにより しばらく 困った状態に陥ってましたが
03:04
And then a BBC crew came cruising through the biology department,
46
184000
3000
ある日 BBCの方が 生物学における
03:07
looking for a story to do about new technologies in biology.
47
187000
5000
新技術の話を求めて うちの生物学科にやってきました
03:12
And so we struck up a deal.
48
192000
2000
そこで一つ取引を持ちかけました
03:14
I said, "Well, if you guys rent the high-speed video system
49
194000
2000
「この動きを捉えきれるような
03:16
that could capture these movements,
50
196000
2000
ハイスピードビデオカメラを
03:18
you guys can film us collecting the data."
51
198000
3000
貸していただければ 研究を撮ってもいい」と
03:21
And believe it or not, they went for it. (Laughter)
52
201000
2000
なんと 成立しました (笑)
03:23
So we got this incredible video system. It's very new technology --
53
203000
4000
なので 私たちは素晴らしい ビデオシステム なんと1年前に
03:27
it just came out about a year ago --
54
207000
2000
出たばかりの最新技術を手に入れ
03:29
that allows you to film at extremely high speeds in low light.
55
209000
5000
ものすごく速い動きを 光の少ない中でも撮れるようになりました
03:34
And low light is a critical issue with filming animals,
56
214000
2000
少ない光は動物を撮る上で重要です
03:36
because if it's too high, you fry them. (Laughter)
57
216000
3000
強すぎると焼いてしまいますからね (笑)
03:39
So this is a mantis shrimp. There are the eyes up here,
58
219000
5000
さて これがシャコになります ここに目があり そして
03:44
and there's that raptorial appendage, and there's the heel.
59
224000
3000
ここに捕脚があり これが踵です
03:47
And that thing's going to swing around and smash the snail.
60
227000
3000
この踵を振って 貝に打撃を与えます
03:50
And the snail's wired to a stick,
61
230000
1000
撮影しやすくするために 貝は棒に縛り上げています そして
03:51
so he's a little bit easier to set up the shot. And -- yeah.
62
231000
4000
撮影しやすくするために 貝は棒に縛り上げています そして
03:55
(Laughter)
63
235000
2000
(笑)
03:57
I hope there aren't any snail rights activists around here.
64
237000
3000
ここに貝の愛護団体が いないといいのですが…
04:00
(Laughter)
65
240000
2000
(笑)
04:02
So this was filmed at 5,000 frames per second,
66
242000
5000
さて この映像は毎秒 5,000フレームで撮影しました
04:07
and I'm playing it back at 15. And so this is slowed down 333 times.
67
247000
5000
そして毎秒15フレームで再生しています なので333倍遅くしています
04:12
And as you'll notice, it's still pretty gosh darn fast
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252000
3000
見たらわかりますが それでもかなり速いです
04:15
slowed down 333 times. It's an incredibly powerful movement.
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255000
4000
333倍遅くしているんですよ すごく力強い動きですよね
04:19
The whole limb extends out. The body flexes backwards --
70
259000
3000
脚は伸びきって 体がのけ反っています
04:22
just a spectacular movement.
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262000
3000
ただただ素晴らしい動きです
04:25
And so what we did is, we took a look at these videos,
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265000
2000
そして私たちはこのビデオから
04:27
and we measured how fast the limb was moving
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267000
2000
最初の疑問を解明するために
04:29
to get back to that original question.
74
269000
2000
脚が動く速さを測定しました
04:31
And we were in for our first surprise.
75
271000
3000
そして最初の驚きに出会いました
04:34
So what we calculated was that the limbs were moving
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274000
3000
私たちの計算では この脚の動きの最高速度は
04:37
at the peak speed ranging from 10 meters per second
77
277000
2000
毎秒10メートルから なんと
04:39
all the way up to 23 meters per second.
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279000
2000
23メートルだったのです
04:41
And for those of you who prefer miles per hour,
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281000
2000
もし時速で言った方がよければ
04:43
that's over 45 miles per hour in water. And this is really darn fast.
80
283000
5000
水の中で時速72キロになります ものすごく速いですよね
04:48
In fact, it's so fast we were able to add a new point
81
288000
4000
実は あまりにも速いために 動物の動きのスペクトラムに
04:52
on the extreme animal movement spectrum.
82
292000
3000
新しい点を追加することになりました
04:55
And mantis shrimp are officially the fastest measured feeding strike
83
295000
3000
そしてシャコは公式に 全動物中 最も速い
04:58
of any animal system. So our first surprise.
84
298000
4000
捕食攻撃を持つことになったのです ビックリでした
05:02
(Applause)
85
302000
1000
(拍手)
05:03
So that was really cool and very unexpected.
86
303000
3000
これはすごく面白くて 意外な発見でした
05:06
So, you might be wondering, well, how do they do it?
87
306000
3000
では どうしたら こんな事が出来るのか?
05:09
And actually, this work was done in the 1960s
88
309000
3000
実は 1960年代に有名な生物学者 マルコム・バローズが研究をしていました
05:12
by a famous biologist named Malcolm Burrows.
89
312000
2000
実は 1960年代に有名な生物学者 マルコム・バローズが研究をしていました
05:14
And what he showed in mantis shrimp is that they use
90
314000
3000
それによれば シャコは 「歯止め機構」もしくは
05:17
what's called a "catch mechanism," or "click mechanism."
91
317000
3000
「クリック止め」と呼ばれるものを 使っています
05:20
And what this basically consists of is a large muscle
92
320000
4000
これは基本的に 収縮に 長時間かかる大きな筋肉と
05:24
that takes a good long time to contract,
93
324000
2000
それに伴うどのような動きも防ぐ ラッチから成り立っています
05:26
and a latch that prevents anything from moving.
94
326000
3000
それに伴うどのような動きも防ぐ ラッチから成り立っています
05:29
So the muscle contracts, and nothing happens.
95
329000
2000
筋肉は収縮しますが何も起きません
05:31
And once the muscle's contracted completely, everything's stored up --
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331000
3000
そして筋肉が収縮しきったら 力が溜まって
05:34
the latch flies upward, and you've got the movement.
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334000
4000
ラッチが上に外れ 捕食攻撃の動作になります
05:38
And that's basically what's called a "power amplification system."
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338000
3000
これが「パワー増幅システム」 と呼ばれるものです
05:41
It takes a long time for the muscle to contract,
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2000
筋肉の収縮には長時間かかり
05:43
and a very short time for the limb to fly out.
100
343000
2000
短時間で脚が伸び切ります
05:45
And so I thought that this was sort of the end of the story.
101
345000
3000
これで説明はついたかと思いました
05:48
This was how mantis shrimps make these very fast strikes.
102
348000
4000
これがシャコがとても速い攻撃 を繰り出す方法だと
05:52
But then I took a trip to the National Museum of Natural History.
103
352000
4000
しかし 私が国立自然史博物館を 訪れた時
05:56
And if any of you ever have a chance,
104
356000
2000
ちなみに もし行くことがあれば
05:58
backstage of the National Museum of Natural History
105
358000
2000
この博物館の裏側には
06:00
is one of the world's best collections of preserved mantis shrimp. And what --
106
360000
4000
世界一のシャコの標本の コレクションがあります そして--
06:04
(Laughter)
107
364000
1000
(笑)
06:05
this is serious business for me.
108
365000
2000
ちゃんとした仕事なんですよ 私には
06:07
(Laughter)
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367000
1000
(笑)
06:08
So, this -- what I saw, on every single mantis shrimp limb,
110
368000
5000
そこで私が見つけたのは 槍型 粉砕型に関わらず
06:13
whether it's a spearer or a smasher,
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373000
2000
全てのシャコの脚の
06:15
is a beautiful saddle-shaped structure
112
375000
2000
上部に存在する 美しい
06:17
right on the top surface of the limb. And you can see it right here.
113
377000
4000
鞍の様な構造です ここの部分のことです
06:21
It just looks like a saddle you'd put on a horse.
114
381000
2000
馬につける鞍にそっくりです
06:23
It's a very beautiful structure.
115
383000
2000
非常に美しい構造です
06:25
And it's surrounded by membranous areas. And those membranous areas
116
385000
5000
そしてこの構造は膜質の部分に 囲まれています ということは
06:30
suggested to me that maybe this is some kind of dynamically flexible structure.
117
390000
4000
この鞍の様な構造は 動的で 柔軟なものだと私は考えました
06:34
And this really sort of had me scratching my head for a while.
118
394000
3000
この発見はしばらく私の 頭を悩ませました
06:37
And then we did a series of calculations, and what we were able to show
119
397000
4000
その後 一連の計算を行って 我々が示せたのは
06:41
is that these mantis shrimp have to have a spring.
120
401000
4000
シャコ達にはバネのような ものが必要だということです
06:45
There needs to be some kind of spring-loaded mechanism
121
405000
3000
私たちが観察した程の 力を スピードを
06:48
in order to generate the amount of force that we observe,
122
408000
2000
システム全体のアウトプットを
06:50
and the speed that we observe, and the output of the system.
123
410000
3000
生み出すには バネに力をためる必要があります
06:53
So we thought, OK, this must be a spring --
124
413000
3000
そこで私たちは これがバネだと 考えました
06:56
the saddle could very well be a spring.
125
416000
2000
鞍はバネになりえると
06:58
And we went back to those high-speed videos again,
126
418000
2000
ハイスピードビデオに戻ると
07:00
and we could actually visualize the saddle compressing and extending.
127
420000
6000
実際にこの鞍が縮み その後 伸びているのが見えました
07:06
And I'll just do that one more time.
128
426000
3000
もう1回お見せします
07:09
And then if you take a look at the video --
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429000
2000
そしてビデオをみて頂くと
07:11
it's a little bit hard to see -- it's outlined in yellow.
130
431000
2000
少し見づらいです 黄色の部分が鞍で 実際に攻撃の最中
07:13
The saddle is outlined in yellow. You can actually see it
131
433000
2000
少し見づらいです 黄色の部分が鞍で 実際に攻撃の最中
07:15
extending over the course of the strike, and actually hyperextending.
132
435000
4000
この鞍が伸びる それも過度に伸びるのが見えます
07:19
So, we've had very solid evidence showing
133
439000
2000
なので 私たちはこの鞍の様な
07:21
that that saddle-shaped structure actually compresses and extends,
134
441000
4000
構造が実際に伸縮しているという 確固たる証拠を手に入れました
07:25
and does, in fact, function as a spring.
135
445000
2000
そして実際にバネのように働きます
07:27
The saddle-shaped structure is also known as a "hyperbolic paraboloid surface,"
136
447000
5000
鞍のような形は 「双曲的放物面」 もしくは「鞍型曲面」
07:32
or an "anticlastic surface."
137
452000
2000
としても知られています
07:34
And this is very well known to engineers and architects,
138
454000
2000
建築家や技術者は この面が
07:36
because it's a very strong surface in compression.
139
456000
3000
収縮に対し非常に強い面だと 知っています
07:39
It has curves in two directions,
140
459000
2000
これには2方向に走る曲線
07:41
one curve upward and opposite transverse curve down the other,
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461000
3000
上に曲がる線と それを横切る 下に曲がる線があります
07:44
so any kind of perturbation spreads the forces
142
464000
3000
それにより この様な構造では
07:47
over the surface of this type of shape.
143
467000
3000
如何なる摂動も 面上で分散されます
07:50
So it's very well known to engineers, not as well known to biologists.
144
470000
4000
なので技術者はよく知っていて 生物学者はそうでもないのですが
07:54
It's also known to quite a few people who make jewelry,
145
474000
4000
実は宝飾品を作る一部の人々にも 少ない材料で作れて
07:58
because it requires very little material
146
478000
3000
強いものが出来あがる
08:01
to build this type of surface, and it's very strong.
147
481000
3000
構造として知られています
08:04
So if you're going to build a thin gold structure,
148
484000
2000
薄い金の構造を作る時 形は
08:06
it's very nice to have it in a shape that's strong.
149
486000
2000
強いものにしておきたいですよね
08:08
Now, it's also known to architects. One of the most famous architects
150
488000
5000
また 建築家もよく知っています 非常に有名な建築家
08:13
is Eduardo Catalano, who popularized this structure.
151
493000
3000
エドワード・カタラノが この構造を有名にしました
08:16
And what's shown here is a saddle-shaped roof that he built
152
496000
3000
これは彼が建築した鞍型の屋根で
08:19
that's 87 and a half feet spanwise.
153
499000
4000
87.5フィートの長さで (26.7 メートル)
08:23
It's two and a half inches thick, and supported at two points.
154
503000
3000
厚さ2.5インチ(6.4 cm) 支えは2点だけです
08:26
And one of the reasons why he designed roofs this way is because it's --
155
506000
5000
そして彼がこのように 屋根を設計したのは 彼が
08:31
he found it fascinating that you could build such a strong structure
156
511000
4000
この様な強い構造を 少ない材料と少ない支えで
08:35
that's made of so few materials and can be supported by so few points.
157
515000
4000
作成できることに魅了されたからです
08:39
And all of these are the same principles that apply
158
519000
4000
この様な基本的な原理は シャコの鞍型バネにも当てはまります
08:43
to the saddle-shaped spring in stomatopods.
159
523000
2000
この様な基本的な原理は シャコの鞍型バネにも当てはまります
08:45
In biological systems it's important not to have a whole lot
160
525000
3000
生物学的なシステムを 組み上げる時に
08:48
of extra material requirements for building it.
161
528000
3000
無駄な材料を最低限に 抑えることは重要です
08:51
So, very interesting parallels between the biological
162
531000
3000
これは非常に興味深い 生物学と
08:54
and the engineering worlds. And interestingly, this turns out --
163
534000
4000
エンジニアリングとの間の類似でした さらに興味深いことに
08:58
the stomatopod saddle turns out to be the first
164
538000
2000
シャコの鞍は最初に解明された
09:00
described biological hyperbolic paraboloid spring.
165
540000
3000
生物学的双曲的放物面の バネとなりました
09:03
That's a bit long, but it is sort of interesting.
166
543000
3000
少し長いフレーズですが 面白いですよね
09:06
So the next and final question was, well, how much force
167
546000
3000
次の そして最後の質問は シャコが
09:09
does a mantis shrimp produce if they're able to break open snails?
168
549000
4000
貝を壊し 開けるために どれくらいの力を出しているかです
09:13
And so I wired up what's called a load cell.
169
553000
2000
そこで私はロードセルという
09:15
A load cell measures forces, and this is actually
170
555000
2000
小さな圧電素子である結晶の
09:17
a piezoelectronic load cell that has a little crystal in it.
171
557000
3000
入った計測装置を括り付けました
09:20
And when this crystal is squeezed, the electrical properties change
172
560000
4000
この結晶が押しつぶされると 加えられた力に比例して
09:24
and it -- which -- in proportion to the forces that go in.
173
564000
2000
電気的な特性が変化します
09:26
So these animals are wonderfully aggressive,
174
566000
3000
この動物は素晴らしく攻撃的で
09:29
and are really hungry all the time. And so all I had to do
175
569000
3000
いつもお腹を空かせているので
09:32
was actually put a little shrimp paste on the front of the load cell,
176
572000
3000
エビのペーストを少し ロードセルの前に置けば
09:35
and they'd smash away at it.
177
575000
2000
それを叩いてくれます
09:37
And so this is just a regular video of the animal
178
577000
4000
そしてこれが この動物が ロードセルを
09:41
just smashing the heck out of this load cell.
179
581000
3000
力いっぱい叩いている映像です
09:44
And we were able to get some force measurements out.
180
584000
3000
これで力の計測値を得ることが出来ました
09:47
And again, we were in for a surprise.
181
587000
2000
またまた驚きがありました
09:49
I purchased a 100-pound load cell, thinking,
182
589000
2000
私たちはこの大きさの動物だと
09:51
no animal could produce more than 100 pounds at this size of an animal.
183
591000
4000
100ポンド(45.4 kg)の力は出せないと思い 100ポンド用ロードセルを買いました
09:55
And what do you know? They immediately overloaded the load cell.
184
595000
2000
すぐに計測範囲外になりました
09:57
So these are actually some old data
185
597000
2000
これは私が1番小さい固体を
09:59
where I had to find the smallest animals in the lab,
186
599000
2000
探して取った古いデータで
10:01
and we were able to measure forces of well over 100 pounds
187
601000
3000
それでも100ポンド以上の力を 計測しました
10:04
generated by an animal about this big.
188
604000
3000
このぐらいの大きさの動物がです
10:07
And actually, just last week I got a 300-pound load cell
189
607000
2000
実際 つい先週 300ポンド用
10:09
up and running, and I've clocked these animals generating
190
609000
3000
ロードセルを手に入れた所 200ポンド以上の力が
10:12
well over 200 pounds of force.
191
612000
2000
測定されました
10:14
And again, I think this will be a world record.
192
614000
3000
これも 世界記録になると思います
10:17
I have to do a little bit more background reading,
193
617000
2000
もう少し調査しなければいけませんが
10:19
but I think this will be the largest amount of force produced
194
619000
3000
私はこれが動物が生み出す最も大きな
10:22
by an animal of a given -- per body mass. So, really incredible forces.
195
622000
5000
単位重量あたりの力になると思います ものすごい力です
10:27
And again, that brings us back to the importance of that spring
196
627000
3000
これでまた 力をため たくさんのエネルギーを
10:30
in storing up and releasing so much energy in this system.
197
630000
4000
放出することを可能にする 先ほどのバネが重要だと分かります
10:34
But that was not the end of the story.
198
634000
2000
しかし 話はここで終わりません
10:36
Now, things -- I'm making this sound very easy, this is actually a lot of work.
199
636000
3000
これらの研究は 簡単に話してますが すごい仕事量です
10:39
And I got all these force measurements,
200
639000
2000
これらの研究は 簡単に話してますが すごい仕事量です
10:41
and then I went and looked at the force output of the system.
201
641000
4000
そしてすべての計測値からシステムに かかる力を見た時
10:45
And this is just very simple -- time is on the X-axis
202
645000
3000
これは単純に時間が横軸に
10:48
and the force is on the Y-axis. And you can see two peaks.
203
648000
3000
力が縦軸にあるグラフで 二つのピークがあります
10:51
And that was what really got me puzzled.
204
651000
4000
これは私を本当に悩ませました
10:55
The first peak, obviously, is the limb hitting the load cell.
205
655000
3000
最初のピークはもちろん 脚がセルを
10:58
But there's a really large second peak half a millisecond later,
206
658000
6000
叩いた時に出てきます その0.5ミリ秒後に 大きなピークがあり
11:04
and I didn't know what that was.
207
664000
2000
何だか見当もつきませんでした
11:06
So now, you'd expect a second peak for other reasons,
208
666000
3000
二つ目のピークが出る理由は いくつか考えられますが
11:09
but not half a millisecond later.
209
669000
2000
0.5ミリ秒後にはありえません
11:11
Again, going back to those high-speed videos,
210
671000
2000
またハイスピードカメラの
11:13
there's a pretty good hint of what might be going on.
211
673000
4000
映像に戻ってみると いいヒントがありました
11:17
Here's that same orientation that we saw earlier.
212
677000
2000
全て先ほどと同じ位置にあります
11:19
There's that raptorial appendage -- there's the heel,
213
679000
3000
ここが補脚で これが踵で
11:22
and it's going to swing around and hit the load cell.
214
682000
3000
これを振って ロードセルを叩きます
11:25
And what I'd like you to do in this shot is keep your eye on this,
215
685000
3000
そしてこの映像で 注目して頂きたいのはここ
11:28
on the surface of the load cell, as the limb comes flying through.
216
688000
5000
ロードセルの表面です 脚が飛んできて
11:33
And I hope what you are able to see is actually a flash of light.
217
693000
5000
そして一瞬光ったのが見えたでしょうか?
11:38
Audience: Wow.
218
698000
2000
聴衆:おお
11:40
Sheila Patek: And so if we just take that one frame, what you can actually see there
219
700000
4000
シェイラ・パテック:1フレーム抜き出して 実際にここの
11:44
at the end of that yellow arrow is a vapor bubble.
220
704000
3000
黄色い矢印の先に見えるのは 蒸気の泡です
11:47
And what that is, is cavitation.
221
707000
2000
これはキャビテーションです
11:49
And cavitation is an extremely potent fluid dynamic phenomenon
222
709000
4000
キャビテーションは非常に強力な 流体力学の現象で
11:53
which occurs when you have areas of water
223
713000
3000
水の流れる速度差が 大きくなるところで
11:56
moving at extremely different speeds.
224
716000
2000
生じます
11:58
And when this happens, it can cause areas of very low pressure,
225
718000
4000
この現象が起こると 圧力の低い部分が出てきて
12:02
which results in the water literally vaporizing.
226
722000
3000
文字通り 水が蒸発します
12:05
And when that vapor bubble collapses, it emits sound, light and heat,
227
725000
4000
そして蒸気の泡が崩壊すると 音 光 そして熱を放ちます
12:09
and it's a very destructive process.
228
729000
2000
これは非常に破壊的です
12:11
And so here it is in the stomatopod. And again, this is a situation
229
731000
5000
この現象をシャコが起こしており これはまた技術者にとって
12:16
where engineers are very familiar with this phenomenon,
230
736000
3000
なじみのある現象です ボートのプロペラを破壊しますからね
12:19
because it destroys boat propellers.
231
739000
2000
なじみのある現象です ボートのプロペラを破壊しますからね
12:21
People have been struggling for years to try and design
232
741000
3000
人々は何年間も この写真のように 文字通り
12:24
a very fast rotating boat propeller that doesn't cavitate
233
744000
4000
金属を摩耗させ 穴をあける キャビテーションを起こさずに
12:28
and literally wear away the metal and put holes in it,
234
748000
2000
速く回転するボートのプロペラを
12:30
just like these pictures show.
235
750000
2000
設計するのに苦労してきました
12:32
So this is a potent force in fluid systems, and just to sort of take it one step further,
236
752000
9000
ですので これは液中では とても強力な力で もう一歩踏み込んで
12:41
I'm going to show you the mantis shrimp approaching the snail.
237
761000
3000
シャコが貝を攻撃するところをお見せします
12:44
This is taken at 20,000 frames per second, and I have to give
238
764000
4000
これは毎秒20,000フレームで 撮影されました この映像は
12:48
full credit to the BBC cameraman, Tim Green, for setting this shot up,
239
768000
4000
全てBBCのカメラマン ティム・グリーンによるものです
12:52
because I could never have done this in a million years --
240
772000
3000
私では1万年かかっても 撮れなかったでしょう
12:55
one of the benefits of working with professional cameramen.
241
775000
3000
プロのカメラマンと一緒に 仕事が出来てよかったです
12:58
You can see it coming in, and an incredible flash of light,
242
778000
4000
脚が当たるのがわかりますね その後 すごい光を放ちます
13:02
and all this cavitation spreading over the surface of the snail.
243
782000
4000
そしてこのキャビテーションが 貝の表面に広がります
13:06
So really, just an amazing image,
244
786000
3000
この本当に ただただ すごい映像を
13:09
slowed down extremely, to extremely slow speeds.
245
789000
4000
遅くして すごく遅くします そうすると
13:13
And again, we can see it in slightly different form there,
246
793000
3000
キャビテーションが違う形で 見られます
13:16
with the bubble forming and collapsing between those two surfaces.
247
796000
4000
二つの表面の間で 泡が形成して崩壊しています
13:20
In fact, you might have even seen some cavitation going up the edge of the limb.
248
800000
5000
キャビテーションの力が脚の方にまで 及ぶのが見えた方もいるでしょう
13:25
So to solve this quandary of the two force peaks:
249
805000
3000
この二つある力のピークの 謎を解きましょう
13:28
what I think was going on is: that first impact is actually
250
808000
2000
私が考えるに 最初の衝撃は
13:30
the limb hitting the load cell, and the second impact is actually
251
810000
3000
脚による打撃 二つ目はキャビテーションの 泡が崩壊して起きたものです
13:33
the collapse of the cavitation bubble.
252
813000
2000
脚による打撃 二つ目はキャビテーションの 泡が崩壊して起きたものです
13:35
And these animals may very well be making use of
253
815000
3000
これらの生物は 貝を壊すために
13:38
not only the force and the energy stored with that specialized spring,
254
818000
4000
特別なバネに溜められた力と エネルギーを利用するだけでなく
13:42
but the extremes of the fluid dynamics. And they might actually be
255
822000
4000
流体力学の強烈な力を 彼らは実際に流体力学を
13:46
making use of fluid dynamics as a second force for breaking the snail.
256
826000
4000
貝を壊す二つ目の力として 使用しているかもしれないのです
13:50
So, really fascinating double whammy, so to speak, from these animals.
257
830000
6000
強いて言うなら この動物からの 素晴らしいダブルパンチですよね
13:56
So, one question I often get after this talk --
258
836000
2000
一つ よく聞かれる質問があるので
13:58
so I figured I'd answer it now -- is, well, what happens to the animal?
259
838000
3000
今答えようと思います シャコはどうなるでしょう?
14:01
Because obviously, if it's breaking snails,
260
841000
3000
なぜなら もし貝を壊しているのであれば
14:04
the poor limb must be disintegrating. And indeed it does.
261
844000
3000
脚もボロボロになるはずです 実際になります
14:07
That's the smashing part of the heel on both these images,
262
847000
3000
これは両方とも捕脚の踵の写真で
14:10
and it gets worn away. In fact, I've seen them wear away
263
850000
2000
削れているのが分かります 実際に
14:12
their heel all the way to the flesh.
264
852000
2000
削れて肉まで見えました
14:14
But one of the convenient things about being an arthropod
265
854000
3000
しかし 節足動物であることの 便利な点は
14:17
is that you have to molt. And every three months or so
266
857000
3000
脱皮することです 3か月毎にシャコ達は
14:20
these animals molt, and they build a new limb and it's no problem.
267
860000
5000
脱皮をして 新しい脚が生えて もう何の問題もありません
14:25
Very, very convenient solution to that particular problem.
268
865000
4000
この問題に対する とっても便利な解決策です
14:29
So, I'd like to end on sort of a wacky note.
269
869000
5000
最後にパンチのある 話をしたいと思います
14:34
(Laughter)
270
874000
3000
(笑)
14:37
Maybe this is all wacky to folks like you, I don't know.
271
877000
4000
ここまでの話も全部 パンチに関したものですが
14:41
(Laughter)
272
881000
1000
(笑)
14:42
So, the saddles -- that saddle-shaped spring --
273
882000
3000
まず鞍 鞍の形をしたバネですが
14:45
has actually been well known to biologists for a long time,
274
885000
4000
生物学者には昔から バネとしてではなく
14:49
not as a spring but as a visual signal.
275
889000
4000
視覚信号として知られていました
14:53
And there's actually a spectacular colored dot
276
893000
2000
シャコの種類の多くは
14:55
in the center of the saddles of many species of stomatopods.
277
895000
6000
鞍の中心に綺麗な色の 円があります
15:01
And this is quite interesting, to find evolutionary origins
278
901000
3000
そして全ての種が鞍に
15:04
of visual signals on what's really, in all species, their spring.
279
904000
6000
視覚信号の進化の源を持っているのは 非常に興味深いです
15:10
And I think one explanation for this could be
280
910000
2000
私の考えでは この理由は
15:12
going back to the molting phenomenon.
281
912000
2000
先ほどの脱皮と関係しています
15:14
So these animals go into a molting period where they're
282
914000
3000
この動物が脱皮の時期に入ると 彼らは攻撃が
15:17
unable to strike -- their bodies become very soft.
283
917000
3000
出来なくなります 体が柔らかくなるからです
15:20
And they're literally unable to strike or they will self-destruct.
284
920000
3000
攻撃するのは文字通り 自爆行為なのです
15:23
This is for real. And what they do is, up until that time period
285
923000
7000
これは本当です そして彼らが どうするかというと 攻撃できなくなる
15:30
when they can't strike, they become really obnoxious and awful,
286
930000
3000
時期までは 酷くて 不愉快な動物になります
15:33
and they strike everything in sight; it doesn't matter who or what.
287
933000
4000
目に入るもの全てに 誰にも 何にでも攻撃します
15:37
And the second they get into that time point when they can't strike any more,
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そして攻撃できなくなった瞬間に 警告を
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they just signal. They wave their legs around.
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出すだけになります 脚を振り回すのです
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And it's one of the classic examples in animal behavior of bluffing.
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これは動物の習性の一つ ハッタリの典型的な例です
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It's a well-established fact of these animals
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この動物がハッタリをかますのは
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that they actually bluff. They can't actually strike, but they pretend to.
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よく知られています 攻撃できませんが 出来るふりをします
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And so I'm very curious about whether those colored dots
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なので私はこの色のついた
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in the center of the saddles are conveying some kind of information
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鞍の中心にある円が 彼らの攻撃能力 攻撃する力 そして
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about their ability to strike, or their strike force,
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脱皮のサイクルに関して 何か情報を含んでいる
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and something about the time period in the molting cycle.
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のではないかと 非常に興味を持っています
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So sort of an interesting strange fact to find a visual structure
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これが視覚的な情報が 彼らの バネの中心に見られるという
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right in the middle of their spring.
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面白く 奇妙な 事実です
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So to conclude, I mostly want to acknowledge my two collaborators,
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最後に 仕事を一緒にした 2人の共同研究者 ワイアット・コーフと
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Wyatt Korff and Roy Caldwell, who worked closely with me on this.
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ロイ・コールドウェル そして私に3年間
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And also the Miller Institute for Basic Research in Science,
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科学のみを追求するための 資金を提供してくれた
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which gave me three years of funding to just do science all the time,
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ミラー基礎科学研究機関 に謝辞を述べ 話を終わります
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and for that I'm very grateful. Thank you very much.
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どうもありがとうございました
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(拍手)
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