Sheila Patek tar tiden på de raskeste dyrene.

Om noen skulle ha lyst til å lære å "spille på hummere", så har vi noen her. Jeg spøker ikke, vi har faktisk det. Så bare kom ned etterpå så kan jeg lære dere det.

Jeg begynte å jobbe med det som kalles mantisreker- -for noen år siden, fordi de lager lyder. Dette er et opptak av en mantisreke- -som finnes utenfor kysten av California. Og selv om dette er en veldig fascinerende lyd- -så skulle det vise seg å være et vanskelig prosjekt. Mens jeg prøvde å finne ut hvordan og hvorfor mantisreker,- -eller stomatopoder, lager lyd, kom jeg til å tenke på kroppslemmene deres. Mantisrekene har fått navnet sitt fra kneleren (praying mantis)- -som også har et hurtigbevegende jaktlem. Jeg begynte å tenke at -mens jeg studerte lydene kunne det være interessant- -å finne ut hvordan disse dyrene skaper disse hurtige jakthuggene. Så i dag skal jeg snakke om det ekstreme stomatopodhugget,- -som er arbeid jeg har gjort i samarbeid med Wyatt Korff og Roy Caldwell.

Det finnes to typer mantisreker: Spiddere og knusere. Dette er en spiddende mantisreke, eller stomatopod. Den lever i sanden og fanger ting som kommer over hodet dens. Som dere ser er det et raskt hugg. La oss spille det av saktere. Dette er den samme arten mantisreke- -filmet med 1.000 bilder per sekund og- -spilt av med 15 bilder per sekund. Dere kan se at det er en ganske spektakulært utstrekking av lemmene- -som formerlig eksploderer oppover for å fange- -en bit død reke jeg holdt frem til den. Den andre typen mantisreke er den vi kaller en knuser. Disse åpner snegler for å få tak i mat. Han setter sneglen slik han vil ha den og gir den et skikkelig spark.

(Latter)

Jeg kan spille det av en gang til. Han får den på plass, drar i den med nesa, og knuser til. Et par slike kakk til så er er sneglen knust og han har skaffet seg en god middag. Knuserens forføtter kan stikke med en spiss på tuppen- -eller den kan knuse med hælen. I dag skal jeg snakke om knusertypen.

Det første spørsmålet som slo meg var: Hvor fort kan disse lemmene beveges? Det går jo rimelig raskt for seg på det videoklippet. Jeg fikk straks et problem: Ingen av høyhastighetskameraene ved bilologiavdelingen- -på Berkeley var raske nok til å fange opp disse bevegelsene. Vi klarte rett og slett ikke å fange det på film. Så dette plaget meg over en lengre periode. Men så kom et filmmannskap fra BBC til biologiavdelingen- -på utkikk etter en historie om nye teknologier innen biologi. Så vi fikk ordnet en avtale med dem. Jeg sa at hvis de kunne leie et høyhastighetskamera- -som var i stand til å filme disse bevegelsene- -så skulle de få filme oss mens vi innhentet dataene våre. Og tro det eller ei, de gikk med på det. Så vi fikk dette utrolige videosystemet. Det er helt ny teknologi- -som kom ut for bare et år siden. Det lar oss filme med enorme hastigheter og i svakt lys. Svakt lys er helt avgjørende ved filming av dyr. Er det for mye lys, steker du dem.

Her har dere en mantisreke. Her oppe er øynene og- -her er forføttene med spiddespissen, og her er hælen. Og det er denne som svinger rundt og knuser sneglen. Her har vi festet sneglen til en pinne- -så det skulle bli litt enklere å filme hugget.

(Latter)

Jeg håper ikke det er noen sneglerettighetsaktivister her.

(Latter)

Her filmer vi med 5.000 bilder per sekund, - -og det spilles av med 15 bilder per sekund, altså 333 ganger saktere enn i virkeligheten. Men, som dere vil se, er det fortsatt helsikes raskt. 333 ganger saktere. Det er en utrolig kraftfull bevegelse. Hele lemmet strekkes ut. Kroppen spennes bakover. En spektakulær bevegelse. Så, vi så på disse opptakene- -og vi målte hvor fort lemmet bevegde seg- -for å svare på det opprinnelige spørsmålet. Og vi fikk oss en overraskelse: Vi kom fram til at lemmene bevegde seg med- -en topphastighet fra 10 meter per sekund- -helt opp til 23 meter per sekund. For dere som foretrekker miles per time (mph)- -er dette over 45 miles per time, i vann! Det er virkelig fort. Faktisk er det så fort at vi kunne legge det inn på- -oversikten over ekstreme dyrebevegelser. Mantisreker er har nå offisielt det raskeste målte jakthugget av- -alle dyr. Så det var vår første store overraskelse.

(Applaus)

Det var virkelig kult og uventet. Dere lurer kanskje på hvordan de gjør dette. Og faktisk ble dette utredet på 1960-tallet- -av den berømte biologen Malcolm Burrows. Han viste at mantisreker bruker- -det vi kaller en fangemekanisme, eller klikkemekanisme. Denne består hovedsaklig av en stor muskel- -som bruker lang tid på å trekke seg sammen,- -samt en lås som forhindrer bevegelse. Muskelen kan dermed sammentrekkes uten at noe skjer. Med en gang den har trukket seg helt sammen og alt er spent opp- -flyr låsen opp og vi får bevegelse. Dette er det vi kan kalle et kraftforsterkningssystem. Det tar lang tid for muskelen å trekke seg sammen- -og veldig kort tid for lemmet å fly ut. Jeg trodde nå at dette var hele forklaringen,- -at dette var hvordan mantisreker utførte disse raske huggene.

Men så tok jeg meg en tur til National Museum of Natural History. Hvis noen av dere får sjansen til- -å gå backstage på National Museum of Natural History,- -så har de en av verdens beste samlinger av preserverte mantisreker.

(Latter)

Dette er alvorlige saker for meg.

(Latter)

Så, det jeg så, var at på hvert eneste mantisrekelem,- -hos både spidderne og knuserne,- -var det en vakker sadelformet struktur- -på overdelen av lemmet. Dere kan se den her. Den ser ut som en vanlig sadel til en hest. En veldig vakker struktur. Den er omgitt av hinnepregede områder. Disse hinnene- -fortalte meg at kanskje dette var en type dynamisk fleksibel struktur. Dette forvirret meg ganske lenge, og- -så gjorde vi en rekke kalkuleringer og det vi fant var at- -disse mantisrekene må ha en slags fjær. Det må være en slags fjærladningsmekanisme der- -for at de skal kunne generere den typen kraft og- -oppnå den typen fart og ytelse vi så. Så vi tenkte at dette måtte være en fjær,- -at denne sadelen var en fjæringsmekanisme. Vi gikk tilbake til høyhastighetsopptakene, og- -vi kunne faktisk se for oss hvordan sadelen trykkes sammen og strekkes ut. La meg vise det en gang til. Hvis dere ser her på videoen... Det er litt vanskelig å se det, så jeg har merket det i gult. Sadelen er merket gul. Dere kan faktisk se hvordan det- -strekker seg gjennom hele hugget, og hvordan det overstrekkes. Så, vi hadde nå solide bevis for at- -denne sadelstrukturen sammentrykkes og strekkes ut, og- -at den fungere som en fjæring.

Sadelstrukturen kalles også en hyberbolsk paraboloid overflate,- -eller en antiklastisk overflate. Disse formene er velkjente for ingeniører og arkitekter- -på grunn av deres kompresjonsstyrke. Den kurver i to retninger: én oppoverrettet kurve og en motsatt transvers kurve på den andre siden- -slik at alle kraftpåvirkninger blir spredt- -over hele overflaten på denne typen form. Formen er velkjent for ingeniører men ikke for biologer. Den er også velkjent for smykkemakere- -fordi det kreves veldig lite materiale- -for å bygge denne typen overflate og fortsatt gjøre den sterk. Hvis du vil bygge en tynn gullstruktur- -er det jo en fordel å gjøre den sterk.

Den er også kjent for arkitekter og en av de mest kjente arkitektene- -er Eduardo Catalano, som populariserte denne strukturen. Det dere ser her er et sadelformet tak han bygget. Buespennet er 26,5 meter. Det er fem centimeter tykt og støttes på to punkter. En av grunnene til at han designet takene slik er fordi- -han syntes det var fascinerende at man kunne bygge så sterke strukturer- -med så få materialer og med så få støttepunkter. Og alle disse prinsippene er de samme som- -hos sadelstrukturene hos stomatopodene. I biologiske systemer er det viktig å ikke ha mye- -ekstra krav til materialene. Så, dette var noen interessante paralleller mellom biologiens- -og ingeniørvitenskapen verden. Faktisk viser det seg at- -stomatopodsadelen er den første- -beskrevne biologiske hyperbolske paraboloidfjæringen. Det ble en litt lang forklaring, men det er interessant.

Det siste spørsmålet var: Hvor mye kraft- -produserer en mantisreke dersom de er i stand til å åpne snegler? Så jeg satte opp det vi kaller en kraftcelle. En kraftcelle måler krefter, og dette er en- -piezoelektronisk kraftcelle med krystaller i. Når disse krystallene presses sammen, endres de elektriske egenskapene- -i proporsjon til mengden krefter som påføres den. Disse dyrene er så praktfullt aggressive- -og de er veldig sultne hele tiden. Så alt jeg måtte gjøre- -var å legge litt rekemos på forsiden av kraftcellen- -så begynte de å knuse løs på den. Dette er bare en helt vanlig video av dette dyret- -mens det moser løs på denne kraftcellen. Vi fikk tatt noen målinger fra den- -og igjen fikk vi oss en overraskelse.

Jeg kjøpte en kraftcele som tålte 45 kg- -fordi jeg ikke trodde et så lite dyr kunne produsere mer enn 45 kilo kraft. Men de overbelastet kraftcellen nesten med én gang. Her har dere noen gamle data- -hvor jeg fant fram de minste dyrene i laben- -og vi klarte å få målinger på godt over 45 kilo kraft- -generert av et dyr på omtrent denne størrelsen. Sist uke fikk jeg tak i en celle som tålte 136 kilo- -og jeg har nå målt disse dyrene mens de genererer- -godt over 90 kilo kraft. Og jeg tror dette vil vise seg å være enda en verdensrekord. Jeg må lese litt mer om det først- -men jeg tror dette er den største kraften produsert- -av et dyr, sett i forhold til kroppsvekt. Virkelig utrolige krefter. Igjen tar dette oss tilbake til viktigheten av den fjæringen- -som lagrer og slipper løs så mye energi inn i dette systemet. Men dette var ikke slutten på historien.

Jeg får alt dette til å virke veldig lett, men det er mye arbeid. Jeg tok alle disse kraftmålingene- -og jeg sjekket kraftutslaget for hele systemet. Dette er helt enkelt: Tiden vises på x-aksen- -og kraften er på y-aksen. Dere ser to topper her. Dette var veldig forvirrende: Den første toppen er selvsagt lemmet som treffer kraftcellen,- -men så er det en stor topp et halvt millisekund etterpå. Jeg visste ikke hva det var. Det er forventet å ha en andre topp som følge av andre grunner,- -men ikke et halvt millisekund etter det første. Igjen, om vi ser på høyhastighetsvideoene igjen,- så får vi en ganske god indikasjon på hva som skjer. Her er det samme bildet jeg viste tidligere. Her er forfoten med huggespissen, og her er hælen,- -og den vil svinge rundt og treffe ladecellen. Nå vil jeg at dere skal fokusere på- -overflaten på kraftcellen mens lemmet kommer flyvende. Det jeg håper dere vil se, er et lysglimt.

Publikum: (Wow)

Så hvis vi ser på bare det éne bildet så vil dere se- -at den gule pilen peker på en dampboble. Dette er det vi kaller kavitasjon. Kavitasjon er et ekstremt potent fenomen innen væskedynamikk,- -som oppstår når man har store mengder vann- -som beveger seg med veldig ulike hastigheter. Når dette skjer kan det skape områder med veldig lavt trykk,- og det resulterer i at vann bokstavelig talt fordamper. Når dampboblen kollapser, sender den ut lyd, lys og varme,- og det er en veldig destruktiv prosess. Så her er det hos stomatopoden. Dette er som sagt- -et fenomen som ingeniører er godt kjente med,- fordi det ofte ødelegger båtpropeller. Man har over flere år prøvd å utforme- -en hurtigroterende båtpropell som ikke kaviterer- -og ødelegger og lager hull i metallet,- -slik dere ser her.

Dette er altså en sterk kraft inne væskesystemer, og for å ta det et steg videre- -så skal jeg vise dere hvordan mantisreken nærmer seg sneglen. Dette er tatt opp ved 20.000 bilder per sekund, og jeg må- -kreditere BBCs kameramann Tim Green for å ha ordnet dette scenarioet,- da jeg ikke kunne klart det selv. Det er én av fordelene med å arbeide med profesjonelle kameramenn. Dere kan se det skje: et utrolig lysglimt,- -vi får all denne kavitasjonen spredd over sneglens overflate. Et utrolig bilde,- -sakket ned til en ekstremt lav hastighet. Her ser vi det igjen i en litt annerledes form,- -hvor boblen dannes og faller sammen mellom disse to overflatene. Dere så kanskje en liten kavitasjon på vei opp langs lemmet.

For å løse mysteriet med de to krafttoppene: Det jeg tror er at den første toppen er- -lemmet som treffer kraftcellen, mens den andre toppen er- -kavitasjonsboblen som kollapser. Det er godt mulig at disse dyrene bruker- -mer enn bare kraften og energien fra den spesialiserte fjæren,- -men også væskedynamikkens ekstreme egenskaper. De tar kanskje- -i bruk væskedynamikk som en sekundær kraft for slik å knuse sneglen. Så, vi har her et fascinerende dobbeltreff fra disse dyrene.

Ett spørsmål jeg ofte får etter dette foredraget,- og som jeg vil svare på nå, er: Hva skjer med dyrene? Det er jo tydelig at dersom de knekker snegler,- -så må jo lemmet bli knust. Og faktisk bli det det. Her er knusedelen av hælen på begge bildene,- -og den blir gradvis ødelagt ned. Jeg har selv sett hælen bli ødelagt- -helt ned til kjøttet. Men en av fordelene med å være et leddyr- -er at du kan felle kroppsvev. Og ca hver tredje måned- -feller disse dyrene, og de bygger bygger opp et nytt lem. En veldig bekvem løsning på dette proplemet.

Så, jeg vil gjerne avslutte litt tøysete.

(Latter)

Kanskje alt dette virker tøysete for dere.

(Latter)

Så, den sadelformede fjæren- -har vært velkjent blant biologer i lang tid,- men da som et visuelt signal. Det er faktisk en spektakulært farget prikk- -midt på sadelen hos mange stomatopod-arter. Det er ganske interessant å finne evolusjonære røtter- -for visuelle signaler på det som hos alle artene brukes som en fjær. Én forklaring på dette kan ligge- -i fellingsfenomenet.

Dyrene går inn i en fellingsperiode hvor de- -ikke er i stand til å hugge og kroppene blir veldig myke. De må bli helt ute av stand til å hugge for å unngå å bli ødelagt. Dette er seriøst. Det de gjør, er at helt opp til denne perioden- -hvor de ikke kan hugge, er de veldig ufine og ekle- -og hugger løs på alt de ser, uavhengig av hva om hvem det er. Så med en gang de kommer til det punktet hvor de ikke kan hugge,- -later de bare som. De vifter føttene rundt. Det er et klassisk eksempel på dyr som bløffer. Det er et etablert faktum at disse dyrene- -faktisk bløffer. De kan ikke hugge, men de later som. Så jeg er nysgjerrig på om disse fargeprikkene- -på sadlene kanskje formidler noen slags informasjon- -om deres huggeevner eller huggekraft- og om hvor de er i fellingssyklusen. Det er litt interessant å finne en visuell struktur- midt på fjøren deres.

Helt til slutt vil jeg anerkjenne mine to samarbeidspartnere,- -Wyatt Korff og Roy Caldwell, som jobbet med meg på dette. Jeg vil også takke Miller Institute for Basic Research in Science, -som ga med tre år med pengestøtte for å bare drive med vitenskap,- -og jeg er veldig takknemlig for det. Tusen takk.

(Applaus)