希拉·派达:寻找动物界的动作速度冠军

希拉·派达(Sheila Patek)是来自加州大学伯克利分校的一位生物学家,同时也是研究动物极限运动的专家。她的工作同时也是她最大的爱好,就是测量动物界中动作明星们的动作到底能有多快。她的成名作是对虾蛄(mantis shrimp,别名攋尿虾、琵琶虾、螳螂虾等)用前脚重击蜗牛外壳速度的测定。2004年,在BBC拍摄团队的协助下,她和同事们利用高速摄像机拍下了雀尾螳螂虾(peacock mantis shrimp)的“出拳”瞬间,计算结果显示这是当时所记录的动物界速度最快的动作。仅仅到了2006年,希拉·派达和同事们就发现了新的动作速度冠军:一种名为Odontomachus bauri的热带蚂蚁。这种蚂蚁下颚咬合时的速度能达到惊人的78—145英里每小时,加速度是重力的10万倍。研究还在继续,也许过不了多久,新的速度冠军又将诞生了。

希拉·派达之前还研究过龙虾发出的声音,发现其很类似小提琴的发声机制。2004年,她被Popular Science(中文版名为《科技新时代》)杂志评为10个最有才华的年轻科学家(Brilliant 10)之一。在加州大学伯克利分校综合生物学系,希拉·派达主持的实验室(Patek laboratory)通过将不同领域,如生理学、生物力学、进化生物学、动物行为学等学科的研究方法整合在一起,对海洋生物的进化机制展开研究。当然,他们的重要工作之一,还是研究动物快速动作的机制和进化。

在2004年的TED演讲(演讲链接)中,希拉·派达分享了对虾蛄“出拳”动作的研究过程。许多动物都是天然的工程师,虾蛄便是其中之一。它们的前肢在重击蜗牛壳的时候体现出惊人的爆发力,而爆发力的关键,来自其具有的鞍形弹簧结构,即现代建筑中经常看到的双曲抛物面结构(hyperbolic paraboloid)。在高速摄像机镜头中,我们还可以看到一种称为“气穴现象”的物理过程。虾蛄不仅善于利用特殊的弹簧结构积蓄和释放能量,还会利用流体动力学原理敲开蜗牛的硬壳。

附两个视频:

热带蚂蚁勇破速度记录:
http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2006/08/21_ant_video.shtml

虾蛄“出拳”力道检测器:
http://socrates.berkeley.edu/~patek/Publications/100Kstrikeincolor.mov

题图照片:
来自Flickr,由luisma.lopez上传于2009年5月25日,采用CC创作共用协议

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