I love bugs. I think of them as nature’s tiny engineers because they come up with the most extraordinary and incredible solutions to life’s problems. And I just love observing them because they're so full of surprises and curiosities.
Amo los bichos. Los veo como pequeños ingenieros de la naturaleza, porque presentan las soluciones más increíbles y extraordinarias a los problemas de la vida. Me encanta observarlos porque están llenos de sorpresas y curiosidades.
During my career, I studied spiders that use their webs as a slingshot to capture prey deep in the Amazon rainforest, worms that tangle up with each other and form knots to form these shape-shifting blobs to survive in harsh environments such as sewers and caves, and tiny aquatic beetles that bring their own scuba gear when they dive, on their butts.
Durante mi carrera, estudié a las arañas que usan sus telarañas como resorteras para capturar a sus presas, en la selva amazónica; gusanos que se enredan entre ellos y forman nudos que crean unas manchas que cambian de forma para sobrevivir en ambientes hostiles como drenajes y cuevas; y escarabajos acuáticos, que tienen su propio equipo de buceo, en su trasero.
But today, I'm going to tell you a story about one of nature's most extraordinary engineers that pushes the limits of fluid mechanics and bioengineering and, arguably, solves their number one problem -- how insects pee.
Pero hoy voy a contar una historia sobre uno de los ingenieros más extraordinarios de la naturaleza, que sobrepasa los límites de la mecánica de fluidos y bioingeniería y posiblemente resuelven su mayor problema. ¿Cómo orinan los insectos?
A few years ago, my student, Elio Challita, and I observed this tiny insect having a private moment in our own backyards in Atlanta, and we couldn't believe our eyes. This insect was peeing for hours, and it was so quick we could barely see it. And we were blown away -- we had never seen anything like this. We had never seen an insect pee.
Hace algunos años, mi estudiante Elio Challita y yo, observamos este pequeño insecto durante su momento íntimo en nuestro patio trasero en Atlanta, y no podíamos creer lo que veíamos. El insecto estuvo orinando por horas y fue tan rápido que apenas pudimos verlo. Estábamos fascinados, nunca habíamos visto algo así. Nunca habíamos visto a un insecto orinar, así que hoy voy a contarles cómo lo hacen,
So today, I'm going to tell you how insects pee, why they pee so much and in this way, and finally, why you should care about insect pee.
porqué orinan tanto y de esa forma, y finalmente, por qué debería importarnos la orina de los insectos.
(Laughter)
Siéntense cómodamente, relájense y disfruten el espectáculo.
So sit back and relax -- you're in for a treat.
(Laughter and applause)
(Risas y aplausos)
(Laughs) So one of the first things we had to discuss is "Wait a second -- insects pee?" And it turns out that almost all insects pee, in one form or another. It's a closed system -- what goes in must come out.
(Ríe) Una de las primeras cosas que tuvimos que discutir fue: “Espera un momento, ¿los insectos orinan?” Y resulta que casi todos los insectos orinan, de una u otra forma. Es un sistema cerrado, lo que entra debe salir. Pero el protagonista de hoy, Homalodisca vitripennis,
But the protagonist of today's story, Homalodisca vitripennis, or a glassy-winged sharpshooter -- isn't it gorgeous? You can see where it gets its name from, it's got these transparent wings. This insect specializes in feeding on xylem fluid from plants. It’s a sapsucker. But I think of it as a plant's mosquito. And just after a mosquito sucks your blood, it leaves behind a parting gift -- so do these sharpshooters that spread bacteria into these plants, and it causes devastating and deadly diseases in plants, killing them. This is a huge problem in agriculture, including here in California, where it caused millions of dollars in damage to vineyards.
o francotirador de alas vidriosas... ¿No es precioso? Se ve que su nombre viene de sus alas transparentes. Este insecto se especializa en alimentarse del líquido de xilema de las plantas. Es un chupa savia. Pero yo lo veo como un mosquito de plantas. Así como los mosquitos chupan sangre, dejando un regalo de despedida, también lo hacen estos insectos que riegan bacterias en estas plantas, y causan enfermedades devastadoras y mortales en las plantas que las matan. Es un gran problema en la agricultura, incluyendo la de aquí, en California, donde ha causado daños de millones de dólares en los viñedos. Y podemos notar que su falta de gran tamaño
And you can appreciate what they lack in size, they make up in numbers. This is what millions of insects feeding and peeing looks like. If only this woman knew where that water was coming from.
lo compensan con grandes comunidades. Así es como se ven millones de insectos comiendo y orinando. Si tan solo supiera la mujer de dónde viene toda el agua
(Laughter)
(Risas)
Now, don't worry, this insect's pee is just water. And so for the first time, I'm going to show you this behavior, slowed down with our high-speed cameras, and this is what we discovered. We realized that this insect forms a droplet of pee, and then it flings them at extreme accelerations, of 40 g-forces. That's 40 times faster than the sprint of a cheetah. These insects are really packing a punch from their butts.
No se preocupen, este insecto solo orina agua. Así que, por primera vez, les mostraré este comportamiento ralentizado por nuestras cámaras de alta velocidad. Esto fue lo que descubrimos. Nos dimos cuenta que este insecto forma gotas de orina, y después las avienta con una aceleración extrema, de 40 Fg (Fuerza Gravitatoria). Esto es 40 veces más rápido que un guepardo a toda velocidad. Los traseros de estos insectos sí que tienen un gran impacto.
And we wanted to under-- (Laughs) We wanted to take a closer look at this flicker, so we put this insect and took a look under a microscope at its business end, and this beautiful structure has a scientific name: it's called a butt flicker.
Y queríamos enten... (Risas) Queríamos mirarlo más de cerca. Así que tomamos un insecto para mirar esa punta con el microscopio. Esta hermosa estructura tiene un nombre científico. Se llama trasero propulsor.
(Laughter)
(Risas)
And this is what we discovered. We realized that this insect had evolved springs and latches, just like a catapult, so that it could efficiently hurl its droplets of pee, repeatedly, at these high accelerations.
Y esto fue lo que descubrimos. Nos dimos cuenta que este insecto ha desarrollado resortes y pestillos, como una catapulta, para poder lanzar gotas de orina eficientemente, repetidas veces a tan altas velocidades.
Now, we wanted to measure the speed at which this flicker was moving, and the droplets, so we measured the speed of both the droplets and the flicker. And this is where we made a puzzling observation. The speed of the droplets in the air was faster than the flicker. So if you take a ratio of that, we were expecting it to be 100 percent, but turns out that the speed of the droplets are about 150 to 200 [percent] faster than the flicker itself.
Ahora, queríamos medir la velocidad del movimiento de propulsión y las gotas, así que medimos la velocidad de ambas: de las gotas y la propulsión. Y descubrimos algo impresionante. La velocidad de las gotas en el aire era mayor que la de la propulsión. Así que si tomas la proporción de eso, esperamos que será del 100%, pero resulta que la velocidad de las gotas son entre 150 y 200 % más rápidas que la propulsión.
This is why this is counterintuitive: imagine a Yankees baseball player throwing a ball at 100 miles an hour. At some point during that throw, their hands and fingers are moving at 100 miles an hour. Say an amateur ballplayer throws a ball at 50 miles an hour, and if you measure the speed of the ball and it's 100 miles an hour in midair, we’d be surprised -- where would that extra speed come from, right? This is exactly what these insects are doing.
Les explico por qué es contradictorio. Imaginen a un jugador de los Yankees lanzando una pelota a 100 millas por hora. En algún punto en el lanzamiento, sus manos y dedos se mueven a 100 millas por hora. Pero si un beisbolista amateur lanza la pelota a 50 millas por hora, y al medir su velocidad en el aire va a 100 millas por hora nos sorprendería de dónde obtuvo esa velocidad adicional. Es exactamente lo que estos insectos hacen. Para resolver este problema, volvimos a ver nuestros videos.
So to solve this puzzle, we went back and looked at our videos. And we’ll play this a couple of times -- see if you can figure this out.
Lo reproduciremos un par de veces, a ver si lo notan.
Did you catch it? Let me grab a frame.
¿Lo vieron? Pondré un cuadro.
We realized that unlike a baseball that’s rigid ... due to surface tension, these tiny droplets are squishy, and we had an “aha” moment. We were wondering if this insect is storing energy due to the surface tension just before launch. And to test this, we did, naturally, what any of us would do -- we converted our kitchen tables into a lab to test this.
A diferencia de las pelotas de béisbol que son rígidas estas gotitas son suaves, dada la tensión superficial, y tuvimos nuestro momento de “Eureka”. Nos preguntábamos si este insecto almacena energía dada la tensión superficial antes del lanzamiento Para probar esto, hicimos lo que cualquiera de nosotros haría. Convertimos nuestras mesas de cocina en un laboratorio para hacer pruebas.
So now, we're going to place droplets on a speaker, to squish them at high speeds, and this is what we discovered. We realized that water that flows in our faucets like a liquid, at these tiny scales, due to surface tension, with the right timing, can get a kick, store energy, and if you time it just right, you can launch these off at extremely high speeds, just like a child on a trampoline. And to test this idea of timing, we even built a catapult. Our should I say a "cata-pee"?
Así que pusimos gotas en una bocina para someterlas a altas velocidades, y esto fue lo que descubrimos. Nos dimos cuenta de que el agua de nuestros grifos, en su forma líquida, a estas escalas, dada la tensión superficial, calculando los tiempos, puede tener un empuje, almacenar energía, y en el momento justo, puedes lanzarlas a una velocidad extremadamente alta. Como un niño en un trampolín. Y para probar esta idea del tiempo, construimos una catapulta. ¿O debo decir “cata-pipí“?
(Laughter)
(Risas)
And it reinforced this idea: too slow, the droplets don’t go off, and then if you move at the right speed, you've flung this.
Y reforzó esta idea: si es muy lento, las gotas no se disparan y moviéndolas a la velocidad exacta, las lanzas.
So I've told you today how these insects use this catapulting structure to store energy and surface tension and throw these droplets at record-breaking speeds to be, really, number one ... at number one. (Laughs) But why have these insects evolved this remarkable ability? And there are two reasons for this.
Les he hablado sobre cómo estos insectos utilizan su estructura de catapulta para almacenar energía y tensión superficial y lanzar estas gotas a velocidades récord. Para realmente ser lo mejor de lo mejor. Pero ¿por qué estos insectos evolucionaron con esta gran habilidad? Hay dos razones para ello.
Number one is they are on a zero-calorie diet. These tiny bugs are feeding from the xylem fluid that comes up through the roots, through the soil, and goes to the rest of the plant. It's very, very poor in nutrients -- it's just water and some minerals. This is unlike the phloem fluid, which is rich in sugar, coming through photosynthesis at the leaves and going through the rest of the plant. This is akin to a human purely sustaining themselves on a diet of diet lemonade. Very low energy source -- you'd have to constantly drink, but you'd have to constantly pee as well.
La primera es que tienen una dieta de cero calorías Estos pequeños bichos se alimentan del fluido de xilema que proviene de las raíces a través del suelo, y va para el resto de la planta. Tiene muy pocos nutrientes, siendo solo agua y algunos minerales. No es como el fluido de floema, que es rico en azúcares viniendo de la fotosíntesis de las hojas y yendo al resto de la planta. Esto sería equivalente a que un humano sobreviviera solo de limonada. Con tan bajos niveles de energía, habría que consumirla constantemente, pero constantemente orinarla también.
This still doesn't explain why these insects pee in droplets, and not in jets, like you and I would, if you were to take a bio break. Let's take a look at cicadas. These are the cousins of these sharpshooters. They're also xylem fluid feeders ... and they pee in jets.
Esto no explica por qué estos insectos orinan en gotas, y no en chorros, como nosotros, al tomarnos ese tiempo biológico. Veamos a las cigarras. Son primas de estos insectos. También se alimentan de fluido de xilema y orinan en chorro.
(Laughter)
(Risas)
I love this video. This shows cicadas doing two of their favorite things when they come out of hibernation -- singing at the top of their lungs and peeing in the wind.
Amo este video. Muestra a las cigarras haciendo sus dos cosas favoritas tras hibernar: cantar a todo pulmón y orinar al viento,
(Laughter)
(Risas)
And the second reason why these insects pee in droplets is size -- these things are tiny, they're smaller than my pinky. In fact, the surface tension that enables them to store energy in these droplets to launch is actually an impediment, because gravity doesn't matter, and surface tension sticks these droplets to their bodies. So they actually have to flick these droplets away -- it's actually very difficult for these tiny bugs to pee. And that's why I just love studying bugs.
La segunda razón para orinar en gotas es su tamaño. Estos insectos son muy pequeños, más pequeños que mi meñique. De hecho, la tensión superficial que permite que almacenen energía en las gotas para lanzarlas es un impedimento, porque la gravedad no importa, y la tensión superficial mantiene las gotas en su cuerpo. Así que tienen que propulsar las gotas. Es muy difícil orinar para estos bichos. Y es por eso que amo estudiar bichos.
This tiny engineer has figured out how to survive on barely just water through the xylem fluid. And it’s figured out to do so, it has to drink a lot, and pee a lot. In that sense, it's not so different from other engineers I know on a Friday night at a bar.
Este pequeño ingeniero descubrió cómo sobrevivir casi de agua con fluido de xilema. Y también descubrió que para ello, tiene que beber mucho y orinar mucho. Muy similar a otros ingenieros que conozco que van a bares los viernes por la noche. (Risas)
(Laughter)
Pero para hacerlo,
But to do so, it’s figured out it had to evolve this catapulting structure and fling these droplets at high speeds. And that’s why I always tell my students when we explore new bugs, "It's not a bug, it's a feature."
tuvieron que desarrollar esta estructura de catapulta y lanzar estas gotas a gran velocidad. Por eso, al explorar nuevos bichos, le digo a mis alumnos: “Cada bicho tiene sus caprichos”.
(Laughter)
(Risas)
(Applause)
(Aplausos)
OK, so why should you care about insect pee, and what’s the practical application of this work? Maybe, maybe one day, these ideas, these principles could help us design more efficient water-ejector systems for our smartphones, our watches and hearing aids.
Entonces, ¿por qué debe importarnos la orina de los insectos? ¿En qué nos beneficia saber esto? Tal vez, algún día, estas ideas y principios pueden ayudarnos a diseñar sistemas más eficientes de expulsión de agua para teléfonos, relojes y aparatos auditivos.
But I have to be honest, that's not really why I've obsessed over insect pee for the last four years. I do this because when I share my work with kids, it ignites their curiosity. When I talk about insect pee, it makes their eyes light up. They laugh, they run around in their backyards, looking at bugs and asking questions. It reminds them and us that we can discover marvelous in the mundane, even in our own backyards. We just have to look closely.
Pero para ser honesto, esa no es la razón por la que me obsesioné con la orina de los insectos los últimos cuatro años. Lo hago porque cuando comparto mi trabajo con los niños, enciende su curiosidad. Cuando hablo de la orina de los insectos, sus ojos brillan. Se ríen, van a sus patios traseros buscando bichos y hacen preguntas. Les recuerda y nos recuerda que podemos encontrar cosas maravillosas en lo mundano. Incluso en nuestros patios. Solo tenemos que prestar atención.
Thank you so much.
Muchas gracias.
(Cheers and applause)
(Vítores y aplausos)
I've got to go pee.
Tengo que ir al baño.