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.
Saya sangat suka serangga. Saya menganggap mereka sebagai insinyur mungil milik alam karena mereka hadir dengan solusi yang sangat tidak biasa dan menakjubkan terhadap masalah kehidupan. Saya sangat suka memerhatikan mereka karena mereka penuh akan kejutan dan keingintahuan.
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.
Selama bekerja, saya mempelajari laba-laba yang menggunakan jaring sebagai pengumban untuk menangkap mangsa mereka jauh di dalam hutan hujan Amazon, cacing yang terlilit satu sama lain dan membentuk ikatan untuk membentuk gumpalan yang berubah bentuk demi bertahan hidup dalam lingkungan kejam seperti selokan dan gua, dan kumbang air mungil yang membawa alat selamnya sendiri saat menyelam, dengan pantat mereka.
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.
Namun hari ini, saya akan menceritakan tentang salah satu insinyur milik alam yang paling luar biasa yang mendorong batasan mekanika fluida dan bioteknologi serta bisa dibilang memecahkan masalah nomor satu mereka -- bagaimana serangga pipis.
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.
Beberapa tahun lalu, siswa saya, Elio Chalitta, dan saya mengamati serangga mungil ini melakukan momen pribadinya di halaman belakang kami sendiri di Atlanta, dan tak percaya akan mata kami. Serangga ini pipis berjam-jam, dan sangat cepat kami nyaris tak dapat melihatnya. Dan kami tercengang -- kami tidak pernah melihat hal seperti ini. Tak pernah melihat serangga pipis.
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.
Jadi hari ini, saya akan memberitahu Anda bagaimana serangga pipis, mengapa mereka pipis sangat banyak dan dengan cara seperti ini, dan terakhir, mengapa Anda harus peduli tentang pipis serangga.
(Laughter)
(Penonton tertawa)
So sit back and relax -- you're in for a treat.
Jadi duduk dan bersantailah -- Anda akan menikmatinya.
(Laughter and applause)
(Penonton tertawa dan bertepuk tangan)
(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.
(Tertawa) Jadi satu dari hal-hal awal yang akan kita diskusikan adalah “Sebentar -- serangga pipis?” Dan ternyata hampir semua serangga pipis, dengan satu cara dan lain. Itu adalah sistem tertutup -- apa yang masuk harus keluar.
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.
Namun protagonis dari cerita hari ini, Homalodisca vitripennis, atau <i>glassy-winged sharpshooter</i> -- indah, ’kan? Anda tahu bahwa mereka dinamai seperti itu karena sayap transparannya. Serangga ini ahli dalam memakan cairan <i>xylem </i>dari tanaman. Mereka adalah penyedot getah. Tapi saya menganggapnya nyamuk tanaman. Dan seperti ketika nyamuk menyedot darah Anda dan meninggalkan hadiah perpisahan -- wereng juga melakukan hal yang sama dengan menyebarkan bakteri ke tanaman-tanaman ini, dan membawa kehancuran dan penyakit mematikan pada tanaman, dan membunuh mereka. Ini adalah masalah besar bidang pertanian, termasuk di sini, California, di mana mereka merusak perkebunan anggur senilai jutaan dolar.
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.
Dan Anda dapat menghargai apa yang kurang dalam ukuran mereka, diganti dengan angka. Seperti inilah bagaimana jutaan serangga makan dan pipis. Andai wanita ini tahu dari mana air tersebut berasal.
(Laughter)
(Penonton tertawa)
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.
Nah, jangan khawatir, pipis serangga ini hanya air. Dan untuk pertama kalinya, saya akan menunjukkan Anda perilaku ini, diperlambat dengan kamera cepat kami, dan inilah yang kami temukan. Kami menyadari serangga ini membentuk tetesan urine, lalu melemparkan tetesan-tetesan itu dengan laju yang ekstrem, sebesar 40 g-force. Kecepatan itu 40 kali lebih cepat daripada lari <i>cheetah</i>. Para serangga ini sungguh memberi dampak dari pantat mereka.
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.
Dan kami ingin-- (Tertawa) Kami ingin melihat kedipan ini secara lebih dekat, jadi kami meletakkan serangga ini dan melihatnya dari mikroskop saat pipis, dan struktur indah ini memiliki nama ilmiah: yaitu <i>kedipan pantat</i>.
(Laughter)
(Penonton tertawa)
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.
Dan inilah apa yang kami temukan. Kami menyadari bahwa serangga ini telah mengembangkan mata air dan kaitan, seperti katapel, sehingga dia dapat secara efisien melemparkan tetesan pipisnya, berulang kali, dengan kecepatan tinggi.
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.
Sekarang, kami ingin mengukur seberapa cepat kedipannya berlangsung, dan tetesannya, jadi kami mengukur baik kecepatan dari tetesan ataupun kedipannya. Di sinilah kami melakukan pengamatan membingungkan. Kecepatan tetesan tersebut di udara lebih cepat daripada kedipannya. Jadi jika Anda membuat rasionya, kami mengira akan menjadi 100 persen. tapi ternyata kecepatan tetesan itu adalah sekitar 150 sampai 200 persen lebih cepat daripada kedipannya sendiri.
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.
Inilah mengapa hal ini kontraintuitif: bayangkan pemain bisbol Yankees melempar bola berkecepatan 100 mil per jam. Pada saat lemparan itu terjadi, tangan dan jarinya bergerak dengan kecepatan 100 mil per jam. Katakanlah amatir melempar bola berkecepatan 50 mil per jam, dan jika Anda mengukur kecepatannya dan kecepatannya 100 mil per jam di udara, kita akan terkejut -- dari mana kecepatan ekstra itu berasal, ’kan? Inilah apa yang dilakukan para serangga ini.
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.
Untuk memecahkan hal ini, kami kembali dan melihat video kami. Kami akan memainkan ini beberapa kali -- lihat bisakah Anda memecahkannya.
Did you catch it? Let me grab a frame.
Apakah Anda melihatnya? Biar saya foto.
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.
Kami menyadari bahwa tidak seperti bisbol yang kaku karena tegangan permukaan, tetesan mungil itu licin, dan kami melalui momen “aha”. Kami bertanya-tanya apakah serangga ini menyimpan energi karena tegangan permukaan persis sebelum diluncurkan. Untuk menguji ini, kami melakukan apa yang akan dilakukan siapa saja kami mengubah meja dapur kami menjadi laboratorium untuk menguji ini.
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"?
Saat ini, kita akan menaruh tetesan pada pengeras suara, untuk menekan tetesan pada kecepatan tinggi dan inilah apa yang kami temukan. Kami menyadari bahwa air yang mengalir di keran kami seperti cairan, pada skala kecil ini, karena tegangan permukaan, dengan pemilihan waktu yang tepat, dapat terdorong, menyimpan energi, dan jika waktunya diatur tepat, tetesan bisa meluncur dengan kecepatan yang sangat tinggi, seperti anak-anak di atas trampolin. Dan untuk menguji ide pengaturan waktu, kami bahkan membuat katapel. Atau haruskah saya bilang “keta-pee”?
(Laughter)
(Penonton tertawa)
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.
Dan itu memperkuat ide ini: terlalu lambat, tetesannya tidak keluar, dan jika kecepatannya tepat, tetesannya terlempar.
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.
Hari ini saya memberitahu Anda bagimana serangga menggunakan struktur ketapel untuk menyimpan energi dan tegangan permukaan dan melempar tetesan ini dengan kecepatan yang memecah rekor untuk benar-benar menjadi nomor satu ... pada nomor satu. (Tertawa) Tapi kenapa para serangga ini mengembangkan kemampuan hebat ini? Ada dua alasan untuk ini.
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.
Pertama, mereka sedang melakukan diet nol kalori. Para serangga mungil ini memakan cairan <i>xylem</i> yang datang dari akar, melalui tanah, dan melaju ke keseluruhan tanaman. Cairan itu sangat rendah nutrisi -- hanya air dan beberapa mineral. Tidak seperti cairan <i>phloem</i>, yang kaya akan gula, berasal dari fotosintesis pada daun dan melaju ke keseluruhan tanaman. Hal ini mirip manusia yang secara murni melanjutkan hidup dengan diet minuman lemon. Sumber energi yang rendah -- yang harus selalu Anda minum, dan harus selalu pipis.
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.
Hal ini masih tidak menjelaskan mengapa serangga pipis tetesan air, dan tidak seperti pancuran air, seperti Anda dan saya, saat Anda beristirahat ke kamar mandi. Mari kita lihat jangkrik. Mereka adalah sepupu serangga <i>sharpshooters </i>ini. Mereka juga pemakan cairan <i>xylem</i> ... dan pipis mereka berbentuk pancuran.
(Laughter)
(Penonton tertawa)
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.
Saya suka video ini. Ini memunculkan jangkrik melakukan dua hal yang paling mereka sukai ketika keluar hibernasi -- berteriak dengan keras dan pipis di udara.
(Laughter)
(Penonton tertawa)
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.
Alasan kedua kenapa pipis serangga ini berbentuk tetesan adalah ukuran -- serangga ini mungil, lebih kecil dari kelingking saya. Faktanya, tegangan permukaan yang memungkinkan mereka untuk menyimpan energi dalam tetesan ini untuk diluncurkan sebenarnya merupakan halangan, karena gravitasi tidak penting, dan tegangan permukaan mengeratkan tetesan ke tubuh serangga. Jadi mereka sebenarnya harus melempar tetesan ini -- pipis bagi serangga mungil ini adalah hal yang sangat sulit. Itulah mengapa saya sangat suka mempelajari serangga.
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.
Insinyur mungil ini mengetahui bagaimana cara bertahan hidup hanya dengan air dari cairan <i>xylem</i>. Mereka tahu harus melakukan itu, harus banyak minum, dan banyak pipis. Itu tidak terlalu berbeda dengan insinyur lain yang saya tahu pada Jumat malam di sebuah bar.
(Laughter)
(Penonton tertawa)
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."
Tapi untuk melakukan itu, mereka tahu bahwa mereka harus mengembangkan struktur katapel ini dan melempar tetesan itu dengan kecepatan tinggi. Itulah kenapa saya selalu memberitahu siswa saat kami mengeksplor serangga baru, “Itu bukan serangga, itu fitur.”
(Laughter)
(Penonton tertawa)
(Applause)
(Penonton bertepuk tangan)
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.
OK, kenapa Anda harus peduli tentang pipis serangga, dan apa penerapan praktis dari hal ini? Mungkin, mungkin suatu hari, ide-ide ini, prinsip-prinsip ini dapat membantu kita merancang sistem ejektor air yang lebih efisien untuk ponsel, jam tangan dan alat bantu dengar kita.
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.
Namun saya harus jujur, itu bukan sesungguhnya mengapa saya terobsesi dengan pipis serangga selama empat tahun terakhir. Saya melakukan ini karena saat saya membagikan hal-hal ini dengan anak-anak, hal ini menyalakan rasa ingin tahu mereka. Saat saya berbicara akan pipis serangga, mata mereka berbinar-binar. Mereka tertawa, berlarian di sekitar halaman belakang mereka, melihat-lihat serangga dan bertanya. Itu mengingatkan mereka dan kita bahwa kita dapat menemukan hal hebat di dunia, bahkan di halaman belakang kita sendiri. Kita hanya harus melihat lebih dekat.
Thank you so much.
Terima kasih banyak.
(Cheers and applause)
(Sorak-sorak dan tepuk tangan)
I've got to go pee.
Saya mau pipis.