Znalezienie jedzenia w ciemności wymaga pewnych umiejętności, szczególnie jeśli jesteś jastrzębiem. Te owady sikają nektarem kwiatowym z długą częścią ustną podobną do wielkiej zgiętej słomy - wszystko to unosząc się w powietrzu, gdy ich źródła pokarmu kołyszą się na wietrze.
powiązana zawartość
- Przepiękne skrzydła Luny Moths wyrzucają ataki nietoperzy
„Robiąc to wszystko na jasnych poziomach, na których nie widziałbym dłoni przed moją twarzą, jest to dość niezwykłe zachowanie dla zwierzęcia z mózgiem znacznie mniejszym niż groszek” - mówi Simon Sponberg, neuromechanik z Georgia Tech. Teraz Sponberg i jego koledzy odkryli, że jastrzębiety przyjęły niezwykłą sztuczkę, aby osiągnąć taki wyczyn zmysłów: w warunkach słabego oświetlenia owady mogą spowolnić proces przetwarzania światła przez ich mózg. Chociaż wiąże się to z kosztem - wolniejszym czasem reakcji - owady żywią się głównie kwiatami, które poruszają się z odpowiednią prędkością.
„W rzeczywistości unikają kompromisu, ponieważ zyskują dodatkową czułość spowalniania swoich systemów wzrokowych, ale nie spowalniają go do miejsca, w którym bardzo źle radziliby sobie w śledzeniu naturalnych kwiatów, na których im zależy”, wyjaśnia Sponberg . „Są bardzo zestrojeni z otoczeniem”.
Hawkmoty mają złożone oczy złożone z aspektów zwanych ommatidia. Są one osłonięte osłonami, które wyginają określone długości fal światła w celu uderzenia w małe wiązki wizualnych komórek nerwowych, które następnie wysyłają sygnały do mózgu. Mózg kompiluje mozaikę z bogactwa sygnałów, aby stworzyć obraz. W ciemności pochwa cofa się, a oko pochłania tyle fal światła, ile to możliwe.
„Mechanizm jest inny, ale efekt przypomina powiększenie apertury aparatu” - mówi Sponberg. „Gromadzi światło na większym obszarze przestrzeni”, co daje jaśniejszy obraz. Jednak ten efekt nie wystarczy, aby ćma naprawdę widziała w ciemności. „Pozwala ćmom widzieć około tysiąc razy lepiej niż normalnie byłyby w stanie zobaczyć pod względem wrażliwości na światło. Ale to zdecydowanie za mało, aby móc widzieć nocą ”- mówi Sponberg.
Niektórzy neuronaukowcy sugerowali, że owady, które karmią się o zmroku, mogą faktycznie spowalniać postrzeganie światła - trochę jak spowolnienie czasu otwarcia migawki w aparacie, aby wydłużyć obraz. „Zwierzę zintegrowałoby światło przez dłuższy czas, aby mogło zebrać więcej światła i być bardziej wrażliwe na słabo oświetlone obiekty”, mówi Sponberg.
Aby to zbadać, laboratorium Sponberga zbudowało zrobotyzowane kwiaty, które mogły kołysać się z kontrolowaną prędkością. Zespół monitorował reakcję jastrzębiego motyla na kwiaty poruszające się z różnymi prędkościami i przy różnym natężeniu światła. Obliczając czas reakcji owadów, naukowcy zauważyli, że ruchy ćmy pasują do matematycznych modeli wolniejszego przetwarzania mózgu. Średnio ćmy reagowały na ruch kwiatowy o 17 procent wolniej w ciemności. Zdolność ćmy do śledzenia kołyszących się kwiatów zdawała się zmniejszać przy 2 hercach lub dwóch kołysaniach na sekundę. Gdy coś jest wyższe i nie trafili w cel, zespół donosi dziś w nauce .
Widziany z góry jastrząb porusza się z kołyszącym się robotycznym kwiatem podczas karmienia. Film został czterokrotnie spowolniony, aby lepiej widzieć ruch ćmy. (Sponberg Lab, Georgia Tech) Naukowcy nie są do końca pewni, które neurony zwalniają w mózgach owadów. Ćmy nie zmieniają jednak sposobu, w jaki się poruszają, więc regulacja prędkości musi odbywać się w części mózgu, która kontroluje widzenie. „Nie chodzi tylko o to, jak szybko widzą, ale o to, jak szybko mogą przyspieszać do przodu i do tyłu - połączenie zarówno fizyki mózgu, jak i fizyki ciała”, mówi Sponberg.
Czy zatem ograniczenie prędkości ćm jest arbitralne, czy też ma rzeczywiste implikacje na wolności? Zespół wybrał kwiaty odwiedzane przez jastrzębieta. Na zewnątrz nagrywali filmy poruszających się kwiatów i śledzili ich prędkość. Kwiaty kołyszą się nie tylko z niezłą, stałą prędkością. Zespół odkrył jednak, że niezależnie od tego, czy dmucha w jedną stronę, czy porusza się tam iz powrotem, kwiaty nie poruszają się szybciej niż 2 Hz przez co najmniej 90 procent czasu.
Tym razem widziany z boku jastrzębiec śledzi robota kwiatowego w słabym świetle. Wolniej poruszające się kwiaty okazały się ćmom łatwiejsze do wyśledzenia. (Sponberg Lab, Georgia Tech) Kiedy te ćmy pochłaniają nektar, zapylają również roślinę. W grze zapylającej widoki i zapachy niektórych roślin często ewoluowały, aby być precyzyjnie dostrojone do zmysłów preferowanego przez nich zapylacza. Nowa praca sugeruje, że ruch może być równie skoordynowany. Ale czy to kwiat, czy owad wyznacza granice tego związku, pozostaje niejasne. „Tak czy inaczej trudno byłoby to udowodnić” - zauważa Eric Warrant, zoolog z Lund University w Szwecji, który również napisał artykuł perspektywiczny na temat badania.
Noah Cowan, inżynier z Johns Hopkins University, rozumie, że widzenie jastrzębiego lotu i lotu może mieć zastosowanie w robotyce. Odkrycia mogą „dostarczyć wskazówek, jak zbudować lepszy system kontroli lub system lotów”, wyjaśnia.
Z punktu widzenia podstawowej biologii „fakt, że ćmy zwalniają na tyle, aby nadal reagować na szybkość poruszania się kwiatów, jest naprawdę fajny i pokazuje, jak dobrze mózg ćmy jest dostosowany do jego środowiska”, dodaje Jessica Fox, neurobiolog z Case Western Reserve, który nie był związany z badaniem. Wiele innych owadów musi poruszać się w różnych środowiskach świetlnych - od muszek owocowych po nocne pszczoły i osy. Chociaż te błędy mogły nie dostosować przetwarzania wizualnego w dokładnie taki sam sposób, możliwe jest, że inne zwierzęta stosują podobne strategie.
„Hawkmoth jest pierwszym zwierzęciem, w którym widzieliśmy tę strategię”, mówi Fox, „ale założę się, że to nie będzie ostatni”.
