https://frosthead.com

Vznášející se Hawkmothové zpomalují mozek, aby viděli ve tmě

Nalezení jídla ve tmě vyžaduje určité dovednosti, zejména pokud jste hawkmoth. Tento hmyz má nektar z květů s dlouhým náústkem podobný obrovské oblátce slámy - to vše se vznáší ve vzduchu, když se jejich zdroje potravy ve větru houpají.

Související obsah

  • Nádherná křídla Luna Moths zahazují útoky netopýrů

"Dělám to všechno ve světelných hladinách, kde bych neviděl ruku před obličejem, je to docela pozoruhodné chování pro zvíře s mozkem mnohem menším než hrách, " říká Simon Sponberg, neuromechanik společnosti Georgia Tech. Nyní, Sponberg a jeho kolegové zjistili, že jestřábi přijali neobvyklý trik, aby dosáhli takové funkce smyslů: Za špatných světelných podmínek může hmyz skutečně zpomalit způsob, jakým jejich mozek zpracovává světlo. I když to přichází za cenu - pomalejší reakční doba - hmyz se většinou živí květinami, které se pohybují správnou rychlostí.

"Ve skutečnosti se vyhýbají kompromisu, protože získají dodatečnou citlivost zpomalení jejich vizuálních systémů, ale nezpomalují to tam, kde by opravdu špatně sledovali přírodní květiny, na kterých jim záleží, " vysvětluje Sponberg . "Jsou velmi naladěni na své okolí."

Hawkmoths mají složené oči tvořené fasetami zvanými ommatidia. Jsou pokryty pláštěmi, které ohýbají specifické vlnové délky světla, aby zasáhly malé svazky vizuálních nervových buněk, které pak vysílají signály do mozku. Mozek sestavuje mozaiku z bohatství signálů, aby vytvořil obraz. Ve tmě se pouzdro odtáhne zpět a oko absorbuje co nejvíce vlnových délek světla.

„Mechanismus je odlišný, ale jeho účinek je jako rozšíření clony kamery, “ říká Sponberg. „Shromažďuje světlo přes větší oblast prostoru, “ vytváří jasnější obraz. Tento efekt však nestačí k tomu, aby můra skutečně mohla vidět ve tmě. "To umožňuje můrům vidět tisíckrát lépe, než by normálně viděli z hlediska citlivosti na světlo." Ale to není dostačující na to, abych mohl vidět v noci, “říká Sponberg.

Někteří neurovědci navrhli, že hmyz, který většinu svého krmení za soumraku živí, by mohl ve skutečnosti zpomalit vnímání světla - trochu jako zpomalení rychlosti závěrky na fotoaparátu, aby se obraz exponoval déle. "Zvíře by integrovalo světlo po delší dobu, aby mohlo shromáždit více světla a být citlivější na slabě osvětlené objekty, " říká Sponberg.

Abychom to mohli prozkoumat, Sponbergova laboratoř postavila robotické květiny, které se mohly houpat regulovanou rychlostí. Tým sledoval, jak hawkmoths reagoval na květiny pohybující se různými rychlostmi a v různých světelných hladinách. Při výpočtu reakčních časů hmyzu vědci zjistili, že pohyby můry se shodují s matematickými modely pomalejšího zpracování mozku. V průměru, můry reagovaly na květinový pohyb ve tmě o 17 procent pomaleji. Zdálo se, že schopnost můstků sledovat kymácející se květy se zastavila rychlostí 2 Hertzů nebo dvou výkyvů za sekundu. Cokoli vyšší a zmeškali svůj cíl, tým dnes informuje o vědě .

Hawkmoth se vznáší shora Při pohledu shora se jestřáb pohybuje, když se živí, s kymácející se robotickou květinou. Video bylo čtyřikrát zpomaleno, aby bylo možné lépe vidět pohyb můry. (Sponberg Lab, Georgia Tech)

Vědci si nejsou zcela jisti, které neurony zpomalují mozek hmyzu. Můry se však nemění tak, jak se pohybují, takže se musí přizpůsobit rychlost v části mozku, která řídí vidění. "Nejde jen o to, jak rychle vidí, ale také o to, jak rychle dokáží zrychlit sem a tam - kombinace fyziky jejich mozku a fyziky jejich těla, " říká Sponberg.

Je tedy rychlostní rychlost můry libovolná, nebo má skutečné důsledky ve volné přírodě? Tým vybral květiny navštěvované hawkmothy. Venku zaznamenali videa pohybujících se květů a sledovali jejich rychlost. Květiny se nekoupou jen příjemnou a stálou rychlostí. Tým však zjistil, že ať už foukaly na jednu stranu nebo se pohybovaly tam a zpět, květiny se nepohybovaly rychleji než 2 Hertzové alespoň o 90 procent času.

Hawkmoth se vznáší ze strany Tentokrát při pohledu ze strany sleduje hawkmoth robotickou květinu za tlumeného světla. Pomalejší pohybující se květiny se pro můry snáze sledovaly. (Sponberg Lab, Georgia Tech)

Když tyto můry sklouznou do nektaru, také opylují rostlinu. Ve hře opylení se pohledy a vůně některých rostlin často vyvinuly, aby byly jemně vyladěny podle smyslů jejich preferovaného opylovače. Nová práce naznačuje, že pohyb může být stejně koordinovaný. Ale to, zda je to květina nebo hmyz, které stanoví limity tohoto vztahu, zůstává nejasné. „Bylo by obtížné to dokázat, “ uvedl Eric Warrant, zoolog na Lund University ve Švédsku, který také do studie napsal perspektivní část.

Po linii by pochopení vidění a letu hawkmoth mohlo mít uplatnění v robotice, poznamenává Noah Cowan, inženýr na Johns Hopkins University. Tato zjištění by mohla „poskytnout vodítko, jak vybudovat lepší kontrolní systém nebo letový systém, “ vysvětluje.

A ze základní biologické perspektivy je „fakt, že můry zpomalují právě tak rychle, aby stále reagovaly na rychlost pohybu květů, opravdu cool, a ukazuje, jak dobře je mozek můry přizpůsoben svému prostředí, “ dodává Jessica Fox, neurovědec ve společnosti Case Western Reserve, který nebyl do studie zapojen. Spousta dalších hmyzů musí procházet různým světelným prostředím - od ovocných mušek po noční včely a vosy. I když tyto chyby nemusely přizpůsobit své vizuální zpracování přesně stejným způsobem, je možné, že jiná zvířata používají podobné strategie.

"Hawkmoth je první zvíře, u kterého jsme viděli tuto strategii, " říká Fox, "ale vsadím se, že to nebude poslední."

Vznášející se Hawkmothové zpomalují mozek, aby viděli ve tmě