At finde mad i mørket kræver lidt dygtighed, især hvis du er en hawkmoth. Disse insekter slurper blomsternektar med en lang mundpart, der ligner et kæmpe bøjet halm - alt sammen mens de svæver i midair, når deres madkilder svajer i vinden.
Relateret indhold
- Luna Moths 'smukke vinger smider batangreb
"At gøre alt dette i lysniveauer, hvor jeg ikke ville være i stand til at se hånden foran mit ansigt, det er en temmelig bemærkelsesværdig opførsel for et dyr med en hjerne, der er meget mindre end en ærter, " siger Simon Sponberg, en neuromekaniker hos Georgia Tech. Nu har Sponberg og hans kolleger fundet, at hawkmoths har vedtaget et usædvanligt trick for at opnå en sådan bedrift af sanserne: Under dårlige lysforhold kan insekterne faktisk bremse den måde, deres hjerner behandler lys på. Selvom dette kommer til en pris - en langsommere reaktionstid - lever insekterne for det meste af blomster, der bevæger sig med lige den rigtige hastighed.
”De undgår faktisk en afveksling, fordi de får den ekstra følsomhed ved at bremse deres visuelle systemer, men de bremser det ikke ned til det sted, hvor de ville gøre det virkelig dårligt med at spore de naturlige blomster, de holder af, ” forklarer Sponberg . ”De er meget afstemt efter deres miljø.”
Hawkmoths har sammensatte øjne, der består af facetter, der kaldes ommatidia. Disse er dækket af hylster, der bøjer specifikke bølgelængder af lys for at ramme små bundter af synsnerveceller, som derefter sender signaler til hjernen. Hjernen samler en mosaik ud fra rigdom af signaler for at skabe et billede. I mørke trækkes kappen tilbage, og øjet optager så mange bølgelængder af lys som muligt.
"Mekanismen er anderledes, men effekten er som om at udvide åbningen af et kamera, " siger Sponberg, "den samler lys over et større område af rummet, " hvilket giver et lysere billede. Imidlertid er denne effekt ikke nok til at lade mølen virkelig se i mørke. ”Det giver møllerne mulighed for at se omkring tusind gange bedre, end de normalt ville være i stand til at se med hensyn til lysfølsomhed. Men det er ikke nok til at kunne se om natten, ”siger Sponberg.
Nogle neurovidenskabsmænd havde antydet, at insekterne, der foretager det meste af deres fodring i skumringen, faktisk kunne bremse deres lysopfattelse - lidt som at nedsætte lukkerhastigheden på et kamera for at udsætte et billede længere. ”Dyret ville integrere lys i en længere periode, så det kunne samle mere lys og være mere følsomt over for svagt oplyste genstande, ” siger Sponberg.
For at undersøge byggede Sponbergs laboratorium robotblomster, der kunne svinge med kontrollerede hastigheder. Holdet overvågede, hvordan hawkmoths reagerede på blomster, der bevæger sig i forskellige hastigheder og i forskellige lysniveauer. Ved at beregne insektenes reaktionstider så forskerne, at møllens bevægelser stemte overens med matematiske modeller for langsommere hjernebehandling. I gennemsnit reagerede møllerne på blomsterbevægelse 17 procent langsommere i mørke. Mølenes evne til at spore de svingende blomster så ud til at hætte på 2 Hertz eller to svaje pr. Sekund. Noget højere, og de gik glip af deres mål, rapporterer holdet i dag i Science .
Set ovenfra bevæger en hawmoth sig med en svingende robotblomst, når den fodrer. Videoen er blevet bremset ned fire gange for bedre at se møllens bevægelse. (Sponberg Lab, Georgia Tech) Forskerne er ikke helt sikre på, hvilke neuroner der bremser i insektenes hjerner. Mølene ændrer ikke den måde, de bevæger sig på, så hastighedsjusteringerne skal ske i den del af hjernen, der kontrollerer synet. "Det er ikke bare hvor hurtigt de kan se, det er hvor hurtigt de kan fremskynde frem og tilbage - kombinationen af både fysikken i deres hjerne og fysikken i deres krop, " siger Sponberg.
Så er møllernes hastighedsgrænse vilkårlig, eller har det faktiske konsekvenser i naturen? Holdet udvalgte blomster, der blev besøgt af hawkmoths. Udenfor indspillede de videoer af blomsterne i bevægelse og sporer deres hastighed. Blomster svinger ikke bare i en dejlig, jævn hastighed. Imidlertid fandt holdet, at uanset om de blæste til den ene side eller bevæge sig frem og tilbage, blomsterne ikke bevægede sig hurtigere end 2 Hertz mindst 90 procent af tiden.
Denne gang set fra siden sporer en hawkmoth en robotblomst under svagt lys. Langsomere bevægende blomster viste sig lettere for møllerne at spore. (Sponberg Lab, Georgia Tech) Når disse møll slurver op nektar, bestøver de også planten. I pollineringsspelet har seværdigheder og lugt fra visse planter ofte udviklet sig til at være finjusteret til sanserne for deres foretrukne pollinator. Det nye arbejde antyder, at bevægelse kan være lige så koordineret. Men hvad enten det er blomsten eller insektet, der sætter grænser for dette forhold, forbliver uklart. ”Det ville være vanskeligt at bevise på nogen måde, ” bemærker Eric Warrant, en zoolog ved Lund Universitet i Sverige, der også skrev et perspektivstykke om studiet.
I det nede kan forståelse af hawkmoth-vision og -flyvning have anvendelser inden for robotik, bemærker Noah Cowan, en ingeniør ved Johns Hopkins University. Resultaterne kunne "give ledetråde til, hvordan man opbygger et bedre kontrolsystem eller flyvesystem, " forklarer han.
Og ud fra et grundlæggende biologiperspektiv, "det faktum, at møllene bremser lige nok til at stadig reagere på hastigheden af at bevæge blomster, er virkelig sejt, og det viser, hvor godt møllhjernen er tilpasset sit miljø, " tilføjer Jessica Fox, en neuroscientist ved Case Western Reserve, som ikke var tilknyttet undersøgelsen. Masser af andre insekter er nødt til at navigere i forskellige lysmiljøer - fra frugtfluer til natbier og hveps. Selvom disse fejl muligvis ikke har tilpasset deres visuelle behandling på nøjagtig samme måde, er det muligt, at andre dyr anvender lignende strategier.
"Hawkmoth er det første dyr, hvor vi har set denne strategi, " siger Fox, "men jeg vedder på, at det ikke vil være det sidste."
