Å finne mat i mørket krever litt dyktighet, spesielt hvis du er en hawkmoth. Disse insektene slurper blomsternektar med en lang munnparti som ligner et gigantisk bøyd halm - alt mens de svever i midten når matkildene svaier i vinden.
Relatert innhold
- Luna Moths 'nydelige vinger kaster batangrep
"Å gjøre alt dette i lysnivåer der jeg ikke kunne se hånden foran ansiktet mitt, det er en ganske oppsiktsvekkende oppførsel for et dyr med en hjerne som er mye mindre enn en ert, " sier Simon Sponberg, nevromekaniker ved Georgia Tech. Nå har Sponberg og kollegene funnet ut at hawkmoths har tatt i bruk et uvanlig triks for å oppnå en slik bragd av sansene: Under dårlige lysforhold kan insektene faktisk bremse måten hjernen deres behandler lys på. Selv om dette koster en lavere reaksjonstid, livnærer insektene seg stort sett av blomster som beveger seg med akkurat riktig hastighet.
"De unngår faktisk en avveining, fordi de får den ekstra følsomheten ved å bremse de visuelle systemene sine, men de bremser ikke ned dit de vil gjøre det veldig dårlig med å spore de naturlige blomstene som de bryr seg om, " forklarer Sponberg . "De er veldig innstilt på miljøet."
Hawkmoths har sammensatte øyne som består av fasetter som kalles ommatidia. Disse er dekket i skjeder som bøyer bestemte bølgelengder av lys for å treffe små bunter med synsnerveceller, som deretter sender signaler til hjernen. Hjernen sammenstiller en mosaikk fra vell av signaler for å skape et bilde. I mørket trekker hylsen tilbake, og øyet tar opp så mange bølgelengder av lys som mulig.
"Mekanismen er forskjellig, men effekten er som å utvide blenderåpningen til et kamera, " sier Sponberg. "Den samler lys over et større område, " noe som gir et lysere bilde. Imidlertid er denne effekten ikke nok til å la møllen virkelig se i mørket. “Det gjør at møllene kan se tusen ganger bedre enn de normalt sett vil kunne se når det gjelder lysfølsomhet. Men det er ikke nok for å kunne se om natten, sier Sponberg.
Noen nevrovitere hadde antydet at insektene, som foretrekker det meste av fôring i skumringen, faktisk kunne bremse lysoppfatningen deres - litt som å senke lukkerhastigheten på et kamera for å eksponere et bilde lenger. "Dyret ville integrere lys i en lengre periode, slik at det kunne samle mer lys og være mer følsomt for svakt opplyste gjenstander, " sier Sponberg.
For å undersøke bygde Sponbergs laboratorium robotblomster som kunne svaie i kontrollerte hastigheter. Teamet overvåket hvordan hawkmoths reagerte på blomster som beveget seg i forskjellige hastigheter og i varierende lysnivå. Ved å beregne insektenes reaksjonstid, så forskerne at møllbevegelsene stemte overens med matematiske modeller for tregere hjernebehandling. I gjennomsnitt svarte møllene på blomsterbevegelse 17 prosent saktere i mørket. Møllenes evne til å spore de svaiende blomstene så ut til å ligge på 2 Hertz, eller to svinger i sekundet. Noe som er høyere, og de savnet målet, melder teamet i dag i Science .
Sett ovenfra beveger en hawmoth seg med en svaiende robotblomst mens den mater. Videoen har blitt bremset ned fire ganger for bedre å se møllens bevegelse. (Sponberg Lab, Georgia Tech) Forskerne er ikke helt sikre på hvilke nevroner som bremser i insektenes hjerner. Mølene endrer ikke hvordan de beveger seg, så hastighetsjusteringene må skje i den delen av hjernen som styrer synet. "Det er ikke bare hvor raskt de kan se, det er hvor raskt de kan akselerere frem og tilbake - kombinasjonen av både fysikken i hjernen og fysikken i kroppen, " sier Sponberg.
Så er møllenes hastighetsgrense vilkårlig, eller har det faktiske implikasjoner i naturen? Teamet valgte blomster som ble besøkt av hawkmoths. Utenfor spilte de inn videoer av blomstene som beveget seg, og spore hastigheten. Blomster svinger ikke bare i en fin, jevn hastighet. Imidlertid fant teamet ut at om de blåste til den ene siden eller beveget seg frem og tilbake, blomstrene ikke beveget seg raskere enn 2 Hertz minst 90 prosent av tiden.
Denne gangen sett fra siden, sporer en hawkmoth en robotblomst under svakt lys. Saktere bevegelige blomster viste seg lettere for møllene å spore. (Sponberg Lab, Georgia Tech) Når disse møllene slurver opp nektar, pollinerer de også planten. I pollineringsspillet har severdighetene og luktene til visse planter ofte utviklet seg til å være finstemt til sansene til deres foretrukne pollinator. Det nye arbeidet antyder at bevegelse kan være like koordinert. Men om det er blomsten eller insektet som setter grenser for dette forholdet forblir uklart. "Det ville være vanskelig å bevise på noen måte, " bemerker Eric Warrant, en zoolog ved Lund University i Sverige, som også skrev et perspektivstykke om studien.
På tvers av linjen kan forståelse av hawkmoth-visjon og -flyging ha anvendelser innen robotikk, bemerker Noah Cowan, ingeniør ved Johns Hopkins University. Funnene kan “gi ledetråder for hvordan man bygger et bedre kontrollsystem eller flysystem, ” forklarer han.
Og fra et grunnleggende biologiperspektiv, "det faktum at møllene bremser akkurat nok til å fremdeles svare på hastigheten på å bevege blomster, er veldig kult, og det viser hvor godt møllhjernen er tilpasset omgivelsene, " legger Jessica Fox, en nevrovitenskapsmann ved Case Western Reserve som ikke var tilknyttet studien. Mange andre insekter må navigere i forskjellige lysmiljøer - fra fruktfluer til nattlige bier og veps. Selv om disse feilene kanskje ikke har tilpasset sin visuelle prosessering på nøyaktig samme måte, er det mulig at andre dyr bruker lignende strategier.
"Hawkmoth er det første dyret der vi har sett denne strategien, " sier Fox, "men jeg vedder på at det ikke vil være det siste."
