Het vinden van voedsel in het donker vereist enige vaardigheid, vooral als je een hawkmoth bent. Deze insecten slurpen bloemnectar met een lang monddeel verwant aan een gigantisch buigend stro - allemaal terwijl ze in de lucht zweven terwijl hun voedselbronnen zwaaien in de wind.
gerelateerde inhoud
- De prachtige vleugels van Luna Moths gooien vleermuisaanvallen af
"Dat allemaal doen in lichtniveaus waar ik de hand voor mijn gezicht niet zou kunnen zien, dat is een behoorlijk opmerkelijk gedrag voor een dier met hersenen die veel kleiner zijn dan een erwt, " zegt Simon Sponberg, een neuromechanist bij Georgia Tech. Nu hebben Sponberg en zijn collega's ontdekt dat havikskruiden een ongebruikelijke truc hebben aangenomen om een dergelijke prestatie van de zintuigen te bereiken: onder omstandigheden met weinig licht kunnen de insecten de manier waarop hun hersenen licht verwerken, vertragen. Hoewel dit kosten met zich meebrengt - een langzamere reactietijd - voeden de insecten zich meestal met bloemen die precies op de juiste snelheid bewegen.
"Ze vermijden eigenlijk een afweging, omdat ze de extra gevoeligheid krijgen om hun visuele systemen te vertragen, maar ze vertragen het niet tot waar ze echt slecht zouden zijn in het volgen van de natuurlijke bloemen waar ze om geven, " legt Sponberg uit . "Ze zijn erg afgestemd op hun omgeving."
Hawkmoths hebben samengestelde ogen die bestaan uit facetten die ommatidia worden genoemd. Deze zijn bedekt met omhulsels die specifieke golflengten van licht buigen om kleine bundels visuele zenuwcellen te raken, die vervolgens signalen naar de hersenen sturen. Het brein verzamelt een mozaïek uit de rijkdom aan signalen om een beeld te creëren. In het donker trekt het omhulsel zich terug en absorbeert het oog zoveel mogelijk golflengten van licht.
"Het mechanisme is anders, maar het effect lijkt op het vergroten van het diafragma van een camera", zegt Sponberg. "Het verzamelt licht over een groter deel van de ruimte", wat zorgt voor een helderder beeld. Dit effect is echter niet voldoende om de mot echt in het donker te laten zien. “Het stelt de motten in staat om ongeveer duizend keer beter te zien dan ze normaal zouden kunnen zien in termen van lichtgevoeligheid. Maar dat is veel te weinig om 's nachts te kunnen zien', zegt Sponberg.
Sommige neurowetenschappers hadden gesuggereerd dat de insecten, die het grootste deel van hun voedsel voeden in de schemering, misschien hun lichtperceptie vertragen - een beetje zoals het vertragen van de sluitertijd op een camera om een beeld langer bloot te leggen. "Het dier zou licht voor een langere periode integreren, zodat het meer licht kon verzamelen en gevoeliger kon zijn voor slecht verlichte objecten, " zegt Sponberg.
Om dit te onderzoeken, heeft het laboratorium van Sponberg robotbloemen gebouwd die met gecontroleerde snelheden konden zwaaien. Het team volgde hoe hawkmoths reageerden op bloemen die met verschillende snelheden en in verschillende lichtniveaus bewegen. Door de reactietijden van de insecten te berekenen, zagen de onderzoekers dat de motbewegingen overeenkwamen met wiskundige modellen van langzamere hersenverwerking. Gemiddeld reageerden de nachtvlinders 17 procent langzamer in het donker. Het vermogen van de motten om de wuivende bloemen te volgen leek te capteren op 2 Hertz, of twee zwaaien per seconde. Alles hoger en ze misten hun doel, meldt het team vandaag in Science .
Van boven gezien beweegt een havik met een wuivende robotachtige bloem terwijl hij zich voedt. De video is vier keer vertraagd om de beweging van de mot beter te kunnen zien. (Sponberg Lab, Georgia Tech) De onderzoekers weten niet precies welke neuronen vertragen in de hersenen van de insecten. De motten veranderen echter niet de manier waarop ze bewegen, dus de snelheid moet worden aangepast in het deel van de hersenen dat het zicht regelt. "Het is niet alleen hoe snel ze kunnen zien, het is hoe snel ze heen en weer kunnen versnellen - de combinatie van zowel de fysica van hun hersenen als de fysica van hun lichaam", zegt Sponberg.
Dus is de snelheidsbeperking van de mot willekeurig, of heeft het werkelijke implicaties in het wild? Het team selecteerde bloemen bezocht door haviksen. Buiten namen ze video's op van de bewegende bloemen en volgden ze hun snelheid. Bloemen zwaaien niet alleen met een mooie, constante snelheid. Het team ontdekte echter dat de bloemen niet 90% van de tijd sneller dan 2 Hertz bewogen, of ze nu naar één kant blies of heen en weer bewoog.
Deze keer gezien vanaf de zijkant, volgt een havikskruid een robotachtige bloem onder zwak licht. Langzamer bewegende bloemen bleken gemakkelijker te volgen voor de motten. (Sponberg Lab, Georgia Tech) Wanneer deze motten nectar opslurpen, bestuiven ze ook de plant. In het bestuivingsspel zijn de bezienswaardigheden en geuren van bepaalde planten vaak geëvolueerd om nauwkeurig afgestemd te zijn op de zintuigen van hun favoriete bestuiver. Het nieuwe werk suggereert dat beweging net zo gecoördineerd kan zijn. Maar of de bloem of het insect grenzen aan deze relatie stelt, blijft onduidelijk. "Het zou hoe dan ook moeilijk te bewijzen zijn", merkt Eric Warrant op, een dierkundige aan de Universiteit van Lund in Zweden, die ook een perspectiefstuk over de studie schreef.
Verderop kan begrip van Hawkoth-visie en -vlucht toepassingen in robotica hebben, merkt Noah Cowan op, een ingenieur aan de Johns Hopkins University. De bevindingen kunnen "aanwijzingen geven over hoe een beter besturingssysteem of vluchtsysteem te bouwen", legt hij uit.
En vanuit een basisbiologisch perspectief is "het feit dat de motten net genoeg vertragen om nog steeds te reageren op de snelheid van bewegende bloemen, echt cool, en het laat zien hoe goed het mottenbrein is aangepast aan zijn omgeving, " voegt Jessica Fox toe, een neurowetenschapper bij Case Western Reserve die niet was aangesloten bij de studie. Tal van andere insecten moeten door verschillende lichtomgevingen navigeren - van fruitvliegen tot nachtelijke bijen en wespen. Hoewel deze bugs hun visuele verwerking mogelijk niet op precies dezelfde manier hebben aangepast, is het mogelijk dat andere dieren vergelijkbare strategieën gebruiken.
"De havik is het eerste dier waarin we deze strategie hebben gezien, " zegt Fox, "maar ik wed dat het niet de laatste zal zijn."
