本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
关于科学博客,我最喜欢的事情之一是有机会了解全新的事物。 当然,我们大多数时候都有这个机会,但是每周要找三次博客内容肯定会让我保持警惕。 而且我学到的东西可能非常有趣! 通常是关于藤壶精子或浪漫小说的进化心理学,但也有其他适合工作场所的有趣事物!
而今天,我的兴趣在于蜻蜓。 这些小家伙太神奇了。 我惭愧地说,直到今天,我仍然不知道蜻蜓是掠食者。 我不知道我以为它们吃什么,但肯定不包括其他虫子(有点像蝴蝶,我个人认为蝴蝶靠阳光生存。 你知道,我看不到它们的嘴巴*)。 但事实上,蜻蜓是非常令人印象深刻的掠食者,它们吃蚂蚁、蚊子甚至黄蜂。 它们可以独立控制前翅和后翅,这意味着它们甚至可以倒飞。 它们生命周期的大部分时间(长达五年)都在水下以稚虫形态度过。 蜻蜓。 它们比你想象的更酷。
当我读到这篇论文时,我对它们的迷恋甚至更深了。 你看,它们不仅可以独立控制每一对翅膀,而且只有八对细胞在进行主要的协调,从而产生了极其复杂的一系列行为,而这仅仅来自于极少数的细胞。
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Gonzalez-Bellido 等人。“蜻蜓中的八对下行视觉神经元为翅膀运动中心提供了准确的猎物方向群体向量” PNAS,2013。
(来源)
作者记录了大量蜻蜓的视觉神经元,当时向它们展示了在视野中移动的猎物。 这种特殊的物种会栖息并等待猎物从上方飞过。
这些蜻蜓拥有一组称为小目标运动检测器的神经元,它们专门检测潜在猎物的小而快速的运动。 作者假设这些神经元直接通向下行运动神经元,这些神经元可以在攻击期间控制蜻蜓的轨迹。 这些下行运动神经元只有八对。 如果它们确实与来自小目标运动检测器的视觉信息直接相关联,那么作者假设它们会反应非常迅速,并且每个运动神经元都将对应于视野的一部分。
他们记录了运动神经元的活动,发现猎物运动非常迅速地激活了下行运动神经元,并且这种激活与快速拦截猎物有关。 他们还能够证明,每个下行运动神经元都对应于蜻蜓视野中非常特定区域的激活,这表明从视觉场到翅膀的运动控制之间存在直接且非常快速的线路。
视觉场都是部分重叠的,在中心线处形成了一个非常高灵敏度的区域。 由于运动神经元直接激活翅膀,蜻蜓可以纠正其运动并以闪电般的速度保持在目标上。
并且由于来自这些神经元的重叠视野,不仅反应速度快,而且精度也很高。 视野一侧的运动将导致一小部分但非常特定的神经元子集被激活,并且这种群体水平的活动使蜻蜓能够准确地朝猎物的方向前进。 这是一个很小的细胞群(总共只有 8 对),它们协同作用,具有令人难以置信的高精度。 并且这种处理甚至不是发生在大脑中! 它发生在胸神经节中,胸神经节是位于大脑本身之外的较小神经元群。
这本身就令人印象深刻(对于试图开发基于蜻蜓形态的机器人的人们来说也很重要),更令人惊讶的是,要意识到这种视觉到运动回路可能有多么古老。 在石炭纪时期,大约 3 亿年前,就出现了巨型蜻蜓。 意识到如此优雅的系统可能已经存在了这么长时间,真是令人难以置信。 但它既简单又高效,那么为什么要改变呢?
Gonzalez-Bellido PT, Peng H, Yang J, Georgopoulos AP, & Olberg RM (2013)。 蜻蜓中的八对下行视觉神经元为翅膀运动中心提供了准确的猎物方向群体向量。《美国国家科学院院刊》,110 (2), 696-701 PMID: 23213224
*开玩笑的! 开玩笑的!