Greg Gage: If I asked you to think of a ferocious killer animal, you'd probably think of a lion, and for all the wonderful predatory skills that a lion has, it still only has about a 20 percent success rate at catching a meal. Now, one of the most successful hunters in the entire animal kingdom is surprising: the dragonfly. Now, dragonflies are killer flies, and when they see a smaller fly, they have about a 97 percent chance of catching it for a meal. And this is in mid-flight. But how can such a small insect be so precise? In this episode, we're going to see how the dragonfly's brain is highly specialized to be a deadly killer.
Greg Gage: Si te pidiera pensar en un feroz asesino animal, a lo mejor pensarías en un león. Y a pesar de toda la habilidad predadora que posee un león, solo tiene una taza de éxito de 20 % de atrapar su alimento. Uno de los cazadores más exitosos en todo el reino animal te sorprenderá: la libélula. Las libélulas son moscas asesinas, y cuando ven una mosca más pequeña, tienen una probabilidad del 97 % de atraparla para comer. Y esto es a medio vuelo. Pero ¿cómo puede ser tan preciso un insecto tan pequeño? En este episodio, veremos que el cerebro de la libélula está muy especializado, y eso la hace un asesino letal.
[DIY Neuroscience]
[Neurociencia casera]
So what makes the dragonfly one of the most successful predators in the animal kingdom? One, it's the eyes. It has near 360-degree vision. Two, the wings. With individual control of its wings, the dragonfly can move precisely in any direction. But the real secret to the dragonfly's success is how its brain coordinates this complex information between the eyes and the wings and turns hunting into a simple reflex. To study this, Jaimie's been spending a lot of time socializing with dragonflies. What do you need to do your experiments?
¿Qué hace de la libélula uno de los depredadores más exitosos del reino animal? Uno: los ojos. Tiene la visión de casi 360 grados. Dos: las alas. Mediante el control individual de sus alas, la libélula puede moverse con precisión en cualquier dirección. Pero el verdadero secreto del éxito de la libélula es cómo su cerebro coordina esta información compleja entre los ojos y las alas y convierte la caza en un simple reflejo. Para estudiar esto, Jaimie ha pasado mucho tiempo socializando con libélulas. ¿Qué necesitas para hacer tus experimentos?
Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.
Jaimie Spahr: Primero, libélulas.
Oliver: I have a mesh cage to catch the dragonflies.
Oliver: Uso una jaula de malla para capturar las libélulas.
JS: The more I worked with them, the more terrified I got of them. They're actually very scary, especially under a microscope. They have really sharp mandibles, are generally pretty aggressive, which I guess also helps them to be really good predators.
JS: Cuanto más trabajé con ellas, más me aterrorizaron. La verdad es que son aterradoras, especialmente bajo un microscopio. Tienen las mandíbulas muy afiladas, y son bastante agresivas. Supongo que eso les ayuda a ser muy buenos depredadores.
GG: In order to learn what's going on inside the dragonfly's brain when it sees a prey, we're going to eavesdrop in on a conversation between the eyes and the wings, and to do that, we need to anesthetize the dragonfly on ice and make sure we protect its wings so that we can release it afterwards. Now, the dragonfly's brain is made up of specialized cells called neurons and these neurons are what allow the dragonfly to see and move so quickly. The individual neurons form circuits by connecting to each other via long, tiny threads called axons and the neurons communicate over these axons using electricity. In the dragonfly, we're going to place little metal wires, or electrodes, along the axon tracks, and this is what's really cool. In the dragonfly, there's only 16 neurons; that's eight per eye that tell the wings exactly where the target is. We've placed the electrodes so that we can record from these neurons that connect the eyes to the wings. Whenever a message is being passed from the eye to the wing, our electrode intercepts that conversation in the form of an electrical current, and it amplifies it. Now, we can both hear it and see it in the form of a spike, which we also call an action potential.
GG: Para saber lo que ocurre en el cerebro de la libélula cuando ve la presa, escuchamos a escondidas una conversación entre los ojos y las alas. Para hacerlo, necesitamos anestesiar a la libélula sobre hielo y proteger sus alas para poder liberarla después. El cerebro de la libélula se compone de células especializadas llamadas neuronas. Y esas neuronas son las que permiten a la libélula ver y moverse tan rápido. Las neuronas individuales forman circuitos interconectados a través de largos y delgados filamentos llamados axones. Las neuronas se comunican por estos axones, mediante electricidad. Metemos pequeños alambres, o electrodos, en la libélula, por las vías axonales. Y esto es muy interesante: En la libélula, hay solo 16 neuronas, ocho por ojo, que le dicen a las alas exactamente dónde está el blanco. Pusimos los electrodos para poder grabar de las neuronas que conectan los ojos con las alas. Cada vez que se envía un mensaje del ojo al ala, el electrodo intercepta esa conversación en forma de corriente eléctrica y la amplifica. Ahora podemos escucharla y verla en la forma de pico, que también se llama una potencia activa.
Now let's listen in. Right now, we have the dragonfly flipped upside down, so he's looking down towards the ground. We're going to take a prey, or what we sometimes call a target. In this case, the target's going to be a fake fly. We're going to move it into the dragonfly's sights.
Escuchémosla. En este momento tenemos a la libélula boca abajo, entonces está mirando hacia el suelo. Tomamos una presa o lo que a veces llamamos un blanco. En este caso, el blanco es una mosca falsa. La movemos hasta estar a la vista de la libélula.
(Buzzing)
(Zumbido)
Oh! Oh, look at that. Look at that, but it's only in one direction. Oh, yes! You don't see any spikes when I go forward, but they're all when I come back.
¡Oh! ¡Mira eso! Mira eso. Pero solo ocurre con una dirección. ¡Sí! No se ve ningún pico cuando voy para adelante, pero están allí cuando voy para atrás.
In our experiments, we were able to see that the neurons of the dragonfly fired when we moved the target in one direction but not the other.
En nuestros experimentos, pudimos ver que las neuronas de la libélula dispararon cuando movimos el punto en una dirección, pero no en la otra.
Now, why is that? Remember when I said that the dragonfly had near 360-degree vision. Well, there's a section of the eye called the fovea and this is the part that has the sharpest visual acuity, and you can think of it as its crosshairs. Remember when I told you the dragonfly had individual precise control of its wings? When a dragonfly sees its prey, it trains its crosshairs on it and along its axons it sends messages only to the neurons that control the parts of the wings that are needed to keep that dragonfly on target. So if the prey is on the left of the dragonfly, only the neurons that are tugging the wings to the left are fired. And if the prey moves to the right of the dragonfly, those same neurons are not needed, so they're going to remain quiet. And the dragonfly speeds toward the prey at a fixed angle that's communicated by this crosshairs to the wings, and then boom, dinner.
¿Por qué pasó así? ¿Recuerdas cuando dije que la libélula tiene la visión de casi 360 grados? Hay una sección del ojo llamada la fóvea y esta es la parte con la mayor agudeza visual. Piénsalo como su punto de mira. ¿Recuerdas cuando dije que la libélula tiene el control individual de sus alas? Cuando una libélula ve a su presa, apunta su punto de mira hacia ella y a través de sus axones, envía mensajes solo a las neuronas que controlan las partes de las alas que se necesitan para guiar a la libélula al blanco. Entonces si la presa está a la izquierda de la libélula, solo se disparan las neuronas que tiran de las alas a la izquierda. Y si la presa se mueve a la derecha de la libélula, esas mismas neuronas ya no se necesitan y se quedan inactivas. La libélula corre hacia la presa a un ángulo fijo que se comunica por este punto a las alas, y luego -¡boom!- la cena.
Now, all this happens in a split second, and it's effortless for the dragonfly. It's almost like a reflex. And this whole incredibly efficient process is called fixation.
Todo esto ocurre en un instante, y sin esfuerzo por parte de la libélula. Es casi como un reflejo. Este proceso increíblemente eficaz se llama fijación.
But there's one more story to this process. We saw how the neurons respond to movements, but how does the dragonfly know that something really is prey? This is where size matters.
Pero hay algo más en este proceso. Vimos cómo las neuronas respondieron a los movimientos, pero ¿cómo sabe la libélula que algo sí es presa? Aquí el tamaño importa.
Let's show the dragonfly a series of dots. Oh, yeah!
Mostrémosle a la libélula una serie de puntos. ¡Sí!
JS: Yeah, it prefers that one.
JS: Sí, prefiere ese.
GG: Out of all the sizes, we found that the dragonfly responded to smaller targets over larger ones. In other words, the dragonfly was programmed to go after smaller flies versus something much larger, like a bird. And as soon as it recognizes something as prey, that poor little fly only has seconds to live. Today we got to see how the dragonfly's brain works to make it a very efficient killer. And let's be thankful that we didn't live 300 million years ago when dragonflies were the size of cats.
GG: De todos los tamaños, encontramos que la libélula respondió a los objetos pequeños más que a los grandes. Es decir, que la libélula está programada para perseguir moscas más pequeñas versus algo mucho más grande, como un pájaro. Y tan pronto como identifique algo como la presa, a esa pobrecita mosca, solo le quedan segundos de vida. Hoy vimos cómo funciona el cerebro de la libélula y que eso la convierte en un depredador muy eficaz. Agradezcamos que no vivimos hace 300 millones de años, cuando las libélulas eran del tamaño de los gatos.