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 je vous disais de penser à un animal tueur féroce, vous penseriez à un lion et malgré les merveilleuses compétences de prédateur d'un lion, son taux de réussite à attraper un repas n'est que d'environ 20%. L'un des chasseurs les plus performants de tout le monde animal est surprenant : la libellule. Les libellules sont des insectes tueurs et avec un insecte plus petit, elles l'attrapent pour le manger 97 fois sur 100. Tout cela en vol. Comment un si petit insecte peut-il être si précis ? Dans cet épisode, nous allons voir comment le cerveau de la libellule est hautement spécialisé pour tuer.
[DIY Neuroscience]
[De la neuroscience à faire soi-même]
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?
Qu'est-ce qui fait de la libellule un des meilleurs prédateurs du monde animal ? D'abord, ce sont ses yeux. Elle a une vision à près de 360 degrés. Ensuite, ses ailes. Avec un contrôle individuel de ses ailes, la libellule peut se déplacer avec précision. Le vrai secret de la réussite de la libellule, c'est la façon dont son cerveau coordonne ces informations complexes entre les yeux et les ailes et fait de la chasse un simple réflexe. Pour étudier cela, Jaimie a passé beaucoup de temps à fréquenter des libellules. De quoi as-tu besoin pour tes expériences ?
Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.
Jaimie Saphr : Pour commencer, de libellules.
Oliver: I have a mesh cage to catch the dragonflies.
Oliver : J'ai un filet pour les attraper.
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 : Plus je travaillais avec elle, plus elles m'effrayaient. Elles sont terrifiantes, surtout au microscope. Elles ont des mandibules tranchantes, sont généralement agressives, ce qui doit aussi les aider à être de très bonnes prédatrices.
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 : Pour découvrir ce qu'il se passe dans le cerveau de la libellule à la vue d'une proie, nous allons écouter une conversation entre les yeux et les ailes et pour cela, il faut anesthésier la libellule sur de la glace et s'assurer de protéger ses ailes pour pouvoir ensuite la libérer. Le cerveau de la libellule est fait de cellules spécialisées, les neurones, et ces neurones permettent à la libellule de voir et se déplacer si vite. Les neurones forment des circuits en se connectant entre eux via de longs fils fins appelés axones et les neurones communiquent via ces axones avec de l'électricité. Chez la libellule, nous allons placer de petits fils de métal, des électrodes, le long des axones et c'est la partie cool. Chez la libellule, il n'y a que 16 neurones, soit huit par œil, indiquant aux ailes exactement où est la cible. Nous avons placé les électrodes pour enregistrer l'activité des neurones connectant les yeux aux ailes. Quand un message est transmis de l’œil à l'aile, notre électrode intercepte cette conversation sous la forme d'un courant électrique et l'amplifie. Nous pouvons l'entendre et la voir sous la forme d'un pic que nous pouvons appeler potentiel d'action.
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.
Écoutons. Actuellement, la libellule est retournée, elle regarde donc vers le sol. Nous allons prendre une proie ou ce que nous appelons une cible. Dans ce cas, la cible va être une fausse mouche. Nous allons la déplacer dans le champ de vision de la libellule.
(Buzzing)
(Bourdonnement)
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 ! Oh, regardez. Regardez, mais ce n'est que dans une direction. Oh oui ! Vous ne voyez pas de pics quand j'avance, ils sont tous quand je reviens.
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.
Dans nos expériences, nous avons pu voir que les neurones de la libellule s'activaient en bougeant la cible dans une direction mais pas l'autre.
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.
Pourquoi ? J'ai dit que la libellule avait une vision à près de 360 degrés. Il y a une section de l’œil appelée fovéa, qui est la partie ayant l'acuité visuelle la plus aiguë, vous pouvez la voir comme un réticule. J'ai dit que la libellule avait un contrôle individuel et précis de ses ailes. Quand une libellule voit sa proie, elle entraîne ses réticules dessus et le long de ses axones, elle envoie des messages seulement aux neurones contrôlant les parties des ailes permettant de maintenir la libellule sur sa cible. Si la proie est sur la gauche de la libellule, seuls les neurones entraînant les ailes vers la gauche s'activent. Si la proie se déplace vers la droite de la libellule, ces mêmes neurones ne sont pas nécessaires et demeurent silencieux. La libellule avance vers la proie à un angle donné communiqué aux ailes par sa ligne de mire et boum, elle a son dîner.
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.
Tout cela se déroule en un instant et sans peine pour la libellule. C'est presque comme un réflexe. Et ce processus incroyablement efficace est appelé la fixation.
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.
Mais il y a autre chose à dire sur ce processus. Nous avons vu la réponse des neurones aux mouvements, mais comment la libellule sait-elle que c'est une proie ? C'est là que la taille compte.
Let's show the dragonfly a series of dots. Oh, yeah!
Montrons à la libellule une série de points. Oh oui !
JS: Yeah, it prefers that one.
JS : Elle préfère celle-là.
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 toutes les tailles, nous avons découvert que la libellule répondait aux cibles plus petites. Autrement dit, la libellule était programmée pour chasser de petits insectes plutôt qu'une chose plus grosse comme un oiseau. Dès qu'elle reconnaît une chose comme étant une proie, ce pauvre petit insecte n'a plus que quelques secondes à vivre. Nous avons vu comment le cerveau de la libellule en fait une tueuse efficace. Soyons reconnaissants de ne pas avoir vécu il y a 300 millions d'années quand les libellules étaient de la taille des chats.