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 Cage: Se vi chiedessi di pensare a un feroce predatore forse pensereste a un leone, ma il leone, nonostante tutte le sue abilità predatorie, ha solo il 20% di probabilità di riuscire a catturare la preda. Ora, uno dei predatori di maggior successo dell’intero regno animale è, a sorpresa, la libellula. Le libellule cacciano le mosche e quando ne vedono una piccola, hanno circa il 97% di probabilità di riuscire a catturarla. E questo mentre sono in volo. Ma come può un insetto così piccolo essere così preciso? In questo episodio, vedremo come il cervello della libellula sia altamente specializzato per uccidere.
[DIY Neuroscience]
[NEUROSCIENZA FAI-DA-TE]
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?
Cosa rende la libellula uno dei predatori di maggior successo del regno animale? Primo, gli occhi. Ha una vista a quasi 360 gradi. Secondo, le ali. Grazie al controllo separato delle ali può muoversi con precisione in ogni direzione. Ma il vero segreto del successo della libellula è il modo in cui il suo cervello coordina queste complesse informazioni tra gli occhi e le ali rendendo la caccia un semplice riflesso. Per studiare questo, Jaimie ha passato molto tempo a socializzare con le libellule. Cosa serve per gli esperimenti?
Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.
JS: Prima di tutto, le libellule.
Oliver: I have a mesh cage to catch the dragonflies.
Oliver: Ho un retino per catturare le libellule.
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: Più lavoravo con loro, più mi spaventavano. Sono davvero spaventose, sopratutto al microscopio. Hanno mandibole affilate, sono generalmente aggressive, cosa che le aiuta ad essere dei buoni predatori.
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.
Per sapere cosa succede nel cervello di una libellula quando vede una preda, origlieremo una conversazione fra gli occhi e le ali. Per farlo, dobbiamo anestetizzare la libellula col ghiaccio facendo in modo di proteggere le ali così da poterla poi liberare. Il cervello della libellula è formato da cellule specializzate chiamate <i>neuroni</i> e questi neuroni le permettono di vedere e muoversi rapidamente. I singoli neuroni formano dei circuiti connettendosi fra di loro tramite lunghi fili sottili, detti <i>assoni</i>, e i neuroni comunicano attraverso gli assoni usando l'elettricità. Metteremo dei piccoli fili metallici, o elettrodi, nella libellula lungo gli assoni. Ed ecco la cosa davvero forte. Nella libellula, ci sono solo 16 neuroni, otto per ciascun occhio, che dicono alle ali l’esatta posizione del bersaglio. Abbiamo posizionato gli elettrodi per registrare da questi neuroni che connettono gli occhi alle ali. Ogni volta che viene trasmesso un messaggio dall’occhio all’ala, l’elettrodo intercetta il dialogo sotto forma di corrente elettrica, e lo amplifica. Adesso possiamo ascoltarlo e vederlo sotto forma di un picco, detto anche <i>potenziale d’azione</i>.
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.
Ora ascoltate. In questo momento la libellula è capovolta quindi sta guardano per terra. Prenderemo una preda, o quello che chiamiamo un bersaglio. In questo caso, il bersaglio sarà una mosca finta. La muoveremo davanti a lei.
(Buzzing)
(Ronzio)
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, guarda. La vede, ma solo in una direzione. Oh, sì! Non si vede nessun picco se lo muovo in avanti ma si vedono quando torno indietro.
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.
Con i nostri esperimenti, abbiamo potuto vedere che i neuroni della libellula sparano quando muoviamo il bersaglio in una direzione, ma non nell’altra.
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.
Perché questo? Ricordate quando ho detto che la libellula ha una vista a quasi 360 gradi? Beh, c’è una sezione dell’occhio chiamata <i>fovea</i> in cui la vista è più acuta. Potete immaginarvela come un mirino. Ricordate quando ho detto che la libellula può muovere le ali separatamente? Quando vede una preda, punta il suo mirino su di essa e, attraverso gli assoni, manda un messaggio solo ai neuroni che controllano le parti delle ali che servono a tenere la libellula sul bersaglio. Quindi se la preda è alla sinistra della libellula, sparano solo i neuroni che controllano le ali a sinistra. E se la preda si sposta alla sua destra, quei neuroni non servono, quindi rimangono inattivi. E la libellula si lancia verso la preda con un angolo stabilito dal messaggio trasmesso dal suo mirino alle ali, e poi boom, la cena è pronta.
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.
Tutto ciò accade in una frazione di secondo, senza sforzo da parte della libellula. È quasi come un riflesso. E questo processo così efficiente si chiama <i>attenzione selettiva</i>.
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.
Ma c’è ancora una cosa riguardo a questo processo. Abbiamo visto come rispondono i neuroni ai movimenti ma come fa la libellula a capire se si tratta di una preda? Qui contano le dimensioni.
Let's show the dragonfly a series of dots. Oh, yeah!
Mostriamo alla libellula una serie di punti.
JS: Yeah, it prefers that one.
Sì, preferisce questo qui.
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.
Fra tutte le dimensioni, la libellula reagiva di più ai bersagli piccoli che a quelli grandi. In altre parole, la libellula è programmata per cacciare piccole mosche anziché qualcosa di più grande, come un uccello. E non appena riconosce qualcosa come preda, a quella povera piccola mosca restano pochi secondi di vita. Abbiamo visto come funziona il cervello di una libellula rendendola un così abile killer. E ringraziamo il fatto di non aver vissuto 300 milioni di anni fa quando le libellule erano grandi come gatti.