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.
(グレッグ・ゲイジ) 恐ろしい 殺し屋の動物といえば ライオンを 思い浮かべるでしょう ライオンは捕食者として 優れた能力を持っていますが それでも狩りの成功率は 20%程度です 動物界において 最も成功率の高い狩人は 驚くなかれ トンボなのです トンボは昆虫界の殺し屋で 小さなハエを見つけると 97%ほどの確度で 捕らえて食べてしまいます それも空中でです こんな小さな昆虫がどうして そんな高い精度を持つのでしょう 今回は トンボの脳が いかに殺し屋としての能力に よく特化しているかを見ます
[DIY Neuroscience]
[手作り神経科学]
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?
ではいったい何が トンボを動物界最高の 捕食者にしているのでしょう 1つ目はその眼です 360°近い視野があります 2つ目は羽です 4枚の羽を個々に 制御することで トンボはどの方向にでも 正確に移動できます でも トンボの成功の 本当の秘密は 脳が複雑な情報を 眼と羽の間で協調させ 狩りを単純な反射運動に 変えていることにあります その研究のため ジェイミーはトンボ相手に 長い時間を過ごしています 実験には何が必要なの?
Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.
(ジェイミー・スパー) まずトンボね
Oliver: I have a mesh cage to catch the dragonflies.
(トンボ捕りのオリバー) トンボを 捕まえておくのに虫かごを使います
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.
(ジェイミー) トンボは付き合うほどに 怖くなってくるわ 特に顕微鏡で見ると すごく怖くて とても鋭い顎があって 基本的にかなり攻撃的で そういうところも 優れた捕食者向きなんだと思う
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.
(グレッグ) 獲物を見つけた トンボの脳で 何が起きているのか 知るために 眼と羽の間の会話を 盗み聞いてみようと 思います そのためにトンボを 氷で麻酔し 後で放してあげられるよう 羽を傷つけないようにします トンボの脳は神経細胞という 特殊な細胞でできていて それがトンボを ああも素早く 見て動けるようにしています 個々の神経細胞は 軸索という 長く微細な線で互いに繋がって 神経回路を構成し 神経細胞はこの軸索を通る 電気によって通信しています トンボの軸索に沿って 小さな金属線の電極を 付けてやります すごいでしょう トンボはそれぞれの眼に 8個ずつ 計16個の神経細胞だけで 羽に標的の位置を教えています 電極を付けたので 眼と羽を結ぶ神経細胞から 記録を取ることができます 眼から羽にメッセージが 伝達されると 電極がそれを電流として捉え それを増幅します これで波形の山として見たり 音として聞けるようになります 活動電位と呼んでいるものです
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.
ひとつ聞いてみましょう 今 トンボは上下逆さまになっていて 地面の方を見ています 標的となる獲物を用意します ここで標的に使うのは 偽物のハエです それをトンボの視界で動かします
(Buzzing)
(ザーッ)
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.
おっと ほら 見て 一方向でしか反応しないな そーら 来た 前に動かしても反応しないけど 後ろに戻すと反応するね
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.
我々の実験で トンボの神経細胞は 標的をある方向に動かすと発火し 逆方向では反応しないのが 分かりました
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.
なぜなのでしょう? トンボには360°近い 視野があると言いましたよね 眼は中心窩と呼ばれる部分で 視覚の解像度が最も高くなっています 照準みたいなものと思ってください トンボは個々の羽を 正確に制御できると言いましたが トンボは獲物を見つけると それに照準を合わせ 標的を捉え続けるのに必要な 羽を制御する神経細胞にだけ 軸索を通して メッセージを送ります だから獲物が トンボの左にいれば 左へと羽を操る 神経細胞だけが発火します 獲物が右に動くときは その神経細胞は必要ないので 反応しないのです この照準と羽の間で 伝えられる角度で トンボは獲物へと急接近し ごちそうにありつきます
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.
すべては瞬時に起こり トンボは難なくこなします ほとんど反射的です この極めて効率的なプロセスは 固視と呼ばれています
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.
このプロセスについて もうひとつ面白いことがあります 動きに対して神経細胞が どう反応するか見ましたが トンボは獲物かどうかを どうやって知るのでしょう? 大きさがポイントになります
Let's show the dragonfly a series of dots. Oh, yeah!
トンボにいろんな大きさの黒丸を 見せてみましょう そら 来た!
JS: Yeah, it prefers that one.
(ジェイミー) これがお気に召したみたいね
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.
(グレッグ) トンボは大きな黒丸より 小さな黒丸に良く反応しました トンボは鳥みたいに 大きなものでなく ハエみたいに小さなものを追うよう プログラムされているのです トンボに獲物と認められたら最後 哀れな小さなハエの 余命はわずかです トンボを優れた 殺し屋にするために その脳がどのように 働いているのかを見ました 我々の生きているのが3億年前で なかったのをありがたく思いましょう 当時は猫ほどもある トンボがいたんです