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: Se pensarem num animal que é um assassino feroz, talvez pensam num leão, Mas, apesar de todas as qualidades predatórias que um leão tem, ele só tem cerca de 20% de sucesso a apanhar uma presa. Um dos caçadores mais bem sucedidos em todo o reino animal é uma surpresa: é a libelinha. As libelinhas são insetos assassinos, quando veem uma mosca pequena, têm cerca de 97% de hipóteses de a apanhar para uma refeição. Isto, enquanto voam. Mas como pode um inseto tão pequeno ser tão exato? Neste episódio vamos ver como o cérebro da libelinha é altamente especializado para um assassino mortal.
[DIY Neuroscience]
[Neurociência Caseira]
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?
O que torna a libelinha um dos predadores mais bem sucedidos de todo o reino animal? Número um, os seus olhos. Tem uma visão de 360 graus. Número dois, as asas. Com um controlo independente das asas, a libelinha pode mover-se com precisão em qualquer direção. Mas o segredo do sucesso da libelinha é a forma como o cérebro coordena a complexa informação entre os olhos e as asas o que torna a caçada num simples reflexo. Para estudar isto, Jamie tem passado muito tempo a socializar com as libelinhas. O que precisas para as tuas experiências?
Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.
Jamie Spahr: Primeiro, precisamos de libelinhas.
Oliver: I have a mesh cage to catch the dragonflies.
Oliver: Tenho uma rede para apanhar libelinhas.
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: Quanto mais trabalho com elas, mais medo me metem. São muito assustadoras, sobretudo vistas ao microscópio. Têm mandibulas muito afiadas, e são muito agressivas, o que as ajuda a serem boas predadoras.
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 perceber o que se passa no cérebro de uma libelinha quando vê uma presa, vamos ouvir uma conversa entre os olhos e as asas dela. Para isso, precisamos de a anestesiar com gelo e de proteger as asas dela para depois podermos libertá-la. O cérebro da libelinha é feito de células especializadas chamadas neurónios, Estes neurónios são o que permite à libelinha ver e mover-se tão depressa. Os neurónios formam circuitos ao conectarem-se uns ao outros através de uns fios pequenos e compridos chamados axónios. Os neurónios comunicam através destes axónios usando eletricidade. Vamos colocar na libelinha pequenos fios de metal, ou elétrodos, ao longo dos axónios. Isto é mesmo interessante. A libelinha só tem 16 neurónios — oito em cada olho — que dizem às asas exatamente onde está o alvo. Colocámos os elétrodos de modo a poder gravar a partir dos neurónios que conectam os olhos às asas. Quando uma mensagem passa do olho para a asa, os nossos elétrodos intercetam a conversa sob a forma de corrente elétrica, e amplificam-na. Agora podemos ouvi-la e vê-la sob a forma de um pico, a que chamamos potencial de ação.
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.
Vamos ouvir. Neste momento, temos a libelinha virada de cabeça para baixo, por isso está a olhar para o chão. Vamos usar uma presa, ou aquilo a que, por vezes, chamamos de alvo. Neste caso, o alvo vai ser uma mosca falsa. Vamos movê-la até ao campo de visão da libelinha.
(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! Olhem para isto. Olhem para isto, mas é apenas numa direção. Oh, sim! Não vemos nenhuns picos quando avançamos, mas estão lá quando recuamos.
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.
Nas nossas experiências, víamos que os neurónios da libelinha se acendiam quando mudávamos o alvo para uma direção mas não para a outra.
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.
Porque será? Lembram-se quando eu disse que a libelinha tinha uma visão de quase 360 graus? Bem, há uma parte do olho chamada fóvea que é a parte com maior acuidade visual. Podem pensar nessa parte como uma mira. Lembram-se quando vos disse que ela tinha controlo independente sobre as asas? Quando a libelinha vê a sua presa, aponta a sua mira para ela e, pelos seus axónios, manda mensagens apenas para os neurónios que controlam as partes das asas necessárias para manter a libelinha na mira. Assim, se a presa está à esquerda da libelinha, só disparam os neurónios responsáveis por controlar a asa esquerda. Se a presa se movimentar para a direita da libelinha, esses neurónios não são precisos por isso ficam quietos Quando a libelinha avança para a presa num ângulo fixo, isso é comunicado pela mira para as asas. Depois bum! jantar.
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.
Tudo isto acontece numa fração de segundos e não custa nada à libelinha. É quase como um reflexo. Este processo incrivelmente eficiente chama-se fixação.
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.
Mas há mais uma história neste processo. Vimos como os neurónios reagem a movimentos, mas como é que a libelinha sabe que aquilo é mesmo uma presa? O tamanho é importante.
Let's show the dragonfly a series of dots. Oh, yeah!
Vamos mostrar à libelinha uma série de pontos. Oh, sim!
JS: Yeah, it prefers that one.
JS: Sim, ela prefere aquele.
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 os tamanhos, descobrimos que a libelinha prefere alvos mais pequenos do que maiores. Por outras palavras, a libelinha foi programada para caçar moscas pequenas e não uma coisa maior, como um pássaro. Assim que reconhece algo como uma presa, essa pequena mosca só tem segundos para viver. Hoje vimos como funciona o cérebro de uma libelinha que a transforma numa assassina eficaz. Ainda bem que não vivemos há 300 milhões de anos quando as libelinhas eram do tamanho de gatos.