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 eu lhe pedisse para pensar num animal assassino feroz, você talvez pensaria num leão, e, apesar de suas maravilhosas habilidades predatórias, seu índice de sucesso é só cerca de 20% na captura de uma refeição. Um dos caçadores de maior sucesso em todo o reino animal é surpreendente: a libélula. Libélulas são moscas assassinas e, quando veem uma mosca menor, têm cerca de 97% de chance de pegá-la para uma refeição. Isso ocorre em pleno voo. Mas como um inseto tão pequeno consegue ser tão preciso? Veremos, neste episódio, como o cérebro da libélula é altamente especializado para ser assassino mortal.
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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 faz da libélula um dos predadores de maior sucesso do reino animal? Primeiro: os olhos. Ela tem uma visão de quase 360 graus. Segundo: as asas. Com controle individual das asas, a libélula se move com precisão em qualquer direção. Mas o verdadeiro segredo do sucesso da libélula é como seu cérebro coordena essa informação complexa entre os olhos e as asas e transforma a caça em um simples reflexo. Para este estudo, Jaimie passou muito tempo se socializando com libélulas. O que é preciso para seus experimentos?
Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.
Jaimie Spahr: Primeiro, libélulas.
Oliver: I have a mesh cage to catch the dragonflies.
Oliver: Tenho uma rede para pegar as 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: Quanto mais eu trabalhava com elas, mais ficava aterrorizada. São muito assustadoras, especialmente sob um microscópio. Têm mandíbulas muito afiadas, costumam ser bastante agressivas, o que também 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 aprender o que acontece dentro do cérebro da libélula quando ela vê uma presa, vamos escutar uma conversa entre os olhos e as asas. Para isso, temos que anestesiar a libélula no gelo e nos certificar de proteger as asas para que possamos liberá-la depois. O cérebro da libélula é composto de células especializadas chamadas neurônios, que permitem a ela ver e se mover com rapidez. Os neurônios individuais formam circuitos que se conectam por meio de fios longos e minúsculos chamados axônios, sobre os quais os neurônios se comunicam usando eletricidade. Na libélula, colocaremos pequenos fios de metal, ou eletrodos, ao longo das trilhas do axônio. Isso é muito legal. Na libélula, há somente 16 neurônios, 8 por olho, que informam às asas a posição exata do alvo. Colocamos os eletrodos para gravar a partir desses neurônios que conectam os olhos às asas. Sempre que uma mensagem passa do olho para a asa, nosso eletrodo intercepta essa conversa na forma de uma corrente elétrica e a amplifica. Podemos ouvi-la e vê-la na forma de um pico, que também chamamos de 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.
Agora vamos escutar. Neste momento, temos a libélula virada de cabeça para baixo. Ela está olhando para o chão. Vamos pegar uma presa, o que, às vezes, chamamos de alvo. Neste caso, o alvo será uma mosca falsa. Vamos movê-la na mira da 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! Oh, veja isso. Observe, mas é apenas em uma direção. Ah, sim! Você não vê picos quando avanço, mas eles estão presentes quando volto.
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.
Em nossos experimentos, conseguimos ver que os neurônios da libélula disparavam quando movíamos o alvo em uma direção, mas não na 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.
Por quê? Lembra-se de que eu disse que a libélula tinha uma visão de quase 360 graus? Há uma seção do olho chamada fóvea, que é a parte com a acuidade visual mais nítida. Você pode pensar nela como uma mira. Lembra-se de que eu disse que a libélula tinha controle individual preciso de suas asas? Ao ver sua presa, a libélula treina sua mira sobre ela e, ao longo de seus axônios, envia mensagens apenas para os neurônios que controlam as partes das asas necessárias para manter a libélula no alvo. Portanto, se a presa estiver à esquerda da libélula, apenas os neurônios que puxam as asas para a esquerda são estimulados. Se a presa se mover para a direita da libélula, esses neurônios não serão necessários e permanecerão quietos. A libélula acelera em direção à presa em um ângulo fixo que é comunicado por essa mira às asas e então, 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 isso acontece em uma fração de segundo e é fácil para a libélula, quase como um reflexo. Todo esse processo incrivelmente eficaz é chamado de 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 nesse processo. Vimos como os neurônios reagem a movimentos, mas como a libélula sabe que algo é realmente uma presa? É aqui que o tamanho importa.
Let's show the dragonfly a series of dots. Oh, yeah!
Vamos mostrar à libélula uma série de pontos. Ah, sim!
JS: Yeah, it prefers that one.
JS: Sim, ela prefere esse.
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 libélula reagiu a alvos menores em vez dos maiores. Em outras palavras, a libélula foi programada para perseguir moscas menores versus algo muito maior, como um pássaro. Assim que reconhece algo como uma presa, a pobre mosca tem apenas alguns segundos de vida. Hoje conseguimos ver como o cérebro da libélula funciona para torná-la uma assassina muito eficaz. E sejamos gratos por não termos vivido há 300 milhões de anos, quando as libélulas eram do tamanho de gatos.