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.
Vahşi bir katil hayvanı düşünmenizi isteseydim muhtemelen bir aslan düşünürdünüz. Bir aslan sahip olduğu tüm harika yırtıcı becerilerine rağmen hala yemek yakalamada sadece yüzde 20'lik başarı oranına sahip. Tüm hayvanlar alemindeki en başarılı avcılardan biri oldukça şaşırtıcı: Yusufçuk böceği. Yusufçuklar katil sinekler ve daha küçük bir sinek gördüklerinde yemek için yakalama şansları yaklaşık %97 oranında. Bu yusufçuk uçuşun ortasında. Ama böyle küçük bir böcek nasıl bu kadar kusursuz olabilir? Bu bölümde yusufçuk beyninin ölümcül bir katil olmak için nasıl uzmanlaştığını göreceğiz.
[DIY Neuroscience]
[DIY Sinir Bilimi]
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?
Yusufçuğu hayvanlar aleminin en başarılı yırtıcılarından biri yapan şey ne? Birincisi, gözleri. Gözleri 360 dereceye yakın bir görüşe sahip. İkincisi, kanatları. Kanatlarının bireysel kontrolü ile yusufçuk tam olarak herhangi bir yönde hareket edebilir. Ancak yusufçuğun başarısının gerçek sırrı beyninin gözler ve kanatlar arasındaki bu karmaşık bilgiyi nasıl koordine ettiği ve avlanmayı basit bir refleks haline getirdiği ile alakalı. Bunu incelemek için Jaimie, yusufçuklar ile vakit geçirmeye çok zaman harcıyor. Deneyleriniz için neye ihtiyacınız var? Jaimie Spahr: Her şeyden önce yusufçuklara ihtiyacımız var.
Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.
Oliver: I have a mesh cage to catch the dragonflies.
Oliver: Yusufçukları yakalamak için örgü kafesim var.
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: Onlarla çalıştıkça onlardan daha çok korkuyorum. Gerçekten çok korkutucular, özellikle mikroskop altında. Yusufçukların gerçekten iyi bir avcı olmalarını sağlayan oldukça sert olan alt çene kemikleri var.
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.
Yusufçuğun av gördüğünde beyninde neler olduğunu öğrenmek için gözler ve kulaklar arasındaki bir sohbete kulak misafiri olacağız. Bunu yapmak için yusufçuğu buz üstünde uyuşturmalıyız ve daha sonra serbest bırakabilmek için kanatlarını koruduğumuzdan emin olmalıyız. Yusufçukların beyni nöron adı verilen özel hücrelerden oluşur ve bu nöronlar yusufçukların hızlı görmesini ve hareket etmesini sağlar. Bireysel nöronlar akson adı verilen uzun, minik iplikler aracılığıyla birbirine bağlanarak devreler oluşturur ve nöronlar bu aksonlar üzerinden elektrik kullanarak iletişim kurar. Yusufçuğa akson izleri boyunca küçük metal teller ya da elektrotlar yerleştireceğiz. Bu gerçekten harika bir şey. Yusufçukta yalnızca 16 nöron var; kanatlara tam olarak hedefin nerede olduğunu gösteren her bir göz için bu 8 nöron eder. Gözleri kanatlara bağlayan bu nöronları kaydedebilmek için elektrotları yerleştirdik. Gözden kanata bir mesaj iletildiğinde elektrik akımı şeklindeki elektrotumuz bu konuşmayı keser ve onu güçlendirir. İşlem potansiyeli olarak da adlandırdığımız bir ani artış şeklinde onu artık hem duyabiliyoruz hem de görebiliyoruz.
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.
Hadi dinleyelim. Yusufçuk şu anda baş aşağı çevrildi bu yüzden yere doğru bakıyor. Bir av ya da hedef dediğimiz bir şey alacağız. Bu durumda hedef sahte bir sinek olacak. Onu yusufçuğun hareket alanına doğru hareket ettireceğiz.
(Buzzing)
(Uğultu)
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.
Şuna bakın. Şuna bakın ama sadece tek bir istikamette böyle oluyor. Evet. İleri doğru gittiğimde hiç ani yükseliş görmüyorsunuz. Ama geri döndüğümde görebilirsiniz.
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.
Deneylerimizde hedefi tek bir yöne hareket ettirdiğimizde yusufçuğun nöronlarının ateşlendiğini fark ettik. Fakat diğer yönde böyle bir durum olmadı.
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.
Neden böyle oluyor? Yusufçuğun 360 dereceye yakın görüşe sahip olduğunu söylemiştim. Gözün fovea denilen bir bölümü var ve bu bölüm en net görüş keskinliğine sahip. Bunu ilgi merkezi olarak düşünebilirsiniz. Kanatlarının tam kontrolünün yusufçukta olduğunu söylediğimi hatırlıyor musunuz? Yusufçuk avını gördüğünde avının üzerinde ilgi merkezini eğitir ve kendisini hedefte tutmak için ihtiyaç duyduğu kanatlarının kısımlarını kontrol eden aksonları boyunca sadece nöronlara mesaj gönderir. Av yusufçuğun solunda ise sadece soldaki kanatları çeken nöronlar ateşlenir. Eğer av yusufçuğun sağına doğru hareket ederse aynı nöronlara ihtiyaç duyulmaz bu yüzden sessiz kalırlar. Yusufçuklar bu ilgi merkeziyle kanatlarla iletişim kurduğu sabit bir açıyla avına doğru hızla ilerler ve sonra onu yer. Tüm bunlar çok kısa bir sürede gerçekleşir ve yusufçuk için zahmetsiz bir iş olur.
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.
Neredeyse bir refleks gibi. Tüm bu inanılmaz derecede etkili işleme fiksasyon denir.
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.
Ancak bu sürecin bir hikayesi daha var. Nöronların hareketlere nasıl tepki verdiğini gördük. Fakat yusufçuk bir şeyin gerçekten av olduğunu nereden biliyor? Burası durumun önemli olduğu yer.
Let's show the dragonfly a series of dots. Oh, yeah!
Yusufçuğa bir dizi nokta gösterelim. Evet.
JS: Yeah, it prefers that one.
JS: Evet, yusufçuk bunu tercih ediyor.
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: Tüm bu boyutların dışında yusufçukların daha büyük hedeflere göre daha küçük hedeflere tepki verdiğini gördük. Diğer bir deyişle yusufçuk, kuş gibi daha büyük bir şeye karşı daha küçük sineklerin peşinde gidecek şekilde programlanmıştı. Bir şeyi av olarak algıladığı anda o zavallı sineğin yaşamak için sadece saniyeleri kalır. Yusufçuğun beyninin onu çok etkili bir katil yapmak için nasıl çalıştığını görmeliyiz. 300 milyon yıl önce yusufçuklar kedi büyüklüğündeyken yaşamadığımıza şükredelim.