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: Nếu tôi yêu cầu bạn nghĩ về một động vật săn mồi hung hãn, bạn có thể nghĩ đến sư tử, và với tất cả các kĩ năng săn mồi tuyệt vời mà sư tử có, chúng vẫn chỉ thành công 20% trong việc bắt được bữa ăn của mình. Một trong những kẻ đi săn thành công nhất trong thế giới động vật sẽ rất bất ngờ: đó là chuồn chuồn. Chuồn chuồn là kẻ tiêu diệt ruồi, và khi chúng thấy con mồi nhỏ hơn chúng có khoảng 97% cơ hội bắt được bữa ăn của mình. Và đó là khi đang bay. nhưng bằng cách nào một loại côn trùng nhỏ lại chính xác như thế? Trong tập này, chúng ta sẽ nhìn thấy cách não bộ chuồn chuồn được chuyên biệt để trở thành kẻ giết chóc
[DIY Neuroscience]
[DIY Khoa học thần kinh]
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?
Vậy điều gì làm chuồn chuồn là một trong những kẻ săn giỏi nhất trong thế giới động vật? Đầu tiên, đó là đôi mắt. Thị lực của chúng gần 360 độ. Thứ hai là đôi cánh. Với sự kiểm soát đôi cánh riêng biệt, chuồn chuồn có thể di chuyển chính xác mọi hướng. Nhưng bí mật thật sự để chuồn chuồn thành công là cách não bộ của chúng kết hợp nguồn thông tin phức tạp giữa đôi mắt và cánh và biến việc đi săn thành một phản xạ đơn giản. Để nghiên cứu chúng, Jaimie tốn rất nhiều thời gian kết nối với chuồn chuồn. Bạn cần những gì cho thí nghiệm này?
Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.
Jaimie Spahr: Đầu tiên, bạn cần chuồn chuồn.
Oliver: I have a mesh cage to catch the dragonflies.
Oliver: Bạn cần một lồng lưới thép để bắt chúng.
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: Càng nghiên cứu chuồn chuồn, tôi càng sợ hãi chúng. Chúng thật sự đáng sợ, đặc biệt khi nhìn dưới kính hiển vi. Chúng có hàm trên rất sắc, nhìn chung khá hung dữ, tôi đoán nó giúp đỡ chúng trở thành kẻ săn mồi giỏi.
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: Để biết được điều gì diễn ra trong bộ não của chuồn chuồn khi chúng thấy con mồi, chúng ta sẽ nghe lén một cuộc nói chuyện giữa đôi mắt và đôi cánh. Và để làm như thế, chúng ta cần gây mê chúng trên băng và đảm bảo bảo vệ đôi cánh của chúng để có thể thả chúng ra sau đó. Não của chúng cấu tạo bởi các tế bào chuyên biệt gọi là các neuron và các neuron thần kinh cho phép chuồn chuồn nhìn và di chuyển nhanh chóng. Mỗi neurons hình thành các mạch bằng cách kết nối với nhau thông qua các dây tí hon, dài gọi là sợi trục. và các neuron giao tiếp thông qua các sợi trục bằng điện. Chúng ta sẽ đặt các dây kim loại hoặc các điện cực nhỏ lên chuồn chuồn, dọc các đường của sợi trục và điều này rất tuyệt vời. Ở chuồn chuồn, chỉ có 16 neuron, có tám neuron trên mỗi mắt, báo với đôi cánh chính xác mục tiêu ở đâu. Chúng tôi đặt các điện cực do đó có thể ghi lại từ các neuron kết nối mắt với đôi cánh của chúng. Bắt cứ khi nào thông điệp được truyền từ mắt sang cánh, điên cực sẽ chặn cuộc hội thoại này bằng cách tạo nên các dòng diện, và khuếch đại chúng lên. Giờ chúng ta có thể nghe và nhìn chúng dưới dạng tần số, thứ mà chúng ta gọi là tiềm năng hành động.
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.
Bây giờ hãy lắng nghe. Ngay bây giờ, chúng ta có chuồn chuồn lật ngược, do đó nó đang nhìn xuống phía mặt đất. Chúng ta sẽ đi bắt con mồi, hoặc đôi khi được gọi là mục tiêu. Trường hợp này, mục tiêu sẽ là một con ruồi giả. Chúng ta sẽ di chuyển nó vào tầm nhìn của chuồn chuồn.
(Buzzing)
(Kêu vo vo)
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.
Ồ! Nhìn kìa. Nhìn vào nó, nhưng nó chỉ trong một hướng. Ồ, đúng rồi! Bạn không thấy tần số khi tôi tiến về trước, nhưng sẽ thấy tất cả khi tôi quay lại.
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.
Trong thí nghiệm của chúng tôi, ta có thể thấy rằng các neuron của chuồn chuồn phát sáng khi ta di chuyển mục tiêu chỉ theo một hướng.
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.
Vậy tại sao lại thế? Nhớ rằng tôi đã nói chuồn chuồn có thị lực gần 360 độ. Có một phần của mắt gọi là hố võng mạc và đây là phần có thị lực nhạy bén nhất. Và bạn có thể coi nó như là máy ngắm của chúng. Nhớ khi tôi nói với bạn chuồn chuồn kiểm soát chính xác từng cánh của nó chứ? Khi chuồn chuồn nhìn thấy con mồi, chúng đưa mục tiêu vào tầm ngắm và dọc theo các sợi trục chúng chỉ gửi tín hiệu cho các neuron kiểm soát phần liên quan đôi cánh điều đó cần để giữ chuồn chuồn nhắm vào mục tiêu. Vậy nên nếu con mồi ở phía trái của chuồn chuồn, thì chỉ có các neuron đang kéo cánh ở phía trái được phát sáng. Và nếu con mồi di chuyển sang phía phải của chúng, các neuron tương tự là không cần thiết, vậy nên chúng giữ yên tĩnh. Và chuồn chuồn tăng tốc về phía con mồi ở một góc cố định được truyền đạt bởi đường dẫn chéo tới đôi cánh, và sau đó bùm, bữa tối đây rồi.
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.
Tất cả xảy ra trong nửa giây, và chuồn chuồn không cần cố gắng gì, gần như phản xạ. Và cả quá trình vô cùng hiệu quả này được gọi là sự cố định.
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.
Nhưng có một câu chuyện nữa cho quá trình này. Chúng ta đã thấy neuron phản xạ với sự chuyển động nhưng bằng cách nào chuồn chuồn biết đó thật sự là con mồi? Đây là vấn đề về kích thước.
Let's show the dragonfly a series of dots. Oh, yeah!
Hãy cho chúng thấy một loạt dấu chấm. Oh, yeah!
JS: Yeah, it prefers that one.
JS : Yeah, nó thích cái này.
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: Trong các kích thước, chúng ta thấy rằng chuồn chuồn phản ứng với mục tiêu nhỏ mạnh hơn mục tiêu lớn. Nói cách khác, chuồn chuồn được thiết lập để săn bắt những con ruồi nhỏ hơn là thứ lớn hơn nhiều, như chim. Và ngay khi nó nhận ra thứ gì đó nhìn giống con mồi, chú ruồi tội nghiệp đó chỉ có vài giây còn lại để sống. Hôm nay ta đã thấy cách não bộ chuồn chuồn làm việc khiến chúng thành sát thủ hiệu quả. Và hãy biết ơn rằng chúng ta không sống vào 300 triệu năm trước khi mà chuồn chuồn có kích thước của mèo.