四月在佛罗里达狭长地带。天气炎热、潮湿,而且还潜伏着雷雨。但作为一名应届研究生,我为摆脱明尼苏达州第一个严酷的冬天而松了一口气。我陪同我的导师帕洛玛·冈萨雷斯-贝利多(PalomaGonzalez-Bellido)进行一个项目,该项目最终主导了我的博士学位。工作。在灌木丛中,我的眼睛注视着每一个动作,警惕着一种喜欢闪亮珠子的昆虫。
Laphriasaffrana,也称为强盗蝇,是一种粗大的黑色和黄色苍蝇。拉弗利亚头部的大部分由大眼睛组成,眼睛之间有一个令人生畏的长鼻——一个长长的管状口器,可以释放强效毒液,使猎物在心跳中失去知觉。
帕洛玛在我们到达之前向我展示了照片,虽然令人惊叹,但对寻找苍蝇没有任何帮助。到处都有虫子飞来飞去,动作模糊,让人看不清任何细节。我只有一瞬间的时间来判断我看到的东西是拉弗利亚、类似颜色的黄夹克黄蜂,还是完全是别的东西。
尽管它们的视力相对粗糙,但我正在寻找的苍蝇比我更善于识别它们所瞄准的昆虫。不知何故,他们能够将自己选择的猎物归零:甲虫。根据前一年的实地观察,帕洛玛认为他们是通过寻找甲虫翅膀的闪光来做到这一点的。
如果她是对的,那么拉夫利亚就发现了一个巧妙的技巧,可以平衡速度、准确性和特异性的需求。以下是我们发现的一些关于他们成功秘诀的线索。
跟随闪光灯
帕洛玛此前曾研究过蜻蜓和杀人蝇等其他捕食性昆虫。它们的复眼无法提供有关视觉世界的大量细节,因此可以欺骗它们追逐简单的珠子,就好像它们是猎物昆虫一样。
实验装置中,一只强盗蝇坐在一根面向LED灯板的圆木上。
但当帕洛玛在Laphria上尝试同样的技巧时,他们不会选择普通的黑色珠子。他们只追逐透明的珠子。
拉弗利亚和帕洛玛研究的其他掠食者之间的一个重要区别是它们是挑食的。他们选择的猎物是甲虫。因此,帕洛玛和我们的合作者詹妮弗·塔利推测,拉弗利亚被闪亮的珠子吸引的原因是因为它们反射光线并像甲虫的透明翅膀一样闪烁。
在佛罗里达州,我们测试了这个想法,将普通的黑色珠子换成LED灯面板,我们可以对其进行编程,使其以与甲虫翅膀拍动相匹配的频率依次闪烁,甲虫的拍动频率可以是每秒80到120次。。
在室外围栏中,帕洛玛将先前捕获的强盗蝇一只接一只地放在一根圆木上。在外面,詹妮弗和我控制原木前面的LED面板和捕捉这一动作的高速摄像机。
LED像素依次闪烁,模拟移动目标。只有当灯光的闪烁频率与甲虫拍打翅膀的频率相同时,拉夫里亚才会怀着浓厚的兴趣追踪灯光。
但就在我们最初的实验开始证实这一假设时,一个新的谜题又出现了。苍蝇如何准确追踪猎物?
观察强盗蝇观察移动的灯光,它将其视为猎物甲虫。
独特的跟踪和识别策略
在追逐之前,所有视觉捕食者,包括拉菲亚,都需要准确跟踪猎物的动作。尽管许多动物都有这种能力,但令我们惊讶的是,我们在拉菲亚中发现的东西与其他掠食者相比,略有调整。它们的策略不仅可以准确跟踪,还可以计算猎物翅膀运动中的闪光。
当我观看Laphria跟踪闪烁的LED和实际甲虫的高速视频时,我注意到它们主要是短暂地移动头部,称为扫视,很少或没有其他动作。这些扫视速度极快,持续时间不到40毫秒,而且它们之间的时间间隔也只是稍长一些。肉眼看来,这看起来像是连续运动,但我们的高速视频显示并非如此。每次爆发时,果蝇移动头部的程度取决于目标的速度以及目标与果蝇凝视方向的偏离中心有多远。
我们的研究结果告诉我们,不是不断移动头部来维持目标在眼睛最敏感部位的位置,而是允许目标穿过视网膜,只有当目标偏离焦点时才移动。我们认为这种策略可以帮助它们计算猎物拍打翅膀的闪光次数,这决定了它们持续的兴趣。
也就是说,拉弗利亚知道它们最美味的猎物的翅膀拍动频率,因此会注意匹配的闪光。如果闪光次数符合他们的预期,他们将在目标滑出眼睛敏感区域后继续跟踪目标。
然而,为了让它重新成为焦点,他们必须考虑它的速度和他们最后一次看到它的位置。因为眼跳的大小与猎物的速度相匹配,所以我们认为拉弗利亚在记录猎物移动的速度的同时,还计算其翅膀拍打时发出的闪光。因此,一旦甲虫失去焦点,捕食者就会知道将头部移动多少来重新聚焦。
尽管人们一直在跟踪移动的物体(例如在进行棒球或网球等运动时,甚至只是在观看鸟儿飞过时),但这仍然是一个复杂的过程。它涉及视觉和肌肉系统之间的动态串扰。
无论动机如何,视觉跟踪目标时的目标都是相同的-将眼睛最敏感的区域(称为中央凹)训练到感兴趣的物体上。Laphriasaffrana似乎调整了这一规则,以便他们能够更多地了解目标。他们定制的预测策略使他们能够准确定位并快速追踪他们非常具体的饮食需求。
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