Визуальный процессинг, зависящий от освещенности, позволяет мотылькам летать в темноте

Luminance-dependent visual processing enables moth flight in low light. Simon Sponberg, Jonathan P. Dyhr, Robert W. Hall, Thomas L. Daniel.  Science. 2015. Vol. 348. No 6240. P. 1245–1248.

До сих пор непонятным остается механизм, позволяющий ночным насекомым летать и находить объекты в условиях низкой освещенности. Известно, что мотыльки, питающиеся нектаром цветков в сумерках, ночью и на рассвете, используют специализированные структуры глаза, чтобы увеличить количество воспринимаемого света. Существует гипотеза, что эта способность ночных мотыльков базируется на замедлении визуального процессинга, что позволяет аккумулировать световой сигнал, поступающий за определенный период времени. Но тогда неизбежно должно наблюдаться увеличение времени отклика, ведущее к снижению скорости движений и реакции насекомого. Авторы решили проверить данную гипотезу на бражниках табачных (Manduca sexta). Для этого они использовали роботизированные искусственные цветы, изготовленные методом 3D-печати, а также высокоскоростные инфракрасные камеры. В ходе эксперимента замерялась способность мотыльков различать источник пищи в разных условиях освещенности при изменении скорости горизонтального движения 3D-цветков и уровня яркости света. Основываясь на математических расчетах, авторы предположили, что мозг ночных мотыльков замедляет работу, что позволяет зрительной системе получать информацию с «длинной экспозицией». Однако данная стратегия могла бы привести к размытию изображения, что ухудшило бы способность обнаруживать точное положение цветка во время ветреных ночей. Тогда насекомые не смогли бы эффективно «держаться» возле цветка во время питания нектаром и следовать его движениям на ветру. Авторы изучили движения реальных цветков в поле на ветру. Затем они воспроизвели их колебания с помощью двигающихся с разной скоростью роботизированных цветов и, используя высокоскоростные инфракрасные камеры, проследили за тем, как мотыльки при разном освещении удерживают свои хоботки в искусственных цветках, наполненных сладким раствором. Если бражники замедляют действие нейронов своей зрительной системы при плохой видимости, то в условиях эксперимента должна была наблюдаться задержка в их действиях. И, действительно, обнаружилось, что отставание имеет место, но не настолько сильное, чтобы нарушить способность насекомого отслеживать движения цветка. Если учесть, что в эксперименте цветки двигались со скоростью 20 колебаний в секунду (значительно чаще чем в природе), а взмахи крыльев у насекомого происходят 25 раз в секунду, то получается, что практически на каждый взмах крыльев приходится изменение положения цветка. Кажется, что насекомое легко парит в воздухе, а на самом деле оно совершает серию непростых подстроек, требующую слаженной работы сенсорной и двигательной систем. В дальнейшем авторы хотят поместить цветок и мотылька в небольшую аэродинамическую трубу, чтобы изучить потоки воздуха, окружающие крылышки насекомых. Это поможет еще лучше разобраться в природном процессе. Понимание того, как мотыльки видят в темноте и реагируют на движение, может помочь в создании бионических роботов, имеющих встроенную систему ночного видения.

В.В. Стрекопытов