How a dragonfly's brain is designed to kill | DIY Neuroscience, a TED series

Translator: Joseph Geni Reviewer: Joanna Pietrulewicz

翻訳: Yasushi Aoki 校正: Yoko Emori

Greg Gage: If I asked you to think of a ferocious killer animal,

(グレッグ・ゲイジ) 恐ろしい 殺し屋の動物といえば

you'd probably think of a lion,

ライオンを 思い浮かべるでしょう

and for all the wonderful predatory skills that a lion has,

ライオンは捕食者として 優れた能力を持っていますが

it still only has about a 20 percent success rate at catching a meal.

それでも狩りの成功率は 20%程度です

Now, one of the most successful hunters

動物界において 最も成功率の高い狩人は

in the entire animal kingdom is surprising:

驚くなかれ

the dragonfly.

トンボなのです

Now, dragonflies are killer flies,

トンボは昆虫界の殺し屋で

and when they see a smaller fly,

小さなハエを見つけると

they have about a 97 percent chance of catching it for a meal.

97%ほどの確度で 捕らえて食べてしまいます

And this is in mid-flight.

それも空中でです

But how can such a small insect be so precise?

こんな小さな昆虫がどうして そんな高い精度を持つのでしょう

In this episode, we're going to see

今回は トンボの脳が

how the dragonfly's brain is highly specialized to be a deadly killer.

いかに殺し屋としての能力に よく特化しているかを見ます

[DIY Neuroscience]

［手作り神経科学］

So what makes the dragonfly one of the most successful predators

ではいったい何が

トンボを動物界最高の 捕食者にしているのでしょう

in the animal kingdom?

One, it's the eyes.

１つ目はその眼です

360°近い視野があります

It has near 360-degree vision.

Two, the wings.

２つ目は羽です

With individual control of its wings,

４枚の羽を個々に 制御することで

the dragonfly can move precisely in any direction.

トンボはどの方向にでも 正確に移動できます

But the real secret to the dragonfly's success

でも トンボの成功の 本当の秘密は

脳が複雑な情報を 眼と羽の間で協調させ

is how its brain coordinates this complex information

between the eyes and the wings

and turns hunting into a simple reflex.

狩りを単純な反射運動に 変えていることにあります

To study this, Jaimie's been spending a lot of time

その研究のため

ジェイミーはトンボ相手に 長い時間を過ごしています

socializing with dragonflies.

What do you need to do your experiments?

実験には何が必要なの？

Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.

(ジェイミー・スパー) まずトンボね

(トンボ捕りのオリバー) トンボを 捕まえておくのに虫かごを使います

Oliver: I have a mesh cage to catch the dragonflies.

JS: The more I worked with them, the more terrified I got of them.

(ジェイミー) トンボは付き合うほどに 怖くなってくるわ

They're actually very scary, especially under a microscope.

特に顕微鏡で見ると すごく怖くて

They have really sharp mandibles, are generally pretty aggressive,

とても鋭い顎があって 基本的にかなり攻撃的で

そういうところも 優れた捕食者向きなんだと思う

which I guess also helps them to be really good predators.

(グレッグ) 獲物を見つけた トンボの脳で

GG: In order to learn what's going on inside the dragonfly's brain

何が起きているのか 知るために

when it sees a prey,

眼と羽の間の会話を

we're going to eavesdrop in on a conversation

盗み聞いてみようと 思います

between the eyes and the wings,

そのためにトンボを 氷で麻酔し

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.

後で放してあげられるよう 羽を傷つけないようにします

Now, the dragonfly's brain is made up of specialized cells called neurons

トンボの脳は神経細胞という 特殊な細胞でできていて

それがトンボを ああも素早く

and these neurons are what allow the dragonfly

to see and move so quickly.

見て動けるようにしています

The individual neurons form circuits by connecting to each other

個々の神経細胞は 軸索という

長く微細な線で互いに繋がって 神経回路を構成し

via long, tiny threads called axons

and the neurons communicate over these axons using electricity.

神経細胞はこの軸索を通る 電気によって通信しています

In the dragonfly, we're going to place little metal wires, or electrodes,

トンボの軸索に沿って

小さな金属線の電極を 付けてやります

along the axon tracks,

and this is what's really cool.

すごいでしょう

In the dragonfly, there's only 16 neurons;

トンボはそれぞれの眼に 8個ずつ

that's eight per eye

計16個の神経細胞だけで

that tell the wings exactly where the target is.

羽に標的の位置を教えています

電極を付けたので

We've placed the electrodes so that we can record from these neurons

眼と羽を結ぶ神経細胞から 記録を取ることができます

that connect the eyes to the wings.

Whenever a message is being passed from the eye to the wing,

眼から羽にメッセージが 伝達されると

our electrode intercepts that conversation in the form of an electrical current,

電極がそれを電流として捉え

それを増幅します

and it amplifies it.

Now, we can both hear it and see it in the form of a spike,

これで波形の山として見たり 音として聞けるようになります

which we also call an action potential.

活動電位と呼んでいるものです

Now let's listen in.

ひとつ聞いてみましょう

Right now, we have the dragonfly flipped upside down,

今 トンボは上下逆さまになっていて

so he's looking down towards the ground.

地面の方を見ています

We're going to take a prey, or what we sometimes call a target.

標的となる獲物を用意します

In this case, the target's going to be a fake fly.

ここで標的に使うのは 偽物のハエです

それをトンボの視界で動かします

We're going to move it into the dragonfly's sights.

(Buzzing)

(ザーッ)

Oh!

おっと

Oh, look at that.

ほら 見て

Look at that, but it's only in one direction.

一方向でしか反応しないな

Oh, yes!

そーら 来た

You don't see any spikes when I go forward,

前に動かしても反応しないけど

but they're all when I come back.

後ろに戻すと反応するね

In our experiments,

我々の実験で

トンボの神経細胞は 標的をある方向に動かすと発火し

we were able to see that the neurons of the dragonfly

fired when we moved the target in one direction but not the other.

逆方向では反応しないのが 分かりました

Now, why is that?

なぜなのでしょう？

Remember when I said that the dragonfly

トンボには360°近い 視野があると言いましたよね

had near 360-degree vision.

眼は中心窩と呼ばれる部分で

Well, there's a section of the eye called the fovea

and this is the part that has the sharpest visual acuity,

視覚の解像度が最も高くなっています

and you can think of it as its crosshairs.

照準みたいなものと思ってください

Remember when I told you the dragonfly had individual precise control of its wings?

トンボは個々の羽を 正確に制御できると言いましたが

When a dragonfly sees its prey, it trains its crosshairs on it

トンボは獲物を見つけると それに照準を合わせ

and along its axons it sends messages only to the neurons

標的を捉え続けるのに必要な 羽を制御する神経細胞にだけ

that control the parts of the wings

that are needed to keep that dragonfly on target.

軸索を通して メッセージを送ります

So if the prey is on the left of the dragonfly,

だから獲物が トンボの左にいれば

左へと羽を操る 神経細胞だけが発火します

only the neurons that are tugging the wings to the left are fired.

And if the prey moves to the right of the dragonfly,

獲物が右に動くときは

those same neurons are not needed, so they're going to remain quiet.

その神経細胞は必要ないので 反応しないのです

And the dragonfly speeds toward the prey

この照準と羽の間で 伝えられる角度で

at a fixed angle that's communicated by this crosshairs to the wings,

トンボは獲物へと急接近し

and then boom, dinner.

ごちそうにありつきます

Now, all this happens in a split second, and it's effortless for the dragonfly.

すべては瞬時に起こり トンボは難なくこなします

It's almost like a reflex.

ほとんど反射的です

And this whole incredibly efficient process is called fixation.

この極めて効率的なプロセスは 固視と呼ばれています

このプロセスについて もうひとつ面白いことがあります

But there's one more story to this process.

We saw how the neurons respond to movements,

動きに対して神経細胞が どう反応するか見ましたが

but how does the dragonfly know that something really is prey?

トンボは獲物かどうかを どうやって知るのでしょう？

This is where size matters.

大きさがポイントになります

Let's show the dragonfly a series of dots.

トンボにいろんな大きさの黒丸を 見せてみましょう

Oh, yeah!

そら 来た！

JS: Yeah, it prefers that one.

(ジェイミー) これがお気に召したみたいね

GG: Out of all the sizes,

(グレッグ) トンボは大きな黒丸より 小さな黒丸に良く反応しました

we found that the dragonfly responded to smaller targets over larger ones.

In other words, the dragonfly was programmed to go after smaller flies

トンボは鳥みたいに 大きなものでなく

ハエみたいに小さなものを追うよう プログラムされているのです

versus something much larger, like a bird.

And as soon as it recognizes something as prey,

トンボに獲物と認められたら最後

that poor little fly only has seconds to live.

哀れな小さなハエの 余命はわずかです

Today we got to see how the dragonfly's brain works

トンボを優れた 殺し屋にするために

その脳がどのように 働いているのかを見ました

to make it a very efficient killer.

And let's be thankful that we didn't live 300 million years ago

我々の生きているのが３億年前で なかったのをありがたく思いましょう

when dragonflies were the size of cats.

当時は猫ほどもある トンボがいたんです