How a dragonfly's brain is designed to kill | DIY Neuroscience, a TED series
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00:00
Translator: Joseph Geni
Reviewer: Joanna Pietrulewicz
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翻訳: Yasushi Aoki
校正: Yoko Emori
00:12
Greg Gage: If I asked you
to think of a ferocious killer animal,
1
12200
3056
(グレッグ・ゲイジ) 恐ろしい
殺し屋の動物といえば
00:15
you'd probably think of a lion,
2
15280
1496
ライオンを
思い浮かべるでしょう
00:16
and for all the wonderful
predatory skills that a lion has,
3
16800
2816
ライオンは捕食者として
優れた能力を持っていますが
00:19
it still only has about a 20 percent
success rate at catching a meal.
4
19640
3696
それでも狩りの成功率は
20%程度です
00:23
Now, one of the most successful hunters
5
23360
2016
動物界において
最も成功率の高い狩人は
00:25
in the entire animal kingdom
is surprising:
6
25400
2056
驚くなかれ
00:27
the dragonfly.
7
27480
1256
トンボなのです
00:28
Now, dragonflies are killer flies,
8
28760
1776
トンボは昆虫界の殺し屋で
00:30
and when they see a smaller fly,
9
30560
1576
小さなハエを見つけると
00:32
they have about a 97 percent
chance of catching it for a meal.
10
32160
2976
97%ほどの確度で
捕らえて食べてしまいます
00:35
And this is in mid-flight.
11
35160
1256
それも空中でです
00:36
But how can such
a small insect be so precise?
12
36440
3176
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
00:39
In this episode, we're going to see
13
39640
1856
今回は トンボの脳が
00:41
how the dragonfly's brain is highly
specialized to be a deadly killer.
14
41520
3680
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
00:45
[DIY Neuroscience]
15
45224
3231
[手作り神経科学]
00:48
So what makes the dragonfly
one of the most successful predators
16
48480
3016
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
00:51
in the animal kingdom?
17
51520
1216
00:52
One, it's the eyes.
18
52760
1256
1つ目はその眼です
360°近い視野があります
00:54
It has near 360-degree vision.
19
54040
1856
00:55
Two, the wings.
20
55920
1416
2つ目は羽です
00:57
With individual control of its wings,
21
57360
1816
4枚の羽を個々に
制御することで
00:59
the dragonfly can move
precisely in any direction.
22
59200
2376
トンボはどの方向にでも
正確に移動できます
01:01
But the real secret
to the dragonfly's success
23
61600
2376
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
01:04
is how its brain coordinates
this complex information
24
64000
3096
01:07
between the eyes and the wings
25
67120
1536
01:08
and turns hunting into a simple reflex.
26
68680
2576
狩りを単純な反射運動に
変えていることにあります
01:11
To study this, Jaimie's been
spending a lot of time
27
71280
2381
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
01:13
socializing with dragonflies.
28
73685
1651
01:15
What do you need to do your experiments?
29
75360
1936
実験には何が必要なの?
01:17
Jaimie Spahr: First of all,
you need dragonflies.
30
77319
2337
(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
01:19
Oliver: I have a mesh cage
to catch the dragonflies.
31
79680
2456
01:22
JS: The more I worked with them,
the more terrified I got of them.
32
82160
3136
(ジェイミー) トンボは付き合うほどに
怖くなってくるわ
01:25
They're actually very scary,
especially under a microscope.
33
85320
2776
特に顕微鏡で見ると
すごく怖くて
01:28
They have really sharp mandibles,
are generally pretty aggressive,
34
88120
3136
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
01:31
which I guess also helps them
to be really good predators.
35
91280
2736
(グレッグ) 獲物を見つけた
トンボの脳で
01:34
GG: In order to learn what's going on
inside the dragonfly's brain
36
94040
3136
何が起きているのか
知るために
01:37
when it sees a prey,
37
97200
1216
眼と羽の間の会話を
01:38
we're going to eavesdrop in
on a conversation
38
98440
2136
盗み聞いてみようと
思います
01:40
between the eyes and the wings,
39
100600
1536
そのためにトンボを
氷で麻酔し
01:42
and to do that, we need
to anesthetize the dragonfly on ice
40
102160
2762
01:44
and make sure we protect its wings
so that we can release it afterwards.
41
104946
3390
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
01:48
Now, the dragonfly's brain is made up
of specialized cells called neurons
42
108360
3656
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
01:52
and these neurons
are what allow the dragonfly
43
112040
2176
01:54
to see and move so quickly.
44
114240
1656
見て動けるようにしています
01:55
The individual neurons form circuits
by connecting to each other
45
115920
3056
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
01:59
via long, tiny threads called axons
46
119000
2616
02:01
and the neurons communicate
over these axons using electricity.
47
121640
3256
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
02:04
In the dragonfly, we're going to place
little metal wires, or electrodes,
48
124920
3456
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
02:08
along the axon tracks,
49
128400
1256
02:09
and this is what's really cool.
50
129680
1496
すごいでしょう
02:11
In the dragonfly, there's only 16 neurons;
51
131200
2016
トンボはそれぞれの眼に
8個ずつ
02:13
that's eight per eye
52
133240
1256
計16個の神経細胞だけで
02:14
that tell the wings
exactly where the target is.
53
134520
2456
羽に標的の位置を教えています
電極を付けたので
02:17
We've placed the electrodes
so that we can record from these neurons
54
137000
3216
眼と羽を結ぶ神経細胞から
記録を取ることができます
02:20
that connect the eyes to the wings.
55
140240
1696
02:21
Whenever a message is being passed
from the eye to the wing,
56
141960
2856
眼から羽にメッセージが
伝達されると
02:24
our electrode intercepts that conversation
in the form of an electrical current,
57
144840
3736
電極がそれを電流として捉え
それを増幅します
02:28
and it amplifies it.
58
148600
1216
02:29
Now, we can both hear it and see it
in the form of a spike,
59
149840
3056
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
02:32
which we also call an action potential.
60
152920
2256
活動電位と呼んでいるものです
02:35
Now let's listen in.
61
155200
1256
ひとつ聞いてみましょう
02:36
Right now, we have the dragonfly
flipped upside down,
62
156480
3456
今 トンボは上下逆さまになっていて
02:39
so he's looking down towards the ground.
63
159960
2616
地面の方を見ています
02:42
We're going to take a prey,
or what we sometimes call a target.
64
162600
2976
標的となる獲物を用意します
02:45
In this case, the target's
going to be a fake fly.
65
165600
2496
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
02:48
We're going to move it
into the dragonfly's sights.
66
168120
2520
02:52
(Buzzing)
67
172640
1656
(ザーッ)
02:54
Oh!
68
174320
1200
おっと
02:56
Oh, look at that.
69
176720
1200
ほら 見て
03:02
Look at that, but it's only
in one direction.
70
182040
2200
一方向でしか反応しないな
03:04
Oh, yes!
71
184840
1240
そーら 来た
03:06
You don't see any spikes
when I go forward,
72
186640
2056
前に動かしても反応しないけど
03:08
but they're all when I come back.
73
188720
1896
後ろに戻すと反応するね
03:10
In our experiments,
74
190640
1456
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
03:12
we were able to see
that the neurons of the dragonfly
75
192120
2496
03:14
fired when we moved the target
in one direction but not the other.
76
194640
3256
逆方向では反応しないのが
分かりました
03:17
Now, why is that?
77
197920
1256
なぜなのでしょう?
03:19
Remember when I said that the dragonfly
78
199200
1858
トンボには360°近い
視野があると言いましたよね
03:21
had near 360-degree vision.
79
201082
2054
眼は中心窩と呼ばれる部分で
03:23
Well, there's a section
of the eye called the fovea
80
203160
2496
03:25
and this is the part
that has the sharpest visual acuity,
81
205680
2896
視覚の解像度が最も高くなっています
03:28
and you can think of it as its crosshairs.
82
208600
2696
照準みたいなものと思ってください
03:31
Remember when I told you the dragonfly had
individual precise control of its wings?
83
211320
4176
トンボは個々の羽を
正確に制御できると言いましたが
03:35
When a dragonfly sees its prey,
it trains its crosshairs on it
84
215520
4056
トンボは獲物を見つけると
それに照準を合わせ
03:39
and along its axons
it sends messages only to the neurons
85
219600
3376
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
03:43
that control the parts of the wings
86
223000
1696
03:44
that are needed
to keep that dragonfly on target.
87
224720
2336
軸索を通して
メッセージを送ります
03:47
So if the prey is
on the left of the dragonfly,
88
227080
2976
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
03:50
only the neurons that are tugging
the wings to the left are fired.
89
230080
3776
03:53
And if the prey moves
to the right of the dragonfly,
90
233880
2496
獲物が右に動くときは
03:56
those same neurons are not needed,
so they're going to remain quiet.
91
236400
3176
その神経細胞は必要ないので
反応しないのです
03:59
And the dragonfly speeds toward the prey
92
239600
1936
この照準と羽の間で
伝えられる角度で
04:01
at a fixed angle that's communicated
by this crosshairs to the wings,
93
241560
3256
トンボは獲物へと急接近し
04:04
and then boom, dinner.
94
244840
2016
ごちそうにありつきます
04:06
Now, all this happens in a split second,
and it's effortless for the dragonfly.
95
246880
3696
すべては瞬時に起こり
トンボは難なくこなします
04:10
It's almost like a reflex.
96
250600
1576
ほとんど反射的です
04:12
And this whole incredibly efficient
process is called fixation.
97
252200
4096
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
04:16
But there's one more
story to this process.
98
256320
2616
04:18
We saw how the neurons
respond to movements,
99
258960
2096
動きに対して神経細胞が
どう反応するか見ましたが
04:21
but how does the dragonfly know
that something really is prey?
100
261080
2920
トンボは獲物かどうかを
どうやって知るのでしょう?
04:24
This is where size matters.
101
264880
1336
大きさがポイントになります
04:26
Let's show the dragonfly a series of dots.
102
266240
2520
トンボにいろんな大きさの黒丸を
見せてみましょう
04:41
Oh, yeah!
103
281000
1216
そら 来た!
04:42
JS: Yeah, it prefers that one.
104
282240
2216
(ジェイミー) これがお気に召したみたいね
04:44
GG: Out of all the sizes,
105
284480
1256
(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
04:45
we found that the dragonfly responded
to smaller targets over larger ones.
106
285760
3520
04:49
In other words, the dragonfly
was programmed to go after smaller flies
107
289680
4056
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
04:53
versus something much larger, like a bird.
108
293760
2336
04:56
And as soon as it recognizes
something as prey,
109
296120
2576
トンボに獲物と認められたら最後
04:58
that poor little fly
only has seconds to live.
110
298720
2816
哀れな小さなハエの
余命はわずかです
05:01
Today we got to see
how the dragonfly's brain works
111
301560
2576
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
05:04
to make it a very efficient killer.
112
304160
1680
05:06
And let's be thankful
that we didn't live 300 million years ago
113
306440
3736
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
05:10
when dragonflies were the size of cats.
114
310200
2880
当時は猫ほどもある
トンボがいたんです
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