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

Translator: Joseph Geni Reviewer: Joanna Pietrulewicz

번역: Joseph Geni 검토: Jihyeon J. Kim

그렉 게이지(Greg Gage): 만약 제가 여러분에게 사나운 맹수를 떠올리라고 말씀드리면

아마 사자를 생각하실텐데

사자가 가진 그 모든 놀라운 약탈의 기술치고는

먹잇감 사냥에 고작 20%의 성공률을 가집니다.

동물계 전체에서 가장 성공적인 사냥꾼 중 하나는

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

굉장히 놀라운데요,

you'd probably think of a lion,

바로 잠자리입니다.

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

잠자리는 살상전문가이고

더 작은 파리를 보면

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

약 97%의 확률로 잡아먹습니다.

Now, one of the most successful hunters

심지어 비행 도중에요.

어떻게 그렇게 작은 곤충이 그만큼 정확할 수 있을까요?

in the entire animal kingdom is surprising:

the dragonfly.

이번 편에서는 잠자리의 뇌가

Now, dragonflies are killer flies,

어떻게 치명적인 사냥꾼이 되도록 설계됐는지에 대해 살펴보겠습니다.

and when they see a smaller fly,

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

[DIY Neuroscience]

And this is in mid-flight.

But how can such a small insect be so precise?

대체 무엇이 동물계에서 잠자리를

가장 성공적인 포식자 중 하나로 만들까요?

In this episode, we're going to see

첫째, 잠자리의 눈입니다.

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

거의 360도의 시야를 가지고 있습니다.

둘째, 잠자리의 날개입니다.

[DIY Neuroscience]

각각의 날개를 따로 조종할 수 있어서

잠자리는 정확하게 어느 방향으로든 움직일 수 있습니다.

So what makes the dragonfly one of the most successful predators

하지만 잠자리의 진짜 사냥 비결은

in the animal kingdom?

뇌가 눈과 날개 사이의 복잡한 정보를 통합하여

One, it's the eyes.

It has near 360-degree vision.

Two, the wings.

사냥을 단순한 반사작용으로

바꿔버리는 것입니다.

With individual control of its wings,

the dragonfly can move precisely in any direction.

이를 연구하기 위해 제이미는 많은 시간을

But the real secret to the dragonfly's success

잠자리와 어울리는 데 쏟았습니다.

실험에 무엇이 필요합니까?

is how its brain coordinates this complex information

제이미 스파르(Jaimie Spahr): 가장 먼저, 잠자리가 필요합니다.

between the eyes and the wings

올리버(Oliver): 잠자리를 잡기 위한 망사 우리가 있습니다.

and turns hunting into a simple reflex.

JS: 잠자리들과 더 많이 일할수록, 저는 이들이 더 무서워졌습니다.

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

socializing with dragonflies.

잠자리는 사실 매우 무섭습니다. 특히 현미경 아래에서요.

What do you need to do your experiments?

굉장히 날카로운 하악골을 가지고 있고, 일반적으로 꽤 공격적입니다.

Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.

이것이 아마 그들이 매우 뛰어난 포식자인 것에 도움을 주겠죠.

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

GG: 먹잇감을 보았을 때 잠자리의 뇌 안에서

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

무엇이 일어나는지를 알기 위해

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

우리는 잠자리의 눈과 날개 사이의

대화를 엿들을 것입니다.

They have really sharp mandibles, are generally pretty aggressive,

이를 하기 위해, 잠자리를 얼음 위에서 마취시키고

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

나중에 풀어줄 수 있도록 날개를 보호해야 합니다.

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

잠자리의 뇌는 뉴런이라고 하는 특화된 세포로 구성되어 있습니다.

when it sees a prey,

we're going to eavesdrop in on a conversation

between the eyes and the wings,

이 뉴런들이 잠자리가

and to do that, we need to anesthetize the dragonfly on ice

그렇게 빠르게 보고 움직일 수 있도록 합니다.

각각의 뉴런은 길고 얇은 축삭돌기를 통해서

and make sure we protect its wings so that we can release it afterwards.

서로와 연결함으로써 회로를 형성하고,

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

이 축삭돌기를 통해 전기로 소통을 합니다.

and these neurons are what allow the dragonfly

잠자리 안에 작은 금속 선(전극)을

to see and move so quickly.

The individual neurons form circuits by connecting to each other

축삭돌기 경로를 따라서 배치할 것입니다.

진짜 멋진 것은

via long, tiny threads called axons

잠자리에는 고작 16개의 뉴런만 있다는 것입니다.

and the neurons communicate over these axons using electricity.

즉 눈 한 개 당 8개가

날개에게 목표가 정확하게 어디에 있는지 알려줍니다.

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

눈을 날개와 연결시키는 뉴런으로부터

along the axon tracks,

기록을 얻을 수 있도록 전극을 배치했습니다.

and this is what's really cool.

눈에서 날개로 신호가 전달될 때 마다

In the dragonfly, there's only 16 neurons;

우리가 배치한 전극이 그 대화를 전류의 형태로 중간에 가로채서

that's eight per eye

that tell the wings exactly where the target is.

증폭시킵니다.

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

이제 우리는 대화를 가시 형태로 모두 시청가능한데,

that connect the eyes to the wings.

이것을 활동 전위라고도 합니다.

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

한 번 들어 보시죠.

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

지금, 잠자리는 거꾸로 뒤집혀 있어서

바닥을 쳐다보고 있는 상황입니다.

and it amplifies it.

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

우리는 목표(먹이)를 가지고 오겠습니다.

which we also call an action potential.

이번 경우에, 먹이는 가짜 파리입니다.

Now let's listen in.

Right now, we have the dragonfly flipped upside down,

잠자리의 시야 안으로 움직여 보겠습니다.

so he's looking down towards the ground.

(왱왱)

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

오!

저걸 보세요.

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

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

한 방향으로만이네요.

(Buzzing)

우와!

Oh!

앞으로 갈 때는 가시가 없는데,

Oh, look at that.

전부 뒤로 올 때만 가시가 있네요.

우리가 한 실험에서

잠자리의 뉴런들이 먹이가 한 방향으로 움직일 때는 반응하지만

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

반대 방향으로 움직일 때는 반응하지 않는 것을 알 수 있었습니다.

Oh, yes!

왜 그럴까요?

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

잠자리가 거의 360도의 시야를

but they're all when I come back.

가지고 있다고 말씀드린 것을 기억하나요?

In our experiments,

눈에는 중심와라고 하는 부분이 있는데

we were able to see that the neurons of the dragonfly

이 부분이 가장 뚜렷한 시각을 가지고 있습니다.

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

마치 십자선이라고 생각을 할 수 있죠.

Now, why is that?

Remember when I said that the dragonfly

잠자리가 각각의 날개를 정확하게 조절한다고 말씀드린 것을 기억하나요?

had near 360-degree vision.

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

잠자리가 먹이를 보면, 그 위에 십자선을 조준합니다.

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

그리고 잠자리의 축삭돌기를 타고 잠자리가 목표를 놓치지 않기 위해

and you can think of it as its crosshairs.

필요한 날개의 부분들을 조종하는

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

신경세포에게만 신호가 전달됩니다.

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

만약 먹이가 잠자리의 왼쪽에 있다면,

날개를 왼쪽으로 기울게 하는 뉴런만 자극을 받습니다.

and along its axons it sends messages only to the neurons

먹이가 잠자리의 오른쪽으로 움직이면

that control the parts of the wings

that are needed to keep that dragonfly on target.

아까 자극받은 그 뉴런들은 필요가 없으므로 가만히 있습니다.

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

잠자리는 먹이를 향해 십자선으로부터

날개에 전달된 고정된 각도로 돌진해서

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

짠! 저녁식사죠.

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

이 모든 것은 1초도 안되는 시간에 일어나고, 잠자리에게는 매우 쉽습니다.

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

거의 반사작용같죠.

And the dragonfly speeds toward the prey

이 굉장히 효율적인 과정 전체를 고정이라고 합니다.

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

and then boom, dinner.

하지만 이 과정에는 한 개의 이야기가 또 있습니다.

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

우리는 뉴런이 움직임에 어떻게 반응하는지 보았습니다.

그런데 어떻게 잠자리가 무엇이 먹이인지 알 수 있을까요?

It's almost like a reflex.

And this whole incredibly efficient process is called fixation.

바로 이때 크기가 중요하죠.

잠자리에게 일련의 점들을 보여줍시다.

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.

Let's show the dragonfly a series of dots.

오!

JS: 저 점을 선호하네요.

GG: 모든 크기 중에,

잠자리가 큰 점 보다 작은 점에 반응하는 것을 발견했습니다.

즉, 잠자리는 새처럼 훨씬 큰 것 보다는 파리처럼 작은 것들을 쫓아가도록

Oh, yeah!

설정되어있는 것입니다.

JS: Yeah, it prefers that one.

GG: Out of all the sizes,

그리고 무언가를 먹이로 인식하는 순간,

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

그 가여운 파리의 수명은 몇 초 밖에 남지 않습니다.

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

오늘 우리는 잠자리의 뇌가 어떻게

매우 효율적인 사냥꾼을 만드는지 살펴보았습니다.

versus something much larger, like a bird.

우리가 잠자리가 고양이의 크기였던

And as soon as it recognizes something as prey,

that poor little fly only has seconds to live.

3억년 전에 살지 않았음에 감사합시다.

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.