Trovare cibo al buio richiede qualche abilità, soprattutto se sei un falco. Questi insetti bevono il nettare dei fiori con una lunga bocca simile a una gigantesca cannuccia, il tutto mentre si libra a mezz'aria mentre le loro fonti di cibo ondeggiano nella brezza.
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"Fare tutto ciò a livelli di luce in cui non sarei in grado di vedere la mano davanti alla mia faccia, è un comportamento davvero notevole per un animale con un cervello molto più piccolo di un pisello", afferma Simon Sponberg, neuromeccanista presso Georgia Tech. Ora, Sponberg e i suoi colleghi hanno scoperto che i hawkmoth hanno adottato un trucco insolito per raggiungere una tale impresa dei sensi: in condizioni di scarsa luminosità, gli insetti possono effettivamente rallentare il modo in cui i loro cervelli elaborano la luce. Mentre questo ha un costo - un tempo di reazione più lento - gli insetti si nutrono principalmente di fiori che si muovono alla giusta velocità.
"In realtà evitano un compromesso, perché ottengono la sensibilità aggiuntiva di rallentare i loro sistemi visivi, ma non lo rallentano fino a dove farebbero davvero male a rintracciare i fiori naturali a cui tengono", spiega Sponberg . "Sono molto in sintonia con il loro ambiente."
Gli Hawkmoth hanno occhi composti composti da sfaccettature chiamate ommatidia. Questi sono coperti da guaine che piegano specifiche lunghezze d'onda della luce per colpire piccoli fasci di cellule nervose visive, che quindi inviano segnali al cervello. Il cervello compila un mosaico dalla ricchezza di segnali per creare un'immagine. Al buio, la guaina si tira indietro e l'occhio assorbe quante più lunghezze d'onda della luce possibile.
"Il meccanismo è diverso, ma l'effetto è un po 'come allargare l'apertura di una fotocamera", afferma Sponberg. "Raccoglie la luce su una più ampia regione di spazio", rendendo l'immagine più luminosa. Tuttavia, questo effetto non è sufficiente per far vedere veramente la falena al buio. “Permette alle falene di vedere circa mille volte meglio di quanto normalmente sarebbero in grado di vedere in termini di sensibilità alla luce. Ma questo è abbastanza insufficiente per poter vedere di notte ", afferma Sponberg.
Alcuni neuroscienziati avevano suggerito che gli insetti, che fanno la maggior parte della loro alimentazione al crepuscolo, potrebbero effettivamente rallentare la loro percezione della luce, un po 'come rallentare la velocità dell'otturatore su una fotocamera per esporre un'immagine più a lungo. "L'animale integrerebbe la luce per un periodo di tempo più lungo in modo da poter raccogliere più luce ed essere più sensibile agli oggetti poco illuminati", afferma Sponberg.
Per indagare, il laboratorio di Sponberg ha costruito fiori robotici che potevano oscillare a velocità controllata. Il team ha monitorato il modo in cui i hawkmoth hanno risposto ai fiori che si muovevano a velocità diverse e con livelli di luce variabili. Calcolando i tempi di reazione degli insetti, i ricercatori hanno visto che i movimenti della falena corrispondevano a modelli matematici di elaborazione del cervello più lenta. In media, le tarme hanno risposto al movimento floreale più lentamente del 17% al buio. La capacità delle falene di rintracciare i fiori ondeggianti sembrava limitare a 2 Hertz, o due oscillazioni al secondo. Qualcosa di più alto e hanno mancato il loro obiettivo, il team riferisce oggi su Science .
Visto dall'alto, un falco si muove con un fiore robot ondeggiante mentre si nutre. Il video è stato rallentato quattro volte per vedere meglio il movimento della falena. (Sponberg Lab, Georgia Tech) I ricercatori non sono esattamente sicuri di quali neuroni stiano rallentando il cervello degli insetti. Le falene non stanno cambiando il modo in cui si muovono, quindi le regolazioni della velocità devono avvenire nella parte del cervello che controlla la vista. "Non è solo la velocità con cui riescono a vedere, è la velocità con cui possono accelerare avanti e indietro: la combinazione sia della fisica del loro cervello che della fisica del loro corpo", afferma Sponberg.
Quindi il limite di velocità delle falene è arbitrario o ha implicazioni reali in natura? Il team ha selezionato i fiori frequentati dai hawkmoth. All'esterno, hanno registrato video dei fiori in movimento e ne hanno monitorato la velocità. I fiori non oscillano solo a una velocità piacevole e costante. Tuttavia, il team ha scoperto che, se soffiavano da una parte o si muovevano avanti e indietro, i fiori non si muovevano più velocemente di 2 Hertz almeno il 90 percento delle volte.
Questa volta visto di lato, un falco di mare traccia un fiore robotico in penombra. I fiori più lenti si sono dimostrati più facili da rintracciare per le falene. (Sponberg Lab, Georgia Tech) Quando queste falene assorbono il nettare, impollinano anche la pianta. Nel gioco dell'impollinazione, le viste e gli odori di alcune piante si sono spesso evoluti per essere finemente sintonizzati sui sensi del loro impollinatore preferito. Il nuovo lavoro suggerisce che la mozione potrebbe essere coordinata allo stesso modo. Ma non è chiaro se sia il fiore o l'insetto a porre limiti a questa relazione. "Sarebbe difficile dimostrarlo, in entrambi i casi", osserva Eric Warrant, uno zoologo dell'Università di Lund in Svezia, che ha anche scritto un pezzo prospettico sullo studio.
In fondo, la comprensione della visione e del volo di Hawkmoth potrebbe avere applicazioni nella robotica, osserva Noah Cowan, ingegnere della Johns Hopkins University. I risultati potrebbero "fornire indizi su come costruire un migliore sistema di controllo o sistema di volo", spiega.
E dal punto di vista della biologia di base, "il fatto che le falene rallentino quanto basta per rispondere alla velocità di spostamento dei fiori è davvero fantastico, e mostra quanto bene il cervello delle falene si adatta al suo ambiente", aggiunge Jessica Fox, una neuroscienziato presso Case Western Reserve che non era affiliato allo studio. Molti altri insetti devono navigare in diversi ambienti luminosi, dalle mosche della frutta alle api e alle vespe notturne. Mentre questi bug potrebbero non aver adattato la loro elaborazione visiva esattamente nello stesso modo, è possibile che altri animali adottino strategie simili.
"Il hawkmoth è il primo animale in cui abbiamo visto questa strategia", afferma Fox, "ma scommetto che non sarà l'ultimo."
