Как саранча замечает приближающуюся опасность

Нервные клетки саранчи реагируют на зрительную картину приближения предмета. Исследования показывают, как этот ответ зависит от движения, размера изображения и возраста насекомого, а также какие защитные движения возникают в полёте.

Почему приближение отличается от удаления

В исследовании 1992 года регистрировали ответ определённой нервной клетки саранчи на движущиеся изображения. Использовали настоящие предметы, движущиеся диски и компьютерные картины. Для тёмного предмета, двигавшегося по прямой с постоянной скоростью, самый сильный ответ возникал при движении непосредственно к глазу. При удалении ответ был слабее.

Предпочтение приближающегося предмета сохранялось при разных размерах и скоростях. Когда достаточно крупный диск начинал приближаться, могли появляться два подъёма частоты нервных импульсов: сразу после начала движения и позднее, по мере приближения. При удалении наблюдали один начальный подъём.

На результат влияли и фон, и контраст изображения. Движение большой части видимого поля подавляло ответ на приближающийся предмет. Поэтому нервная реакция описывает событие в окружающей зрительной картине.

Авторы также отметили, что размер и скорость влияют на ответ. По одной частоте импульсов трудно получить точное время до столкновения для любых предметов. Чувствительность к приближению сама по себе ещё не означает универсальный внутренний секундомер.

Как размер изображения меняет результат

Работа 2004 года проверила предположение, что сигналом к защитному действию служит ранний максимум активности одной из зрительных нервных клеток. Для этого использовали моделирование и запись электрической активности. Особое внимание уделили тому, насколько размеры предъявленного объекта соответствуют возможной природной опасности.

Авторы сопоставили лабораторные изображения с размерами небольших птиц, охотящихся на саранчу. Такие птицы дают другую картину приближения, чем необычно крупный предмет в прежних опытах. Различие меняло ход нервного ответа.

При небольшом приближающемся объекте активность продолжала нарастать до конца приближения. Саранча могла запускать защитное поведение и без раннего пика перед предполагаемым столкновением. Следовательно, этот пик не оказался обязательным условием любого защитного действия.

Этот результат уточняет, почему для изучения зрительной опасности важен масштаб. Один рисунок активности, полученный с очень большим изображением, нельзя считать единственным возможным для всех встреч. Работа связывает выбор испытательного предмета с интерпретацией ответа, сохраняя значение самой чувствительности нервной клетки к приближению.

Что умеют недавно вылупившиеся особи

В исследовании 2013 года изучали молодых особей перелётной саранчи на последовательных стадиях развития. Уже при вылуплении пара известных зрительных нервных клеток избирательно отвечала на приближение. Разные скорости такого движения вызывали различную частоту импульсов.

По мере роста и линек на один и тот же приближающийся сигнал приходилось больше импульсов, а их максимальная частота увеличивалась. На удаляющийся предмет число импульсов, напротив, уменьшалось. Различение приближения и удаления становилось более выраженным.

Движение в одной части видимого пространства подавляло ответ на движение в другой на всех изученных стадиях. Электронная микроскопия обнаружила нервные контакты, которые дают возможную основу такого взаимодействия между зрительными сигналами.

Таким образом, избирательность была заметна уже у только что вылупившегося насекомого и менялась вместе с развитием. Эти данные описывают конкретные клетки и их связи. Они помогают понять становление реакции, сохраняя различие между измеренным ответом нервной системы и проверкой всех способов избегания опасности у молодой саранчи.

Какие движения возникают во время полёта

Другая работа 2013 года исследовала саранчу, летящую в воздушном потоке при ограниченном закреплении тела. Сбоку предъявляли увеличивающееся изображение, которое воспроизводило приближение объекта по траектории столкновения. Движения снимали с высокой скоростью.

Ответы оказались разнообразными: насекомые могли набирать высоту или снижаться, отклоняться от изображения и иногда двигаться в его сторону. Поэтому защитная реакция в таком испытании не сводилась к одному обязательному повороту.

При более сильном закреплении исследователи сопоставили движения крыльев с поворотом тела в горизонтальной плоскости. Наиболее тесная связь обнаружилась с неодинаковыми взмахами двух сторон. Также заметную роль играло изменение формы крыльев, частично независимое от этой асимметрии.

Результат показывает несколько способов изменения полётного движения в ответ на зрительную угрозу. Для объяснения нужны и обнаружение приближения, и работа крыльев. Условия закрепления позволяют измерить отдельные связи, но описание такого опыта следует сохранять вместе с выводом: это исследование поведения в воздушном потоке при заданном изображении.