Proč je tak těžké uhodit mouchu? / Habr

Zkuste plácnout mouchu a brzy uvidíte, že je rychlejší než vy. Mnohem rychlejší. Ale jak nás tito drobouncí tvorové se svými drobnými mozky tak snadno oklamou?

Pravděpodobně jste o tom přemýšleli poté, co jste honili mouchu po domě, mávali pantoflem a znovu a znovu neúspěšně přiráželi. Jak se pohybuje tak rychle? Čte mi myšlenky?

Touto otázkou se zabývala nejnovější epizoda naší BBC World Service CrowdScience, která se zabývala superschopnostmi malých zvířat. Podstatou odpovědi je, že ve srovnání s námi mouchy vnímají náš svět zpomaleně.

Pro ilustraci se podívejte na hodiny se vteřinovou ručičkou. Člověk vidí šipku pohybující se určitou rychlostí. U želvy je tato rychlost dvojnásobná. U většiny druhů much trvá každé tikání hodin asi čtyřikrát déle. Vnímaná rychlost času se u jednotlivých druhů liší.

Děje se tak proto, že zvířata vnímají svět kolem sebe ve formě souvislého videa. Ve skutečnosti vytvářejí tento obrázek na základě obrazů přicházejících z očí do mozku ve formě samostatných záblesků, určitý počet záblesků za sekundu. U lidí se vyskytuje přibližně 60 takových záblesků za sekundu, u želv – 15, u much – 250.

Všechno je relativní

Rychlost, s jakou jsou tyto obrazy zpracovávány mozkem, se nazývá „rychlost fúze blikání“. Obvykle platí, že čím menší druh, tím vyšší rychlost jeho fúze – a zde jsou mouchy daleko před námi.

Profesor Roger Hardy z University of Cambridge studuje fungování muších očí a má experiment, který má určit rychlost fúze blikání.

„Rychlost fúze blikání je jednoduše měřítkem toho, jak rychle je potřeba světlo vypnout a znovu zapnout, aby vypadalo souvisle,“ říká profesor Hardy.

Roger vkládá drobné skleněné elektrody do živých světlocitlivých buněk oka – fotoreceptorů – a poté pomocí LED diod bliká stále rychleji. Každý LED záblesk produkuje malý elektrický proud ve fotoreceptorech a je vidět na obrazovce počítače. Testy ukazují, že nejrychlejší mouchy reagovaly na záblesky až 400krát za sekundu – více než šestinásobek naší rychlosti.

Nejrychlejší vidění bylo nalezeno u much, kterým se doslova říká „zabiják“ [zřejmě jde o druh Coenosia attenuata, tzv. lovecká muška, původem z jižní Evropy / cca. překlad]. Jsou to malé dravé mušky pocházející z Evropy, které ve vzduchu chytají jiné mouchy a mají superrychlé reakce. Dr. Paloma Gonzalez-Bellido v muší laboratoři na univerzitě v Cambridge demonstruje lov zabijáckých much vypouštěním obětí v podobě ovocných mušek do speciální kamery pro natáčení.

Paloma zaznamenává jejich chování rychlostí 1000 snímků za sekundu pomocí speciální kamery. K němu připojený počítač nahrává video, které se každých 12 sekund znovu nahraje. Zatímco se moucha pohybuje, Paloma stiskne tlačítko, pokud chce, aby posledních 12 sekund videa bylo nahráno na dlouhou dobu.

„Naše reakční doba je tak špatná, že kdybychom chtěli zastavit video v domnění, že se něco děje, už by se to stalo,“ říká Gonzalez-Bellido. Nemáme ani čas stisknout tlačítko, než se všechno stane – je to tak rychlé.

Fly vs fly

Jednou v krabici s oběťmi se zabijácká moucha nejprve nehybně posadila, ale jakmile ovocná muška odletěla 7 cm od ní, udělala náhlý pohyb a najednou se zabijácká moucha ocitla na dně krabice a žvýkala třesoucí se moucha.

Teprve při sledování zpomaleného videa na počítači se ukázalo, co se stalo: zabijácká moucha vzlétla, třikrát obletěla ovocnou mušku, neustále se ji snažila uchopit, a pak se jí konečně podařilo chytit za přední nohy .

A celý tento příběh trval jen jednu vteřinu. Oči to vnímají jako blikání, takže mávající ruka člověka se musí pro mouchu pohybovat hlemýždím tempem.

Aby se moucha zabijáka pohybovala tak rychle a předstihla i ostatní mouchy, obsahují buňky citlivé na světlo v jejích očích mnohem více mitochondrií („baterií“ biologických buněk) než buněk jiných much.

Jsou to baterie, které napájejí článek, takže rychlé vidění musí spotřebovat více energie než pomalé vidění. To vysvětluje, proč oči jednoduše nejsou nastaveny na nejrychlejší možný provozní režim.

Masožravá strava zabijaček jim dává spoustu energie k pohonu vysokoenergetických buněk. Ale i kdyby naše oční buňky měly stejný počet mitochondrií, neměli bychom tak vysokorychlostní vidění, protože světlocitlivé buňky much jsou strukturovány úplně jinak než buňky obratlovců.

Důvodem strukturálních rozdílů ve stavbě očí je evoluce. U členovců a obratlovců, skupin pro mouchy a lidí, vývoj očí probíhal odděleně za posledních 700-750 milionů let.

Teorie strun

Oči much se vyvinuly tak, aby vnímaly světlo prostřednictvím sady drobných provázků uspořádaných vodorovně podél cesty světla okem. Tyto struktury reagují mechanicky na světlo, zatímco obratlovci mají protáhlé trubicovité buňky nasměrované ke světlu, ve kterém chemické sloučeniny reagují na světlo.

Roger ve své laboratoři studuje strukturu oka mouchy. „Je citlivější v tom smyslu, že může produkovat velký signál pro nejmenší množství světla a může reagovat rychleji než tyčinky a čípky v oku obratlovců,“ vysvětluje.

Existuje několik důvodů pro tuto zvýšenou citlivost, ale byl to Hardy, kdo zjistil, že reagují na světlo spíše mechanicky než chemicky, jako čípky a tyčinky.

Mechanická odezva umožňuje rychlejší vytváření nervových signálů. Navíc existuje omezení rychlosti, kterou se mohou nervové impulsy šířit – a krátká vzdálenost mezi okem mouchy a mozkem proces urychluje ve srovnání s velkými obratlovci.

Někteří obratlovci vidí rychleji než my. Schopnost létat zjevně koreluje s rychlostí vidění, stejně jako malá velikost. Může to být způsobeno tím, že malá létající zvířata musí být schopna rychle reagovat za letu, aby se vyhnula přiblížení k překážkám.

Pomalé tleskání

Nejrychlejší vidění mají druhy, které chytají mouchy ve vzduchu.

Vědci z Uppsalské univerzity ve Švédsku studiem zraku lejska strakatého, malého pěvce, který chytá mouchy za letu, zjistili, že je schopen detekovat záblesky světla rychlostí 146krát za sekundu.

Ptáci byli vycvičeni, aby si spojili blikající světlo s pamlskem, a úspěšně rozlišili blikající světlo rychlostí 146krát/s. To je asi dvakrát rychlejší, než lidé vidí, ale ne tak rychle jako průměrná moucha. To znamená, že ptáci, stejně jako mouchy, vnímají každé tikání hodin pomaleji než lidé.

Muškaři jsou evolucí nuceni vnímat plynutí času co nejpomaleji, aby si udrželi náskok před svou rychlou kořistí. V průběhu evoluce mohou ptáci, kteří vnímají čas pomaleji, rychleji reagovat na kořist, jíst více, vychovávat více kuřat a předávat rychlostní vidění budoucím generacím.

Mouchy, které chytí ptáci s rychlým viděním, si také vyvinou rychlejší reakci, aby se vyhnuli chycení. Tento evoluční závod ve zbrojení trvá déle, než existovali samotní ptáci. Od dob, kdy se naučily létat, si kořistní mouchy vyvíjejí rychlé vidění, aby je nechytily dravé mouchy.

Až se příště pokusíte uhodit mouchu, nenechte se odradit. Váš nemotorný a pomalý pohyb se setkal s miliony let přirozeného výběru, který umožnil mouchám vnímat vaše pokusy zpomaleně. Obecně se zdá, že pro vás a pro mouchu čas utíká relativně.

• Populární věda
• Brain