Hoe een vlieg de mepper ontwijkt

De Nederlander Florian Muijres werkt als postdoc onderzoeker aan de Universiteit van Washington en probeert daar de vlieggeheimen van fruitvliegen te ontrafelen. “Ik ben van huis uit aerodynamicus en geïnteresseerd in de aerodynamica van flappende vleugels van vliegende dieren; die is erg interessant complex. Door vliegkunsten zoals die van de fruitvlieg te ontrafelen, kunnen we nieuwe flappende micro air vehicles (MAV), zoals de delfly van de TU Delft, perfectioneren.

Arena

Gewapend met drie high-speed camera’s die 7500 beelden per seconde schieten, probeerde Muijres de beweging van Drosophila hydei – een fruitvlieg zo groot als een sesamzaadje – vast te leggen. Hij liet daartoe 40 tot 50 beestjes los in een arena. Wanneer ze door het midden vlogen, waar de stralen van twee infrarood lasers elkaar kruisten, kregen ze een snel groeiende zwarte cirkel te zien. Muijres: “Die simuleert een object, zoals een mepper, dat snel op de vlieg afkomt. De vlieg probeert dit object te ontwijken door een manoeuvre te maken. Overigens ziet deze snel groeiende zwarte cirkel er voor ons uit als een lichtflits, maar de ogen van vliegen zijn veel sneller waardoor ze een steeds groter wordend object zien.” De onderzoekers legden op deze manier 3566 vleugelslagen van 92 verschillende fruitvliegen vast.

http://youtu.be/d7QIXXBQ_No

Kantelend als een vliegtuig

De groep ontdekte dat de kleine vliegen in het heetst van de strijd hun lichaam net als een vliegtuig kantelen om van het gevaar weg te buigen. Soms komen ze daarbij bijna op de kop te hangen. Tegelijkertijd schieten ze dan omhoog of omlaag. Op die manier veranderen ze in minder dan éénhonderdste van een seconde van vliegrichting. Dat is 50 keer zo snel als dat wij met onze ogen knipperen. Een normaal vliegende vlieg klappert 200 keer per seconde met zijn vleugels. Wanneer er gevaar dreigt, kan hij dit echter nóg sneller. Met één slag kan hij de richting van zijn lichaam veranderen. Dat is veel sneller dan tot nu toe gedacht werd.

Zoutkorrelbrein

En dat is een bijzonder staaltje rekenwerk voor zo’n klein beestje. Het fruitvliegbrein is amper een zoutkorrel groot maar berekent in heel korte tijd de beste ontsnappingsroute op basis van de locatie van het gevaar. Het vliegenbrein moet dus visuele informatie razendsnel omzetten in een beweging. De wetenschappers vergelijken de hersencapaciteit van het insect met die van een muis.

“Het fruitvliegbrein bevat maar 100.000 zenuwcellen (mensen hebben 100 miljard zenuwcellen). Wij zijn geïnteresseerd in hoe het vliegenbrein met zo weinig cellen toch zulke nauwkeurige bewegingen kan maken. Dat kan ons leren om meer efficiënte, slimme besturingssystemen te ontwikkelen. Voor mij persoonlijk, gaat het vooral om besturingssystemen in bijvoorbeeld MAVs, maar in theorie kan deze kennis ook toegepast worden in andere controle- of besturingssystemen”, vertelt Muijres.

Hoe zo’n klein insect zo snel kan reageren is nog een raadsel. De wetenschappers denken dat ze over een speciaal soort circuit van gevoelszenuwcellen en bewegingszenuwcellen beschikken. “Het lab waarin ik werk is primair een neurowetenschappelijk lab, en verschillende collega’s werken aan dit probleem. We kijken naar hoe het visuele systeem de stimulus herkent, hoe dit vertaald wordt in een motorische uitkomst, en hoe de spieren aangestuurd worden om de manoeuvre te maken”, zegt Muijres.

http://youtu.be/mZJQFOw9JHU