蜻蜓和豆娘有何区别：不一样的狩猎策略

Jewelwing豆娘。图片：Sam Fabian

蜻蜓和豆娘是看似温和但实际上是远古猎人。这两种密切相关的昆虫在2.5亿年前有共同的祖先 – 比恐龙还早 – 它们有控制精确而迅速的空中袭击的古老的神经系统。

由明尼苏达大学研究人员领导的《当代生物学》杂志最近发表的一篇论文表明，尽管蜻蜓和豆娘有不同的狩猎策略，但两种动物在驱动狩猎飞行的回路中共享关键神经元。这些神经元是如此相似，研究人员认为昆虫是从它们的共同祖先那里遗传下来的，并且这些神经元变化不大。

深入了解其快速处理图像的能力可以为技术进步提供帮助。这些发现可能会告知将摄像机安装在无人机和自动驾驶汽车上的位置，以及如何快速有效地处理传入信息。

生物科学学院生态、进化与行为学系助理教授，资深作者帕洛玛·冈萨雷斯-贝利多（Paloma Gonzalez-Bellido）说：“从进化论的角度来看，蜻蜓和豆娘很有趣，因为它们为我们提供了进入古代神经系统的窗口。而且由于种类繁多，我们可以研究它们的行为并比较它们的神经系统性能。您无法从化石中得到这种信息。”

东部池塘的鹰蜻蜓（hawk dragonflies）在实验室捕猎。图片来源：Supple等

蜻蜓和豆娘之间的明显区别是它们的眼睛形状和位置。当今大多数蜻蜓的眼睛并拢，经常沿头顶接触。而豆娘的眼睛相距甚远。研究人员想知道这是否改变了他们的狩猎习惯，以及是否影响了他们的神经系统检测移动猎物的方式。

研究人员发现：

蜻蜓和豆娘以不同的方式捕食猎物，蜻蜓使用靠近眼睛顶部的较高分辨率区域从下方捕猎，而豆娘则利用眼睛前方分辨率的较高的部分来捕食前方的猎物。

在蜻蜓的眼睛合并到顶部的情况下，眼睛的工作就像是扩展显示的两个屏幕一样，可以落在左侧或右侧，但绝对不能同时在两个屏幕上显示；

蜻蜓眼睛

豆娘的眼睛就像复制的屏幕一样工作，在这里，两只眼睛都可以看到猎物的图像（即，它们具有双目视觉）；

两种设计都有其利弊，它们的存在与猎物的类型和环境有关。

尽管采取了不同的策略，但在两组中将有关移动目标的信息从大脑传递到翅膀运动的神经元几乎相同，这表明它们是从共同祖先那里继承而来的。

不同的狩猎策略可以在不同的环境中获得回报。蜻蜓倾向于在空旷地区打猎，利用天空的对比度帮助他们发现目标。尽管他们无法使用两个图像来计算深度，但是它们依赖于其他线索。豆娘往往会在植被之间搜寻，那里可能没有快速反应的选择压力，或者对深度感知的需求更加强烈。

Jewelwing豆娘在宾夕法尼亚州的户外捕猎。图片：Supple等

现在，研究人员正在寻求了解如何在大脑中计算扩展图像和重复图像，以及如何将信息实现为肌肉运动。

最近毕业于冈萨雷斯-贝利多斯实验室的杰克·索普尔（Jack Supple）博士说：“还有很多我们不了解的地方。我们不知道这些神经元在飞行过程中如何协调身体中不同的肌肉。如果我们明天尝试建造逼真的机器人豆娘或蜻蜓，将会遇到困难。”

除了研究两个昆虫之间的差异外，研究人员还在继续探索每个昆虫内物种的差异。冈萨雷斯-贝利多说：“虽然大多数蜻蜓的眼睛并拢，但少数物种的眼睛却分开。他们中的一些在明尼苏达州非常丰富，我们渴望利用新的飞行实验室在受控环境中研究他们的行为。”

研究人员的目标是今年夏天在雪松溪生态系统科学保护区和Itasca生物站和实验室进行采集，这两个地区都有许多蜻蜓和豆娘。