(PhysOrg.com) — In de afgelopen twee decennia is Michael Dickinson honderden keren door verslaggevers geïnterviewd over zijn onderzoek naar de biomechanica van de vlucht van insecten. Eén vraag van de pers heeft hem altijd achtervolgd: Waarom zijn vliegen zo moeilijk te slaan?

“Nu kan ik eindelijk antwoorden,” zegt Dickinson, de Esther M. en Abe M. Zarem Professor in Bio-engineering aan het California Institute of Technology (Caltech).

Met behulp van hoge-resolutie, hoge-snelheid digitale beeldvorming van fruitvliegen (Drosophila melanogaster) geconfronteerd met een dreigende swatter, hebben Dickinson en afgestudeerde student Gwyneth Card het geheim bepaald van de ontwijkende manoeuvres van een vlieg. Lang voordat de vlieg springt, berekent zijn kleine brein de plaats van de dreigende bedreiging, bedenkt een ontsnappingsplan en plaatst zijn poten in een optimale positie om in de tegenovergestelde richting uit de weg te springen. Al deze acties vinden plaats binnen ongeveer 100 milliseconden nadat de vlieg de vliegenmepper voor het eerst heeft opgemerkt.

“Dit illustreert hoe snel de hersenen van de vlieg zintuiglijke informatie kunnen verwerken tot een passende motorische reactie,” zegt Dickinson.

De video’s toonden bijvoorbeeld aan dat als de neergaande vliegenmepper – in werkelijkheid een 14 centimeter grote zwarte schijf, die in een hoek van 50 graden valt in de richting van een vlieg die in het midden van een klein platform staat – van voor de vlieg komt, de vlieg zijn middenpoten naar voren beweegt en naar achteren leunt, dan zijn poten optilt en uitstrekt om naar achteren weg te duwen. Wanneer de dreiging echter van achteren komt, beweegt de vlieg (die een gezichtsveld van bijna 360 graden heeft en achter zich kan kijken) haar middenpoten een klein stukje naar achteren. Bij een dreiging van opzij houdt de vlieg zijn middenpoten stil, maar leunt zijn hele lichaam in de tegenovergestelde richting voordat hij springt.

“We ontdekten ook dat wanneer de vlieg planningsbewegingen maakt voorafgaand aan het opstijgen, hij rekening houdt met zijn lichaamspositie op het moment dat hij de dreiging voor het eerst ziet,” zegt Dickinson. “Wanneer het eerst merkt een naderende dreiging, een vlieg het lichaam kan worden in een soort van houding, afhankelijk van wat het aan het doen was op het moment, zoals verzorgen, voeden, lopen, of het hof. Onze experimenten toonden aan dat de vlieg een of andere manier ‘weet’ of het nodig heeft om grote of kleine houdingsveranderingen te maken om de juiste preflight houding te bereiken. Dit betekent dat de vlieg moet integreren visuele informatie van zijn ogen, die vertellen waar de dreiging nadert uit, met mechanosensorische informatie van zijn poten, die vertelt hoe te bewegen om de juiste preflight houding te bereiken.”

De resultaten bieden nieuw inzicht in het zenuwstelsel van de vlieg, en suggereren dat binnen de vlieg hersenen is er een kaart waarin de positie van de dreiging opdoemen “wordt omgezet in een passend patroon van been en lichaam beweging voorafgaand aan het opstijgen,” zegt Dickinson. “Dit is een nogal verfijnde sensorische-naar-motorische transformatie en de zoektocht is aan de gang om de plaats in de hersenen te vinden waar dit gebeurt,” zegt hij.

Dickinson’s onderzoek suggereert ook een optimale methode om daadwerkelijk een vlieg te meppen. “Het is het beste om niet te slaan op de startpositie van de vlieg, maar om een beetje naar voren te mikken om te anticiperen op waar de vlieg gaat springen wanneer het voor het eerst je swatter ziet,” zegt hij.

De paper, “Visually Mediated Motor Planning in the Escape Response of Drosophila,” zal 28 augustus worden gepubliceerd in het tijdschrift Current Biology.