Fruitvliegjes ontwijken gevaar net zoals straaljagers

De onderzoekers gebruikten drie hogesnelheidscamera’s rondom een plexiglas cilinder van 20 centimeter diameter met daarin vliegende fruitvliegjes. De camera’s legden met 7500 beeldjes per seconde de reactie van een vliegje vast op een naderende dreiging.

"Tot nu toe zagen we het vlieggedrag van fruitvliegjes vooral als een soort ‘zwemmen door de lucht’, maar uit het onderzoek bleek dat de vliegjes bij naderend gevaar hun lichaam rollen om zo een snelle hellende bocht te maken, zeer vergelijkbaar met hoe een gevechtsvliegtuig dat doet", stelt Michael Dickinson, professor aan de University of Washington. "Daarbij ontdekten we dat fruitvliegjes hun koers kunnen veranderen in minder dan een honderdste van een seconde, vijftig maal sneller dan wij met onze ogen knipperen en veel sneller dan we hadden verwacht."

Afstudeerwerk

Florian Muijres is hoofdauteur van het artikel. Hij begeleidde het afstudeerwerk van Johan Melis en studeerde zelf ook Luchtvaart- en Ruimtevaartechniek aan de TU Delft. "Uit de resultaten bleek dat de fruitvliegjes hun lichaam in een kombocht wel 90 graden kunnen rollen, en soms zelfs bijna ondersteboven vliegen om te ontsnappen. Hun vleugeltjes gaan zo’n 200 maal per seconde op en neer. Een opmerkelijk resultaat is dat de vliegjes nauwelijks meer dan één vleugelslag nodig hebben om hun lichaam exact zo te rollen, zodat ze weg accelereren van het gevaar."

De bijdrage van Johan Melis bestond uit het vertalen van camerabeelden naar het precieze gedrag van de vliegjes: "De onderzoekers wilden heel precies weten hoe de vlieg zijn lichaam en zijn beide vleugels bewoog om de koersverandering tot stand te brengen. Dat is te herleiden uit de camerabeelden, maar omdat we meer dan 400 000 camera beeldjes te analyseren hadden,  moest dat automatisch en betrouwbaar", stelt Melis.

Neurologisch onderzoek

Het Amerikaanse onderzoek gebruikt de fruitvliegsoort Drosophila hydei, een van de grootste fruitvliegsoorten maar toch niet veel groter dan een sesamzaadje. Vliegen staan bekend om hun razendsnelle visuele systeem waarmee ze dreigend gevaar detecteren. "Het piepkleine brein van de vlieg blijkt in staat om in extreem korte tijd uit te rekenen waar het gevaar zit en wat de beste ontsnappingsroute is. De vlieg gedraagt zich anders als het gevaar van voren, van opzij of van achteren komt. De vraag is hoe een vlieg met hersens ter grootte van een zoutkorrel, gedrag kan vertonen dat bijna zo complex is als dat van een veel groter dier, zoals een muis. Dat is vanuit ingenieursperspectief een zeer interessant probleem", stelt Dickinson.

Gevaar

De onderzoekers synchroniseerden drie hogesnelheidscamera’s die 7500 beeldjes per seconde kunnen schieten: 40 beeldjes per vleugelslag. De camera’s stonden gericht op een klein gebied in het midden van de plexiglas cilinder met 40 tot 50 vliegjes. Zodra een vliegje het kruispunt van twee lasers passeerde, precies in het richtgebied, activeerden ze een expanderende schaduw op een ledscherm. De vlieg ziet dat als naderend gevaar en maakt een ontwijkende beweging.

Een probleem voor de onderzoekers was dat dit soort camera’s erg veel licht nodig heeft, maar dat dat licht ook de vliegjes zou verblinden. Dit losten ze op met zeer sterke infrarood-lampen. Dat licht zien de camera’s wel maar de vliegen (en mensen) niet.

Het onderzoek is gefinancierd door de Paul G. Allen Family Foundation, de Air Force Office of Scientific Research, de Army Research Office, de Swedish Research Council en de Royal Physiographical Society in Lund. 

Links:

• http://www.washington.edu/news/2014/04/10/fruit-flies-fighter-jets-use-similar-nimble-tactics-when-under-attack/
• http://news.sciencemag.org/biology/2014/04/scienceshot-fleeing-fruit-flies-perform-fancy-flying?rss=1