Um das Geheimnis des Fliegenflugs zu lösen, schufen Forscher eine Atmosphäre des Bilderspiels

Fliegenflügel, vor Hunderten von Millionen Jahren, mit einer komplexen Scharnierstruktur Es entwickelte sich zu einer neuen Struktur, die sich mit dem Körper verbindet. Diese Struktur, die sehr kleine Muskelbewegungen in Flug umwandeln kann, bleibt für Biologen ein evolutionäres Rätsel.

Michael Dickinson, ein Insektenflugforscher und Professor für Bioingenieurwesen und Luftfahrt am California Institute of Technology (Caltech), sagte, das Flügelscharnier des Insekts sei Teil der Evolution des Lebens. Er beschreibt es als eines der wertvollsten und schönsten Gebäude.

Um die Rolle jedes Muskels bei der Steuerung des Flügelgelenks besser zu verstehen, haben Dickinson und Kollegen ein Experiment entwickelt, um die Muskelbewegung der Fruchtfliege und die daraus resultierende Flügelbewegung in Echtzeit aufzuzeichnen. Der Versuchsaufbau war ebenso wie das Flügelscharnier selbst als komplex konzipiert. Den Forschern gelang es, hochpräzise Informationen und dreidimensionale Flügelbewegungsmuster aller zwölf winzigen Flügelmuskeln der Fliege aufzuzeichnen, während sie das Insekt in Bewegung hielten. „Dies alles gleichzeitig durchzuführen, erforderte einen enormen technischen Aufwand“, sagt Dickinson.

Der Flug der Fliege wurde mit Panorama-LED-Bildschirmen gesteuert

Die Fliege ist ein Set zur Simulation von Umweltreizen mit Panorama-LED-Display umarmt. Dickinson glaubt, dass diese Zeichen ein wirksames Werkzeug für die Fliege sind. schafft eine „Videospiel“-AtmosphäreUnd bewirkt, dass die Fliege ihr Flugsystem ändert sagt. Der Panoramabildschirm kann sich ändern, sodass die Fliege nach links, rechts, oben oder unten fliegen sowie beschleunigen oder verlangsamen kann.

Fliegen können 200 Lichtimpulse pro Sekunde einfangen

Dickinson sagte, dass LED-Panels bei Fliegenexperimenten häufig verwendet werden, weil Insekten dies tun die schnellsten visuellen Systemedass du hast und kann Lichtimpulse bis zu etwa 200 Mal pro Sekunde unterscheiden sagt. Im Vergleich dazu viele Bilder pro Sekunde 24 Quadrate Es ist auf deinem Gesicht gefilmt. Dickinson gibt an, dass Fliegen diese Bilder als Diashow betrachten können.

So wurde die Gentechnik genutzt, um die Muskelbewegungen von Fliegen aufzuzeichnen Die Muskeln waren darauf eingestellt, bei Aktivität zu leuchten.Ein Mikroskop wurde entwickelt, um Licht einer präzisen Wellenlänge auf die Fliege zu richten, um die fluoreszierenden Muskeln zu stimulieren und dann das von den stimulierten Muskeln emittierte Licht aufzuzeichnen.

Flügelbewegungen wurden mit drei Kameras mit 15.000 fps aufgezeichnet

Währenddessen Flügelbewegung, mit drei Hochgeschwindigkeitskameras, die 15.000 Bilder pro Sekunde aufzeichnen können erwischt. Die Kameras mussten außerdem mit einer hohen räumlichen Auflösung arbeiten, um kleine Veränderungen in den Muskelbewegungen zu erfassen, die zu erheblichen Veränderungen im Flug des Insekts führen könnten. Aufgrund der extrem kurzen Belichtungszeit benötigten die Kameras viel Licht, um die Szene zu produzieren. Forscher wollen verhindern, dass Insekten beim Fotografieren erblinden Infrarotkamerasgebraucht.

Schließlich liefert das System Echtzeit-Feedback über die Größe jedes Flügelschlags. eine dritte Kamera wurde platziert. So wirkt sich die LED-Simulation auf den Flug der Fliege aus Es war möglich, die Reaktion zu steuern.

Das Experiment umfasste 72.000 Flügelschläge, aufgeteilt in Trainings- und Testdatensätze. Es wurden Terabytes an Daten gesammelt.Die Trainingsdaten werden dann in ein System eingespeist, das anhand der Muskelaktivität die Flügelbewegung vorhersagt. Plexus zur Entwicklung genutzt wurde. „Wir brauchten eine Fülle von Informationen aus einer Vielzahl von Flugmustern, um den Reichtum dessen zu erfassen, was dieses Muskelsystem leisten kann“, sagt Dickinson.

Die Arbeit mit Tieren stellte bei der Entwicklung des Experiments zusätzliche Herausforderungen dar. Da beispielsweise Licht und Elektronik Wärme erzeugen, mussten die Forscher dafür sorgen, dass der Raum ausreichend kühl war. Forscher fanden heraus, dass die Fruchtfliegen im Experiment verwendet wurden Zurückhaltung beim Fliegen bei Temperaturen über 25 °CZustände.

Derzeit untersuchen Forscher diese Laborfruchtfliegen, die einzige Rasse, die genetisch verändert werden kann, um Muskeln darzustellen. Sie hoffen auch, ihre Ergebnisse in Zukunft mit anderen Experimenten mit Mücken vergleichen zu können. Für die Zukunft die Elemente der Insektenflügel nutzen Erstellen einer Computersimulation zum Entwerfen physischer StrukturenSie planen.