揭开昆虫夜间绕灯飞行的奥秘

　　昆虫在夜间绕着一盏灯多次曝光的照片。来源:Samuel Fabian

　　最近的研究利用高速跟踪探索了这个问题为什么昆虫在夜间会被光源吸引并在光源周围盘旋?这项研究推翻了之前的理论，比如对热量的吸引，或者把人造光误认为是天体导航的线索，并引入了背光反应Nse是一个关键因素。

　　这是一个与人类聚集在营火周围一样古老的观察:夜晚的光线会吸引一群不规律地盘旋的昆虫。在艺术、音乐和文学中，这一奇观是危险但不可抗拒的吸引力的永恒隐喻。观察它们疯狂的动作真的会让人觉得有些不对劲——这些夜间飞行的飞行员不是在寻找食物和躲避捕食者，而是被一盏灯困住了。

　　可悲的是，几个世纪以来，人们目睹了这些事情的发生，却无法确定它们发生的原因。一盏简单的灯是如何把快速、精确的领航员变成无助、飘忽不定的俘虏的?我们是研究飞行、视觉和进化的研究人员，我们在最新发表的研究中使用高速跟踪技术来提供答案。

　　昆虫绕着光飞行的原因会让你大吃一惊。

　　飞蛾扑火?

　　许多关于这种催眠行为的旧解释并没有完全被证实。一个早期的概念是昆虫可能被火焰的热量所吸引。这很有趣，因为有些昆虫真的是嗜火的:它们被火吸引，并进化到利用最近被烧毁地区的条件。但光线周围的大多数昆虫都不属于这一类，凉爽的光线对它们很有吸引力。

　　另一种想法是，昆虫只是直接被光吸引，这种反应被称为趋光性。许多昆虫向光移动，可能是为了逃离黑暗或陷阱环境。但如果这就是光周围星团的解释，你可能会认为它们会直接撞到光源上。这个理论几乎不能解释疯狂的盘旋行为。

　　还有一种观点认为，昆虫在试图利用天体导航时，可能会把附近的光线误认为是月球。许多昆虫在夜间以月亮为参照来确定它们的路线。

　　这个策略依赖于当你沿着一条直线移动时，远处的物体似乎在原地盘旋。一个稳定的月亮表明你没有做任何无意的转弯，如果你被一阵风击中。然而，更近的物体似乎不会在天空中跟随你，而是在你经过时漂在后面。

　　天体导航理论认为，昆虫努力保持光源稳定，在试图直线飞行失败时急剧转向。一个优雅的想法，但这个模型预测许多飞行将螺旋向内碰撞，这通常与我们看到的轨道不匹配。那么到底发生了什么呢?

　　科学家们使用高速立体动作捕捉技术来记录夜间人造光的存在如何影响昆虫的飞行行为。来源:Samuel Fabian

　　背对着光

　　为了详细研究这个问题，我们和我们的同事在伦敦帝国理工学院的实验室和哥斯达黎加的两个实地地点(CIEE和Estación Biológica)拍摄了昆虫在不同光源周围的高速视频，以精确确定飞行路径和身体姿势。我们发现它们的飞行模式与任何现有的模型都不匹配。

　　相反，一大群昆虫始终将背对着灯光。这是一种已知的行为，称为背光反应。在自然界中，假设来自天空的光比来自地面的光多，这种反应有助于昆虫保持正确的飞行方向。

　　夜间的人造光干扰了昆虫的正常飞行模式。这段汇编视频展示了昆虫绕着光旋转的轨道行为主题。

　　但是将它们的背指向附近的人造光会改变它们的飞行路线。就像飞机倾斜转向一样，有时会滚动到地面几乎直出你的窗户，倾斜的昆虫也会转向。当它们的背部朝向附近的一盏灯时，它们就会绕着那盏灯转，绕圈但很少相撞。

　　这些轨道路径只是我们观察到的行为之一。当昆虫直接在灯光下飞行时，当灯光从它们身后经过时，它们通常会向上拱起，保持背对着灯泡，直到最终笔直向上飞行，它们停止飞行，从空中坠落。更令人信服的是，当昆虫直接飞过灯光时，它们往往会倒过来，再次背对着灯光，但随后突然坠毁。

　　三种不同的观察到的转身行为，飞行昆虫背对人造光。来源:Jamie Theobald

　　为什么会有背光反应?

　　虽然夜间的光线会伤害其他动物——例如，把候鸟引到城市地区——但大型动物似乎不会失去它们的垂直方向。那么，为什么昆虫这种最古老、物种最多的飞行动物，会依赖于一种让它们如此脆弱的反应呢?

　　这可能与它们的体型小有关。较大的动物可以通过加速度或任何加速度拉动的感觉器官直接感知重力。例如，人类使用内耳的前庭系统，它调节我们的平衡感，通常让我们很好地感觉到哪条路是向下的。

　　但是昆虫只有很小的感觉结构。特别是当它们进行快速飞行时，加速度只能提供一个糟糕的指示，表明哪条路是向下的。相反，他们似乎把赌注押在了天空的亮度上。

　　在现代照明出现之前，无论是白天还是晚上，天空通常都比地面亮，因此它为希望保持稳定方向的小型主动飞行者提供了相当可靠的线索。通过提示昆虫绕圈飞行来破坏这种能力的人造光是相对较新的。

　　日益严重的夜间照明问题

　　随着新技术的普及，遍布夜空的灯光比以往任何时候都要多。随着廉价、明亮、广谱led的引入，许多地区，如大城市，再也看不到黑夜了。

　　这是作者在哥斯达黎加蒙特维德的实地研究地点拍摄的向上视图，显示了人造光如何与夜空竞争。来源:Samuel Fabian

　　昆虫并不是唯一受影响的生物。光污染扰乱其他动物、植物和人类的昼夜节律和生理过程，往往会造成严重的健康后果

　　但是被困在灯光周围的昆虫似乎受到了最坏的影响。无法获得食物，容易被捕食者发现，容易疲惫不堪，许多人在天亮之前就死了。

　　原则上，光污染是最容易解决的问题之一，通常只需要拨动开关。将室外照明限制在有用的、有针对性的暖光，亮度不要超过必要，持续时间不要超过必要，可以极大地改善夜间生态系统的健康。同样对昆虫有益的做法也有助于恢复对夜空的看法:世界上超过三分之一的人口生活在看不到银河系的地区。

　　虽然昆虫绕着一盏灯盘旋是一种迷人的奇观，但当我们让夜晚没有灯光，让它们在夜空下进行它们如此熟练的活动时，这当然对昆虫和它们给人类带来的好处更好。

　　写的:

　　Samuel Fabian -罗帝国理工学院生物工程博士后研究员

　　杰米·西奥博尔德-佛罗里达国际大学生物科学副教授

　　耶鲁大学:是的

　　ndhi -佛罗里达大学佛罗里达自然历史博物馆鳞翅目与生物多样性Mcguire中心昆虫学博士后研究助理

　　改编自一篇最初发表于The Conversation的文章。