为什么人造光——以及进化——会困住飞蛾

高分辨率视频显示,人造光源如何扰乱飞蛾的飞行模式。
A multiple-exposure photograph of insects circling an artificial light at night. The light can mess with a moth’s sense of what direction is up and which way is down.
一张多重曝光照片,展示了昆虫在夜间围绕人造光源盘旋。灯光会扰乱飞蛾对上下方向的感知。Samuel Fabian, CC BY-ND

一个国际科学家团队认为,他们终于找到了长期以来困扰人们的“为什么飞蛾会被光吸引”这个问题的答案。人造光似乎会将飞蛾和其他飞行昆虫困在一种奇怪的飞行模式中。灯光会使它们失去对上下方向的感知,因为它们习惯于在夜空中跟随光源,而不是地面上的光源。飞蛾并非被光吸引,而是更有可能被其光芒“困住”。研究结果发表在1月30日《Nature Connections》期刊的一项研究中。

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数百万年的演化

飞蛾和蝴蝶的足迹遍布地球至少已有2亿年。在这段时间里,

夜间飞行的飞蛾和其他昆虫可能已经演化出一种本能,即让它们的头部向最亮的方向倾斜。最初,这个光源是天空中的星星和月光,而不是地面上的。这确保了这些昆虫知道哪个方向是“上”,并能保持水平飞行。 

Three different observed turning behaviors in which flying insects turn their backs to artificial light.
三种不同的观察到的转弯行为,飞行昆虫将背部朝向人造光。致谢:Jamie Theobald, CC BY-ND

人造光源开始充斥地球时,飞蛾发现自己会把背部朝向路灯或火光。这导致它们绕着路灯无休止地盘旋,因为它们被数百万年演化过程中习得的本能所“困住”。  

“这是一个史前问题。最早的文字记载中,人们就已经注意到围绕火堆的这种现象,”该研究的合作作者、佛罗里达国际大学的生物学家Jamie Theobald在一份声明中说。“事实证明,我们之前对为什么会发生这种情况的所有猜测都是错误的,所以这绝对是我参与过的最棒的项目。”

监测飞行路径

研究中,哥斯达黎加云雾森林的一个国际研究团队使用高分辨率、高速红外视频录像,捕捉了昆虫在人造光源周围的飞行路径。他们收集了超过477段视频,涵盖了11个以上的昆虫目。这项技术能够捕捉到昆虫在灯光下的快速、疯狂的飞行轨迹,并被用于重建它们三维飞行路径上的点。研究团队注意到,飞蛾和蜻蜓会将背部朝向人造光源,这似乎极大地改变了它们的飞行路径。昆虫可能误认为灯光是天空中的光源,而不是地面的。

致谢:佛罗里达国际大学。

“如果灯光在它们上方,它们可能会开始绕着它盘旋,但如果灯光在它们后方,它们就会开始向后倾斜,这可能导致它们不断向上爬升,直到失速,”该研究的合作作者、伦敦帝国理工学院的昆虫学家Sam Fabian在接受《The Guardian》采访时说。“更戏剧性的是,当它们直接飞过一个光源时。它们会把自己翻过来,这可能导致坠落。这确实表明飞蛾对哪个方向是‘上’感到困惑。”

这项研究让一些昆虫学家兴奋不已,因为它为一种存在了数百万年的自然现象提供了潜在的答案。

保护方面的担忧

这项研究首次记录了这种在夜行昆虫中的行为,并为灯光似乎吸引飞蛾的原因提供了新的可能解释。虽然它似乎证实了灯光具有破坏性,但它也为一项保护担忧提供了新的见解。光污染是近期昆虫种群数量下降的主要原因。飞蛾和其他昆虫可能会被灯光“困住”,成为蝙蝠的易捕食对象。人造光也可能让飞蛾误以为是白天,从而发出该睡觉而不是进食的信号

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研究还表明,在设计和安装户外照明灯时,灯光的方向很重要。研究团队认为,最糟糕的方向是向上照射或裸露的灯泡。遮蔽或保护灯泡可以帮助抵消负面影响。

科学家们也开始思考灯光的颜色如何影响飞行中的夜行昆虫。这些昆虫最初是如何在远距离被光吸引的这个未解之谜仍然存在。 


“我以前被告知,你不能问这类‘为什么’的问题,说没有意义,”佛罗里达自然历史博物馆的博士后研究员、该研究的合作作者Yash Sondhi在一份声明中说。“但通过坚持不懈并找到合适的人,我们得出了一个我们谁都没有真正想到的答案,但它对于提高人们对光如何影响昆虫种群的认识并指导有助于它们的改变至关重要。”

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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