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昆虫为什么不会因趋光性齐刷刷地奔向太阳?

栏目:害虫防治资讯 文章出处:网络 人气:0 发表时间:08-08

昆虫为什么不会因趋光性齐刷刷地奔向太阳?

(昆虫为什么不会因趋光性齐刷刷地奔向太阳?)

  我们对昆虫的趋光性有的时候是误读!

  特别是飞蛾扑火,我们以为是昆虫喜欢追逐光明,其实这是数千年的误解。

  黑夜里,飞蛾不能看清四周的情况,在找不到合适参照物的情况下,如何不走冤枉路,多快好省的飞行呢?

  其实亿万年来,夜晚活动的蛾子等昆虫都是靠月光和星光来导航。因为是极远光源,光到了地面可以看成平行光,能作为参照来做直线飞行。如下图所示,注意蛾子只要按照固定夹角飞行,就可以飞成直线,直飞才最节省力气。角度稍微一调整,就可以直飞另一个目标。

  但自从该死的人类学会了使用火,这些人造光源因为很近,光线成中心放射线状,可怜的蛾子就开始倒霉了。

  蛾子还以为按照与光线的固定夹角飞行就是直线运动,结果越飞越坑爹,飞成了等角螺线,飞到火里去了,这种现象还被人类称为昆虫的正趋光性。

  蛾子说:

  趋你妹的光啊,傻瓜才瞪着光飞,不知道会亮瞎眼啊?!!

  我们完全被人类误导了,亿万年才演化出的精妙直线导航方法,被人类的光污染干扰失效了!

  不用假慈悲的飞蛾扑火纱罩灯了!

  (#‵′)凸,赶紧把这幺蛾子的灯关了吧!

  有人问:这是你自己想出来的吧?我还是坚持蛾子是趋光的!

  好吧,如果蛾子趋光,为什么不直线飞过去呢?为什么要飞成下面的螺线?趋光能解释吗?

  从上面这个照片你还可以看出,蛾子走的并不是理想的等角螺线。

  蛾子也发现问题了:

  我飞飞飞

  咦……不对啊!

  调正角度,飞飞飞……

  我去!还不对,我这是在往哪飞啊?

  继续调整角度……

  我去……我去……我……我晕……

  蛾子也想挣扎的飞出正确的路线,不断的调整角度,奈何本能使然,最终还是向灯光飞去。

  我们人类也是,例如你在原地旋转很多圈,再让你走直线试试。在平衡器官被干扰的情况下,你以为是直线,而在旁人看来更像喝醉了一样东倒西歪乱走。

  这就是蛾子的处境。

  白天的昆虫如何用太阳来导航?

  太阳光进入大气时,被散射形成天空光。天空光是

  偏振

  光,昆虫综合参考太阳的方位和天空光的偏振来进行导航,而不是被太阳光吸引,所以不会飞向太阳。

  昆虫的复眼看到的天空和人类看到的天空是不一样的。

  图片来源:

  SunCompassIntegrationofSkylightCuesinMigratoryMonarchButterflies:Neuron

  下面的视频《

  帝王蝶迁徙时集成太阳罗盘与天空光实现导航

  》,科学家通过研究蝴蝶的脑,来研究帝王蝶是如何利用太阳和天空光实现导航,完成了上千公里的迁徙。

  帝王蝶迁徙时集成太阳罗盘与天空光实现导航

  古代维京人也利用天空光导航

  在北欧

  維京

  海盗时代,维京人在没有指南针的情况下,就利用太阳石在北大西洋上导航。

  太阳石就是方解石,是碳酸钙的晶体。

  由于其特殊的晶体结构会把自然光分解为两条偏振光。

  天空光因为是部分偏振光,所以旋转方解石就会出现时亮时暗的效果。

  在美剧《Vikings》第1季的前两集里就有这样的情节。

  维京人在有阳光时,就直接利用正午的太阳确定方向。

  阴天或大雾看不到太阳,就用太阳石找大概的方向。

  举起太阳石旋转会发现在不同方向上的亮度不同,即使在阴天也可以找到大体的方位。

  维京人的导航方法居然和帝王蝶这些昆虫不谋而合,有趣!

  维京海盗的新导航技术帮助他们在北大西洋上远洋,并发现了冰岛、格陵兰岛、成为最早抵达北美洲的欧洲人。

  人类用指南针导航会不会出现蛾子的困境?

  在南北磁极时也会出现蛾子的问题。

  例如,我们手里有指南针,不是往南走时才用得到,往任何方向都可以作为参照。

  在大海上,你要去一个岛,按照地图上的标记,发现只要往东走就行了。

  正常情况,我们根据指南针,按照与北方的右夹角90度角航行,走直线就可以最快到达。

  如下图:在远离南北极的地区,可以认为磁力线是平行的。

  但如果在南极雪原上,在距离南磁极很近的地方,指南针总指向附近的磁极点,如果往东走,就是绕着南磁极走圆圈。

  如下图:在南极附近磁力线不能看成平行线,而是以南磁极为中心的放射状。

  如果往东南走,就会像蛾子一样做等角螺线,绕很多圈后到达南磁极。

  如下图:与磁力线保持45度夹角,就不再是圆周运动,而是螺线运动。

  这时候人们必须放弃指南针,改为参照地形、天空偏振光或其他参照物导航。

  蛾子可没有这么多选择,只能等到灯都灭了,才可以恢复正常飞行。

  灯总不能亮一晚上吧,我等!

  啊哈!终于灭了,我飞飞飞……

  我去,旁边又亮了一个!

  生物是何时进化出天空光导航的?

  大约5亿年前,地球上开始出现了有眼睛的生物,其中最有名的是寒武纪时代的

  三叶虫

  。

  图片来源:

  harunyahya.com的页面

  在维基百科上的

  三叶虫

  词条里

  事实上约5.43亿年前三叶虫是第一批进化出真正的眼睛的动物。有人认为眼睛的出现是寒武纪生命大爆发的导致原因。

  ……

  三叶虫的眼睛是由方解石组成的。纯的方解石是透明的,有些三叶虫使用单晶的、透明的方解石来组成其每只眼睛的透镜。

  ……

  典型的三叶虫眼睛是复眼,每个透镜都是一个拉长的棱镜。每只复眼内的透镜数不等,有些只有一个,有些可达上千。在这样的复眼中其透镜一般排列为六边形。

  三叶虫和北欧海盗一样也有方解石,通过感受天空偏振光来辨认方向,不同的是它直接安装在眼睛上!后来的昆虫复眼则继承了这种能够探测偏振光的能力,除了昆虫,还有鸟类、鱼类和两栖动物都可以利用偏振光。

  蝙蝠则是已知第一种可以利用偏振光的哺乳动物,蝙蝠利用黄昏时的偏振光来校准体内的地磁罗盘。

  图片来源:

  BBCNews-Bats'flybypolarisedlight'

  科学家发现蝙蝠利用地磁罗盘进行长距离的导航,而天空光可以对地磁罗盘进行校准。到了黑暗的夜晚,借助超声波和校准的地磁罗盘,蝙蝠就可以准确的返回自己栖息的山洞。

  长距离导航靠地磁和偏振天空光,近距离靠超声波,蝙蝠完全没有我们想象的那么“瞎”。

  蜜蜂跳8字舞也是导航吗?

  蜜蜂发现新的花丛后,会回到蜂巢里靠跳8字舞(waggledance)来告诉同伴花丛在哪里。

  如何告诉同伴方向和距离呢?

  告知方向主要参照太阳

  A是出蜂巢直向太阳飞

  B是出蜂巢背向太阳飞

  C是出蜂巢和太阳左边夹角60度飞

  告知距离靠圈数

  有趣的是,8字舞跳的越快,圈数越多,代表花丛越近,可能这样能吸引蜂巢里更多蜜蜂的注意吧。

  跳的越慢,圈数越少,代表越远。

  另外,推荐一篇台湾高二学生写的获奖论文《

  複眼定位器

  》,研究的就是用软硬件来模拟蜜蜂复眼探测天空偏振光的实验,该成果荣获“第50屆中小學科學展覽會”的高中组第三名。

  把太阳月亮作为导航并不意味始终都得遵循一个固定的夹角吧?

  这也是好问题。

  导航在天,定目标在自己。例如汽车上虽然装了GPS导航,但如果路上出现危险或拥堵,你还是要改变路线。

  蛾子也知道,虽然用光导航,但如果需要只要把角度稍微一调整,就可以直飞另一个目标。

  为什么不往光源外飞?也可以与光线成钝角啊!

  问得好!这和观察条件有关。

  因为黑夜观察条件差,所以观察者一般是站在光源附近的,而不是远离光源的,如果伸手都看不见五指了,那就更看不见蛾子了。

  如果蛾子选择与放射光线成锐角,所有这些成锐角的蛾子,不管是多少度,都会按照等角螺线飞,最终会密密麻麻的聚集到光源处,特别是光源附近观察条件更好,你很容易注意到。如果蛾子选择与放射光线成直角,蛾子就会围绕光源做标准圆周运动,距离远了观察者也注意不到,距离近了说明蛾子是在以锐角飞。如果蛾子选择与放射光线成钝角飞,会逐渐飞离光源,距离光源越远,就会越分散,在黑夜里是观察不到的。

  这三种条件下,第1种情况有聚集效应,第2、3种情况无观察结果,所以让观察者很轻易就会得出蛾子趋光的结论。

  人类使用火都这么久了,昆虫们为什么不能与时俱进一点?

  人类使用火的总时间虽然很长,可能有数百万年,但人类直到几万年前才走出非洲,7000年前才建立文明,影响范围实在太小,时间也太短。

  爱迪生虽然普及了灯泡,但是灯泡也烧不死蛾子。

  在时间这么短、影响范围这样小、又不威胁生存的情况下,蛾子如何与时俱进呢?

  紫外灯捕杀飞虫也是同样的原理么?

  关于紫外线灭蚊灯也是个极有趣的问题,我在《

  灭蚊灯放家里使用有效吗?

  》问题下的好玩答案保证可以再次颠覆你的“生活常识”!

  后记

  本来这篇答案很短,是从我的另一个答案《

  数学里的e为什么叫做自然底数?是不是自然界里什么东西恰好是e?

  》里剪切出来的,那一篇是马拉松级的超长答案,一般人都看不完。

  因为不想被埋没,于是贴在了这,没想到挺受大家欢迎,提了很多问题,让这篇答案又不断的加长了。

  夜幕已垂,繁星初上,一边是我键盘的哗哗声,一边是飞蛾头撞窗户的咚咚声。

  好像在说……我去!……我……

  不完整参考资料

  WhyAreMothsDrawntoArtificialLights?LightPollutionHurtsInsectsandtheEnvironment

  InsectFlight:Evolution

  Celestialorientationbythelargeyellowunderwingmoth,NoctuapronubaL

  SunCompassIntegrationofSkylightCuesinMigratoryMonarchButterflies:Neuron

  TheRemarkableBeeBrain

  蜜蜂跳的“8字舞”用肢体“语言”表示方向与距离

  方解石:熟悉的陌生人

  SunstonesmayhavehelpedVikingsnavigatefromNorwaytoAmerica

  法英研究人员发现维京海盗的导航“太阳石”

  VIKINGEXPLORERS

  动物所专家发现蝙蝠利用磁极罗盘定向

  译言网|蝙蝠依靠偏振光飞行|BBC新闻

  BBCNews-Bats'flybypolarisedlight'

  Afunctionalroleofthesky’spolarizationpatternfororientationinthegreatermouse-earedbat:NatureCommunications:NaturePublishingGroup

 

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