研究人员解开了飞行昆虫为何聚集在人造光下的谜团 – 物理世界

研究人员解开了飞行昆虫为何聚集在人造光下的谜团 – 物理世界

时间戳：20年2024月4日上午10:XNUMX

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/researchers-solve-mystery-of-why-flying-insects-gather-at-artificial-light-physics-world-3.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/researchers-solve-mystery-of-why-flying-insects-gather-at-artificial-light-physics-world-3.jpg" data-caption="追踪昆虫飞行 伦敦帝国理工学院神经力学与生物启发技术 (NBIT) 实验室中，一只非洲月蛾在绕着紫外线光化管灯飞行时被困。 （由托马斯·安格斯提供）”> 跟踪人造光周围昆虫的飞行
追踪昆虫飞行 伦敦帝国理工学院神经力学与生物启发技术 (NBIT) 实验室中，一只非洲月蛾在绕着紫外线光化管灯飞行时被困。 （由托马斯·安格斯提供）

我们都经历过。你坐在外面——也许拿着灯笼露营，也许在花园里放松，或者甚至拿着火把走回家——然后突然，有成群的昆虫聚集在灯周围。这种现象已经存在多年，也是自罗马时代以来就被用来捕捉昆虫的方法。但到目前为止，昆虫表现出这种行为的原因仍然困扰着科学家。

萨姆·法比安 来自伦敦帝国理工学院， 亚什·桑迪 来自佛罗里达国际大学的研究团队现在已经解开了这个谜团。当被问及为什么花了这么长时间时，Fabian 和 Sondhi 一致认为“追踪快速移动的动物存在技术困难，尤其是在夜间”。

“家蝇每秒飞行数百个身体长度。就其尺寸而言，这比最快的战斗机大一个数量级，”法比安说。 “在某种程度上，人们相信这是一个如此困难的问题，试图回答它没有多大意义，因为很多人都尝试过，但都错了，”桑德希补充道。

人们提出了许多理论来解释昆虫如何以及为何聚集在人造光周围并停留在那里，从月球充当天体指南针，到热辐射吸引插图，再到它们的眼睛被人造光弄瞎。然而，桑迪告诉 物理世界，“所有昆虫，尤其是飞蛾，都需要直线飞行并利用月球的位置来导航的想法感觉像是忽略了很多基本生态学，并且感觉不应该解释如此大范围的行为。 3D 轨迹和视频数据将揭示可能发生的情况。”

直到最近，在弱光环境中对小型飞虫进行 3D 跟踪在技术上仍具有挑战性，并且没有可用的工具来获得所发生情况的真实图像。然而，近年来，由于城市光污染的增加导致昆虫数量减少，了解昆虫如何以及为何与人造光相互作用已成为一个更加紧迫的问题。

哪条路向上？

许多飞行昆虫表现出背侧光反应，即它们的背侧（顶部）面向最亮区域的行为。了解这一点后，研究人员在实验室中使用高分辨率动作捕捉，并在现场使用高帧率立体摄像来捕捉人造光对夜间不同昆虫飞行轨迹的影响。

研究人员捕获了野外人造光源附近野生昆虫的飞行路径和圈养昆虫自由飞行的身体方向的飞行数据。他们利用这两个过程的数据重建了昆虫围绕人造光飞行的 3D 运动学。

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在该领域 该团队在遮蔽紫外线的上方使用白色棉布，打造出一条带有漫射明亮天花板的走廊。这种漫射光源与天空的效果相匹配，使昆虫能够在下面飞行而不会被困住。 （由萨姆·法比安提供）

虽然许多理论都以吸引力为中心，但研究小组发现昆虫不会直接转向光线，而是将它们的背部转向光线。在自然光下，这种倾斜有助于昆虫保持适当的飞行姿态和控制。然而，研究人员开发的模型表明，背部倾斜会在人造光周围产生不稳定的飞行路径，导致昆虫不断围绕光转向并陷入持续运动中。

Sondhi 表示：“我们的观点是，短程光捕获并不是对导航的干扰，而是对基本飞行稳定性反射的颠覆，预计稳定飞行的要求可以解释这种现象。”

“最引人注目的结果是人造光让昆虫迷惑不知道哪条路是向上的，”法比安说 物理世界。 “在实地，我们发现这一点显而易见。在空中，这更具挑战性。飞行中的加速度与重力加速度无法区分。即使在晚上，简单地将光的方向视为天空也是可行的。显然，夜晚的光线要少得多，但天空和地面的对比同样强烈。这是一种美丽而强大的方式来确定哪条路是向上的——直到我们开始照亮夜晚。”

接下来是什么？

虽然这项研究成功解决了一个古老的问题，但仍有更多工作要做。当被问及这项研究的未来时，Fabian 和 Sondhi 指出，“我们不知道距离光源更远的地方会发生什么，因为我们的研究重点是距离光源几米范围内的昆虫，所以我们希望改进跟踪技术来看看我们是否可以回答这个问题，以及看看它们的反应如何随着不同的照明而变化”。

除此之外，法比安表示，该团队希望“利用这种反应来更多地了解昆虫飞行控制。我们可以利用灯光让昆虫在飞行中调整姿势，并在此过程中了解产生这种反应的翅膀和身体运动。”

Sondhi 说：“我们希望研究不同昆虫的这一机制是如何进化的，以及当视觉垂直感被破坏时，哪些非视觉机制可以覆盖或冗余地发挥作用。”显然，仍有大量研究正在进行中。

该研究发表于 自然通讯.

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