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Feb. 16 2024

飛蛾撲火?新研究破解流傳多年的理論

  • 科學家已提出許多理論,以解釋昆蟲在人造光源周圍的飛行模式。這張合成照片利用閃光燈和長時間曝光,顯示哥斯大黎加的昆蟲在一盞紫外線燈周圍的活動路徑。PHOTOGRAPH BY SAM FABIAN

    科學家已提出許多理論,以解釋昆蟲在人造光源周圍的飛行模式。這張合成照片利用閃光燈和長時間曝光,顯示哥斯大黎加的昆蟲在一盞紫外線燈周圍的活動路徑。PHOTOGRAPH BY SAM FABIAN

  • 在倫敦帝國理工學院的動作捕捉飛行場內,鉤粉蝶在一支紫外線燈管周圍盤旋,這是一項實驗的一部分,可協助了解昆蟲在人造光源周圍的行為。PHOTOGRAPH BY THOMAS ANGUS, IMPERIAL COLLEGE

    在倫敦帝國理工學院的動作捕捉飛行場內,鉤粉蝶在一支紫外線燈管周圍盤旋,這是一項實驗的一部分,可協助了解昆蟲在人造光源周圍的行為。PHOTOGRAPH BY THOMAS ANGUS, IMPERIAL COLLEGE

  • 在哥斯大黎加的蒙特維多,兩盞紅外線燈照亮一支紫外線燈管,讓高速攝影機能夠記錄昆蟲在紫外線燈管周圍的飛行模式,同時不會干擾牠們的自然行為。PHOTOGRAPH BY SAM FABIAN

    在哥斯大黎加的蒙特維多,兩盞紅外線燈照亮一支紫外線燈管,讓高速攝影機能夠記錄昆蟲在紫外線燈管周圍的飛行模式,同時不會干擾牠們的自然行為。PHOTOGRAPH BY SAM FABIAN

  • 發光標示和透出燈光的摩天大樓可能讓鳥類感到迷惑及失去方向感,造成致死的後果,這種現象在遷徙季尤其明顯。PHOTOGRAPH BY JIM RICHARDSON, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE IMAGES

    發光標示和透出燈光的摩天大樓可能讓鳥類感到迷惑及失去方向感,造成致死的後果,這種現象在遷徙季尤其明顯。PHOTOGRAPH BY JIM RICHARDSON, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE IMAGES

  • 在德州大彎國家公園可看到銀河,此地是指定的暗空公園,而且是全世界最大暗空保護區的一部分。暗空保護區旨在保護當地生態系、觀星者和太空研究。PHOTOGRAPH BY REBECCA L. LATSON, GETTY IMAGES

    在德州大彎國家公園可看到銀河,此地是指定的暗空公園,而且是全世界最大暗空保護區的一部分。暗空保護區旨在保護當地生態系、觀星者和太空研究。PHOTOGRAPH BY REBECCA L. LATSON, GETTY IMAGES

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大家都見過昆蟲在人造光源周圍成群飛舞,但新研究顯示原因跟你想的不一樣。

科學家已提出許多理論,以解釋昆蟲在人造光源周圍的飛行模式。這張合成照片利用閃光燈和長時間曝光,顯示哥斯大黎加的昆蟲在一盞紫外線燈周圍的活動路徑。PHOTOGRAPH BY SAM FABIAN

科學家已提出許多理論,以解釋昆蟲在人造光源周圍的飛行模式。這張合成照片利用閃光燈和長時間曝光,顯示哥斯大黎加的昆蟲在一盞紫外線燈周圍的活動路徑。PHOTOGRAPH BY SAM FABIAN

你可能聽過「飛蛾撲火」一詞,也可能在夜間篝火或烤肉時親眼看到這種景象。

然而,結果證實這則流傳已久的成語可能不太正確。今年1月30日發表在《自然通訊》(Nature Communications)期刊上的一項新研究顯示,蛾朝明亮處飛行的傾向並不是受到光線吸引,而是能幫助牠們確認哪個方向朝上的行為反應。

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研究人員在一系列使用人造光源的實驗中發現,蛾和許多其他昆蟲在飛行時都會將自己的身體背側朝向光源,但如果牠們只是受到光源吸引,應該會直接朝向光源飛行才對。

研究的共同作者亞什.桑迪(Yash Sondhi)是佛羅里達大學的昆蟲學家,也是國家地理探險家。他說,為了避免撞向地面,昆蟲需要知道哪個方向朝上。天空的明亮度一直是「方向朝上」的強力指標,即使在夜間也不例外,但人造光源出現以後,情況就不一樣了。

與人類不同,大多數昆蟲沒有前庭系統來幫助牠們維持空間方向感。但桑迪說,牠們確實有一套「能讓牠們迅速確定哪裡明亮、哪裡昏暗的系統,並告訴牠們關於天空的情況,使他們能夠穩定飛行」。他說:「如果牠們搞錯方向,就會開始向下俯衝,或是飛得太高然後失速。」

哪個方向朝上?

歷史上曾出現許多理論,試圖解釋為什麼昆蟲會成群飛向光源,有一項主流理論認為,昆蟲仰賴月亮作為分辨方向的星象羅盤,而且經常誤以為人造光源是月亮。

不過,科學家很久以前就發現這套解釋存在缺陷,因為並非所有有翅昆蟲都會像使用導航標誌那樣繞著光源螺旋飛行。

其他理論認為,昆蟲會因為人造光源的影響而失去視力和方向感、昆蟲會受到光源的熱輻射吸引,或是昆蟲會覺得光源是一條逃脫路徑,就像灌木叢中的缺口一樣。

桑迪和一組研究人員在哥斯大黎加的蒙特維多雲霧森林針對此問題進行試驗,那裡是地球上昆蟲生物多樣性最豐富的地方之一。

他們先在完全黑暗的環境中,使用紅外線高速攝影機記錄昆蟲的活動,以便針對昆蟲的一般飛行方式建立基準點。接著,他們設定實驗來探討不同光源對飛行行為的影響。首先,研究人員在兩棵樹之間用一根繩子懸掛一顆燈泡(就像你可能在門廊上見到且方向通常朝下的燈具),而在另一項測試中,他們把燈泡安裝在一支三角架上,使燈泡方向朝上。

在兩種情況下,昆蟲都會將長著翅膀的背部向燈泡傾斜。從蜻蜓到蝴蝶等各種昆蟲都持續追逐這個角度,使牠們困在圍繞燈泡的重複軌道上。但光源方向朝上時,這些昆蟲經常會失速或俯衝。

在倫敦帝國理工學院的動作捕捉飛行場內,鉤粉蝶在一支紫外線燈管周圍盤旋,這是一項實驗的一部分,可協助了解昆蟲在人造光源周圍的行為。PHOTOGRAPH BY THOMAS ANGUS, IMPERIAL COLLEGE

在倫敦帝國理工學院的動作捕捉飛行場內,鉤粉蝶在一支紫外線燈管周圍盤旋,這是一項實驗的一部分,可協助了解昆蟲在人造光源周圍的行為。PHOTOGRAPH BY THOMAS ANGUS, IMPERIAL COLLEGE

在哥斯大黎加的蒙特維多,兩盞紅外線燈照亮一支紫外線燈管,讓高速攝影機能夠記錄昆蟲在紫外線燈管周圍的飛行模式,同時不會干擾牠們的自然行為。PHOTOGRAPH BY SAM FABIAN

在哥斯大黎加的蒙特維多,兩盞紅外線燈照亮一支紫外線燈管,讓高速攝影機能夠記錄昆蟲在紫外線燈管周圍的飛行模式,同時不會干擾牠們的自然行為。PHOTOGRAPH BY SAM FABIAN

如果光源大範圍擴散,而不是來自單一位置呢?研究人員在樹冠上拉開一大片白布,將紫外線燈投射在白布上。研究的共同作者山姆.法比安(Sam Fabian)是倫敦帝國理工學院的昆蟲研究人員,他說,如果昆蟲真的受到光源「吸引」,應該會向上朝著光源飛行。

然而,這些昆蟲卻直接穿過這條明亮的走廊,像在白天時一樣飛行。

接著,研究團隊將白布放在地面,對其照光,結果非常古怪的現象發生了。法比安說:「所有飛過白布的蛾都上下顛倒,從空中向下俯衝。」這些行為顯示,人造光源可能使昆蟲感到錯亂,使牠們對朝上的感知與重力的真正方向不一致。

科學家也在實驗室進行幾項光源實驗,並發現類似結果,不過他們仍無法排除其他因素也可能促使昆蟲成群飛向光源的傾向。

日漸嚴重的光汙染問題

飛行時最重要的因子之一就是知道哪個方向朝上。新研究發現,飛行性昆蟲似乎需要光源才能分辨方向,牠們會讓較亮的背景維持在身體上方,而較暗的背景維持在身體下方。

在喬治亞理工學院研究動物動態的物理學家賽門.史彭柏(Simon Sponberg)並未參與該研究,他說:「這代表牠們不僅僅是受到光源吸引,而是正在平衡光與暗,並期待能以特定方式達到平衡,但人造環境會讓牠們飛行時上下顛倒。」

發光標示和透出燈光的摩天大樓可能讓鳥類感到迷惑及失去方向感,造成致死的後果,這種現象在遷徙季尤其明顯。PHOTOGRAPH BY JIM RICHARDSON, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE IMAGES

發光標示和透出燈光的摩天大樓可能讓鳥類感到迷惑及失去方向感,造成致死的後果,這種現象在遷徙季尤其明顯。PHOTOGRAPH BY JIM RICHARDSON, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE IMAGES

在德州大彎國家公園可看到銀河,此地是指定的暗空公園,而且是全世界最大暗空保護區的一部分。暗空保護區旨在保護當地生態系、觀星者和太空研究。PHOTOGRAPH BY REBECCA L. LATSON, GETTY IMAGES

在德州大彎國家公園可看到銀河,此地是指定的暗空公園,而且是全世界最大暗空保護區的一部分。暗空保護區旨在保護當地生態系、觀星者和太空研究。PHOTOGRAPH BY REBECCA L. LATSON, GETTY IMAGES

壞消息是:這種行為本能可能對昆蟲群體帶來問題。由於人類活動引發的氣候變遷和棲地流失,全球各地的昆蟲群體早已出現廣泛的下降趨勢。衛星資料顯示,人造光源的使用量在過去十年內急遽增加,每年全世界的亮度都增加2%。依據光源的使用方式,散發的亮光可能讓昆蟲不斷圍繞飛舞,或使牠們墜向死亡。

桑迪說:「這篇論文的主要結論之一,就是告訴我們方向朝上的光源對昆蟲的壞處非常非常大。」光汙染除了擾亂飛行之外,也可能對昆蟲尋找潛在配偶、覓食、防禦掠食者的能力造成不良影響。

大家可以幫忙減緩這些影響,包括在情況允許時關燈,或確保光源方向直接朝下。城市中的大多數路燈已經是朝下照射,卻使用往所有方向散發光線的燈泡。桑迪說,政府可以更新固定裝置,添加一片金屬遮罩,使光線只照射一個位置。

他說:「不只是亮度或顏色會影響我們的視覺,光源的方向性也是一大影響因子。」

美國有些州已經更進一步,設立大範圍的暗空區,在這些區域內,人造光源必須減少至一定程度。這些措施也證實,對於昆蟲和許多其他動物而言,光汙染都是一項嚴重問題:由於人造光源,試圖爬向海洋的幼年海龜會搞錯方向;從窗戶發亮的高聳建築之間飛過的鳥類會失去視力;珊瑚也會在錯誤的時間產卵。指定的「暗空保護區」包括德州的大彎國家公園和阿肯色州的水牛河國家公園,這些保護區旨在保護動物、植物、生態系和觀星者享有自然的夜晚。

 

延伸閱讀:為什麼昆蟲、毛蜘蛛,以及其他生物要蛻皮? 研究證實「光害」是昆蟲末日使者 科學家:關燈就能立刻緩解

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