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2024年2月1日 星期四

夜空的誤導者:解析昆蟲與人造光源的迷航之謎

 

圖片作者:ChatGPT

聽過「飛蛾撲火」這句成語嗎?這是形容燈光對昆蟲的「致命的吸引力」。千百年來,人們看著一隻又一隻的昆蟲前仆後繼地衝向光源,當然也就有些好學深思的人開始想:為什麼?

過去對於「飛蛾撲火」現象有幾種理論。一種是昆蟲利用自然光導航,但人造光源干擾了它們的導航系統。另一種理論認為昆蟲試圖保持與光源固定角度飛行,但由於人造光源的特性,昆蟲無法正確估計與光源的距離,最終導致撞向光源。這些理論都在試圖解釋昆蟲為何會被人造光源吸引並產生撞擊行為。

最近又有一個研究探討為什麼飛蛾要撲火。研究團隊認為,唯有透過高解析度的動作捕捉和立體攝影,重建昆蟲繞人造光源飛行的立體動態,才能解決這個大哉問。結果顯示,根本飛蛾沒有撲火!那麼,真相是什麼呢?

真相是,昆蟲並不是直接向光源飛去,而是將背部轉向光源,形成垂直於光源來進行飛行。

為什麼昆蟲會這樣飛?當然與昆蟲在自然光環境下如何維持飛行有關。原來昆蟲只要持續讓自己與陽光的光線保持垂直,牠就可以保持自己與光源的距離,如此就能平穩的飛行。

雖然太陽也是點光源,但由於太陽距離我們很遠,所以到地球時,光線已經變成全部都是平行的。這種特性使得昆蟲能夠利用太陽光進行有效導航:只要昆蟲持續讓自己與光線保持垂直,牠就可以保持自己與光源的距離,如此就能平穩的飛行。

但是人造光源距離昆蟲很近,所以昆蟲只要飛一點點距離,就會發現光線的角度變了,於是它就要改變角度,然後再飛一小段就發現又變了,於是又要調整。不斷地調整角度導致它們無法正確估計自己與光源的距離,因此在不斷調整飛行路徑以保持與光線的角度一致時,它們會逐漸靠近光源,最終撞入其中。

研究團隊還嘗試了把燈光往上打或往下打。結果發現,當燈光往上打時,因為光線直射向空中,不太會吸引昆蟲,使得昆蟲較難直接與這樣的光源接觸,減少了昆蟲被吸引並飛向光源的情況。可是,當燈光往下打時,昆蟲可能會被光源下方的反射光吸引,導致它們向下飛行並可能撞擊地面或光源周圍的物體(如車子)。這是因為它們的導航系統被反射光干擾,使得它們無法正確判斷光源的位置和距離。

所以,為了昆蟲好,我們的路燈設計要盡量減少往下打光,這樣才能減少昆蟲的傷殘事件。

參考文獻:

Fabian, S.T., Sondhi, Y., Allen, P.E. et al. Why flying insects gather at artificial light. Nat Commun 15, 689 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-44785-3

2014年7月7日 星期一

覓食,使我們的祖先變聰明

「等一下吃什麼?」

這個問題,據說是都市上班族的大哉問;對於我們的老祖宗來說,「等一下吃什麼?」也是一個很重要的問題。只是,角度不同。

華盛頓大學的研究團隊在哥斯大黎加研究捲尾猴(capuchin monkey)五年,發現在食物較少的淡季(lean season)裡,居住在不同地區的捲尾猴,經過長時間的演化後,有了不同的發展。

其中,沒有冠毛的捲尾猴(Cebus屬)雖然會拿蝸牛或果實在樹枝上敲破,以取得裡面的珍饈美味;但是有冠毛的捲尾猴(Sapajus屬)卻會使用樹枝做為覓食工具。

Cebus capucinus 圖片來源:維基百科
Sapajus屬捲尾猴。圖片來源:維基百科

為什麼會有這樣的差別呢?研究團隊認為,是因為這兩屬的捲尾猴棲息地的不同。Cebus屬的捲尾猴,從以前到現在都是居住在熱帶雨林中,一年四季食物豐富,不虞匱乏;而Sapajus屬的捲尾猴則一直居住在有明顯的季節變化的溫帶;淡季時,他們最愛的食物--水果--缺乏,迫使他們必需要去找藏在樹枝之間或是躲在樹皮下面的昆蟲做為「戰鬥存糧」(fallback diet)。

尋找這些昆蟲,需要發展出良好的感覺運動技能(sensorimotor (SMI) skills),包括手的靈巧度、使用工具的能力、以及解決問題的能力等。這些,都跟大腦的發育息息相關。

研究團隊利用粒線體(mitochondrion)序列發現,這兩屬捲尾猴,大概在中新世(Miocene epoch)晚期就已經在演化的道路上分道揚鑣了。

類似的覓食技巧,在猩猩上面也可以觀察到;猩猩會在淡季時挖白蟻來吃,免得自己挨餓。

這些發現與人的演化有多少相關性呢?過去的一些同位素分析發現,我們的老祖宗的菜單上不只有樹葉與水果,也包括了白蟻以及植物的根莖;而同位素分析也發現,至少粗壯傍人Paranthropus robustus生活在兩百萬到一百二十萬年前的南非)是居住在有明顯季節變化的區域。或許,需要額外花時間花力氣覓食,幫助了我們的大腦發育,對於造就如今生存在地球上的現代人也有貢獻。

所以,「等一下吃什麼?」雖然對現代人來說是個惱人的問題,但是對我們的老祖宗來說,卻是一個不僅關乎生存、也影響的演化進程的大哉問呢!

參考文獻:

2014/7/1. Insect diet helped early humans build bigger brains: Quest for elusive bugs spurred primate tool use, problem-solving skills -- ScienceDaily