昆蟲為什麼不會因趨光性齊刷刷地奔向太陽?

然後直到缺氧或者低溫死去。


我們對昆蟲的趨光性有的時候是誤讀!

特別是飛蛾撲火,我們以為是昆蟲喜歡追逐光明,其實這是數千年的誤解。

黑夜裡,飛蛾不能看清四周的情況,在找不到合適參照物的情況下,如何不走冤枉路,多快好省的飛行呢?

其實億萬年來,夜晚活動的蛾子等昆蟲都是靠月光和星光來導航。因為是極遠光源,光到了地面可以看成平行光,能作為參照來做直線飛行。如下圖所示,注意蛾子只要按照固定夾角飛行,就可以飛成直線,直飛才最節省力氣。角度稍微一調整,就可以直飛另一個目標。

但自從該死的人類學會了使用火,這些人造光源因為很近,光線成中心放射線狀,可憐的蛾子就開始倒霉了。


蛾子還以為按照與光線的固定夾角飛行就是直線運動,結果越飛越坑爹,飛成了等角螺線,飛到火里去了,這種現象還被人類稱為昆蟲的正趨光性。

蛾子說:
趨你妹的光啊,傻瓜才瞪著光飛,不知道會亮瞎眼啊?!!
我們完全被人類誤導了,億萬年才演化出的精妙直線導航方法,被人類的光污染干擾失效了!
不用假慈悲的飛蛾撲火紗罩燈了!
(#‵′)凸,趕緊把這幺蛾子的燈關了吧!


有人問:這是你自己想出來的吧?我還是堅持蛾子是趨光的!
好吧,如果蛾子趨光,為什麼不直線飛過去呢?為什麼要飛成下面的螺線?趨光能解釋嗎?

從上面這個照片你還可以看出,蛾子走的並不是理想的等角螺線。

從上面這個照片你還可以看出,蛾子走的並不是理想的等角螺線。
蛾子也發現問題了:
我飛飛飛
咦……不對啊!
調正角度,飛飛飛……
我去!還不對,我這是在往哪飛啊?
繼續調整角度……
我去……我去……我……我暈……

蛾子也想掙扎的飛出正確的路線,不斷的調整角度,奈何本能使然,最終還是向燈光飛去。
我們人類也是,例如你在原地旋轉很多圈,再讓你走直線試試。在平衡器官被干擾的情況下,你以為是直線,而在旁人看來更像喝醉了一樣東倒西歪亂走。
這就是蛾子的處境。


白天的昆蟲如何用太陽來導航?
太陽光進入大氣時,被散射形成天空光。天空光是偏振光,昆蟲綜合參考太陽的方位和天空光的偏振來進行導航,而不是被太陽光吸引,所以不會飛向太陽。

昆蟲的複眼看到的天空和人類看到的天空是不一樣的。

圖片來源:

圖片來源:Sun Compass Integration of Skylight Cues in Migratory Monarch Butterflies: Neuron

下面的視頻《帝王蝶遷徙時集成太陽羅盤與天空光實現導航》,科學家通過研究蝴蝶的腦,來研究帝王蝶是如何利用太陽和天空光實現導航,完成了上千公里的遷徙。
視頻封面帝王蝶遷徙時集成太陽羅盤與天空光實現導航視頻

古代維京人也利用天空光導航


在北歐維京海盜時代,維京人在沒有指南針的情況下,就利用太陽石在北大西洋上導航。

太陽石就是方解石,是碳酸鈣的晶體。


由於其特殊的晶體結構會把自然光分解為兩條偏振光。

天空光因為是部分偏振光,所以旋轉方解石就會出現時亮時暗的效果。

天空光因為是部分偏振光,所以旋轉方解石就會出現時亮時暗的效果。

在美劇《Vikings》第1季的前兩集里就有這樣的情節。

維京人在有陽光時,就直接利用正午的太陽確定方向。

陰天或大霧看不到太陽,就用太陽石找大概的方向。

舉起太陽石旋轉會發現在不同方向上的亮度不同,即使在陰天也可以找到大體的方位。

維京人的導航方法居然和帝王蝶這些昆蟲不謀而合,有趣!

維京海盜的新導航技術幫助他們在北大西洋上遠洋,並發現了冰島、格陵蘭島、成為最早抵達北美洲的歐洲人。

人類用指南針導航會不會出現蛾子的困境?
在南北磁極時也會出現蛾子的問題。

例如,我們手裡有指南針,不是往南走時才用得到,往任何方向都可以作為參照。

在大海上,你要去一個島,按照地圖上的標記,發現只要往東走就行了。
正常情況,我們根據指南針,按照與北方的右夾角90度角航行,走直線就可以最快到達。
如下圖:在遠離南北極的地區,可以認為磁力線是平行的。

但如果在南極雪原上,在距離南磁極很近的地方,指南針總指向附近的磁極點,如果往東走,就是繞著南磁極走圓圈。
如下圖:在南極附近磁力線不能看成平行線,而是以南磁極為中心的放射狀。

如果往東南走,就會像蛾子一樣做等角螺線,繞很多圈後到達南磁極。
如下圖:與磁力線保持45度夾角,就不再是圓周運動,而是螺線運動。


這時候人們必須放棄指南針,改為參照地形、天空偏振光或其他參照物導航。

蛾子可沒有這麼多選擇,只能等到燈都滅了,才可以恢復正常飛行。
燈總不能亮一晚上吧,我等!
啊哈!終於滅了,我飛飛飛……
我去,旁邊又亮了一個!


生物是何時進化出天空光導航的?
大約5億年前,地球上開始出現了有眼睛的生物,其中最有名的是寒武紀時代的三葉蟲。


圖片來源:harunyahya.com 的頁面

在維基百科上的三葉蟲詞條里

事實上約5.43億年前三葉蟲是第一批進化出真正的眼睛的動物。有人認為眼睛的出現是寒武紀生命大爆發的導致原因。
……
三葉蟲的眼睛是由方解石組成的。純的方解石是透明的,有些三葉蟲使用單晶的、透明的方解石來組成其每隻眼睛的透鏡。
……
典型的三葉蟲眼睛是複眼,每個透鏡都是一個拉長的稜鏡。每隻複眼內的透鏡數不等,有些只有一個,有些可達上千。在這樣的複眼中其透鏡一般排列為六邊形。

三葉蟲和北歐海盜一樣也有方解石,通過感受天空偏振光來辨認方向,不同的是它直接安裝在眼睛上!後來的昆蟲複眼則繼承了這種能夠探測偏振光的能力,除了昆蟲,還有鳥類、魚類和兩棲動物都可以利用偏振光。

蝙蝠則是已知第一種可以利用偏振光的哺乳動物,蝙蝠利用黃昏時的偏振光來校準體內的地磁羅盤。

圖片來源:

圖片來源:BBC News - Bats "fly by polarised light"

科學家發現蝙蝠利用地磁羅盤進行長距離的導航,而天空光可以對地磁羅盤進行校準。到了黑暗的夜晚,藉助超聲波和校準的地磁羅盤,蝙蝠就可以準確的返回自己棲息的山洞。

長距離導航靠地磁和偏振天空光,近距離靠超聲波,蝙蝠完全沒有我們想像的那麼「瞎」。


蜜蜂跳8字舞也是導航嗎?
蜜蜂發現新的花叢後,會回到蜂巢里靠跳8字舞(waggle dance)來告訴同伴花叢在哪裡。
如何告訴同伴方向和距離呢?

告知方向主要參照太陽

A是出蜂巢直向太陽飛

A是出蜂巢直向太陽飛
B是出蜂巢背向太陽飛
C是出蜂巢和太陽左邊夾角60度飛

告知距離靠圈數
有趣的是,8字舞跳的越快,圈數越多,代表花叢越近,可能這樣能吸引蜂巢里更多蜜蜂的注意吧。
跳的越慢,圈數越少,代表越遠。

另外,推薦一篇台灣高二學生寫的獲獎論文《複眼定位器》,研究的就是用軟硬體來模擬蜜蜂複眼探測天空偏振光的實驗,該成果榮獲「第 50 屆中小學科學展覽會」的高中組第三名。


把太陽月亮作為導航並不意味始終都得遵循一個固定的夾角吧?
這也是好問題。

導航在天,定目標在自己。例如汽車上雖然裝了GPS導航,但如果路上出現危險或擁堵,你還是要改變路線。

蛾子也知道,雖然用光導航,但如果需要只要把角度稍微一調整,就可以直飛另一個目標。


為什麼不往光源外飛?也可以與光線成鈍角啊!
問得好!這和觀察條件有關。

因為黑夜觀察條件差,所以觀察者一般是站在光源附近的,而不是遠離光源的,如果伸手都看不見五指了,那就更看不見蛾子了。

  1. 如果蛾子選擇與放射光線成銳角,所有這些成銳角的蛾子,不管是多少度,都會按照等角螺線飛,最終會密密麻麻的聚集到光源處,特別是光源附近觀察條件更好,你很容易注意到。
  2. 如果蛾子選擇與放射光線成直角,蛾子就會圍繞光源做標準圓周運動,距離遠了觀察者也注意不到,距離近了說明蛾子是在以銳角飛。
  3. 如果蛾子選擇與放射光線成鈍角飛,會逐漸飛離光源,距離光源越遠,就會越分散,在黑夜裡是觀察不到的。

這三種條件下,第1種情況有聚集效應,第2、3種情況無觀察結果,所以讓觀察者很輕易就會得出蛾子趨光的結論。


人類使用火都這麼久了,昆蟲們為什麼不能與時俱進一點?

人類使用火的總時間雖然很長,可能有數百萬年,但人類直到幾萬年前才走出非洲,7000年前才建立文明,影響範圍實在太小,時間也太短。

愛迪生雖然普及了燈泡,但是燈泡也燒不死蛾子。

在時間這麼短、影響範圍這樣小、又不威脅生存的情況下,蛾子如何與時俱進呢?


紫外燈捕殺飛蟲也是同樣的原理么?
關於紫外線滅蚊燈也是個極有趣的問題,我在《滅蚊燈放家裡使用有效嗎?》問題下的好玩答案保證可以再次顛覆你的「生活常識」!

後記
本來這篇答案很短,是從我的另一個答案《數學裡的 e 為什麼叫做自然底數?是不是自然界里什麼東西恰好是 e?》里剪切出來的,那一篇是馬拉松級的超長答案,一般人都看不完。
因為不想被埋沒,於是貼在了這,沒想到挺受大家歡迎,提了很多問題,讓這篇答案又不斷的加長了。

夜幕已垂,繁星初上,一邊是我鍵盤的嘩嘩聲,一邊是飛蛾頭撞窗戶的咚咚聲。
好像在說……我去!……我……

不完整參考資料
Why Are Moths Drawn to Artificial Lights?
Light Pollution Hurts Insects and the Environment
Insect Flight: Evolution
Celestial orientation by the large yellow underwing moth, Noctua pronuba L
Sun Compass Integration of Skylight Cues in Migratory Monarch Butterflies: Neuron
The Remarkable Bee Brain
蜜蜂跳的「8字舞」用肢體「語言」表示方向與距離
方解石:熟悉的陌生人
Sunstones may have helped Vikings navigate from Norway to America
法英研究人員發現維京海盜的導航「太陽石」
VIKING EXPLORERS
動物所專家發現蝙蝠利用磁極羅盤定向
http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/274/1627/2901
譯言網 | 蝙蝠依靠偏振光飛行|BBC新聞
BBC News - Bats "fly by polarised light"
A functional role of the sky』s polarization pattern for orientation in the greater mouse-eared bat : Nature Communications : Nature Publishing Group


就會飛的昆蟲來說,有一種解釋是這樣:昆蟲並不是正對著光源飛過去,它只是利用光線來導航。月光或太陽光基本上是平行光,昆蟲只要確保自己的飛行方向與光線之間的夾角為固定值,那麼它的飛行路線就是直線。億萬年來,昆蟲就是利用這一原理為自己導航的。但是人類出現後,夜間的點光源越來越多,點光源發出的光不是平行光,昆蟲不知道,繼續按照「飛行方向與光線夾角為固定值」的方式導航,飛行路線就不再是直線,而變成了等角螺線,盤旋著趨向光源。

(圖取自

(圖取自果殼)
當然這只是解釋了一種情況。昆蟲趨光的情況可能還有很多種,需要分別解釋。


關於昆蟲的趨光性,目前並沒有公認正確的解釋。就算你去問一個昆蟲學家,也不會得到一個確定的答案。雖然假設性的解釋很多,但是沒有一個可以完美的回答這個問題。

最為流行的一個理論就是其他回答中提到的:很多昆蟲在夜間利用月光導航。

需要利用月光導航的昆蟲必須滿足兩個條件。第一,它們都是夜行動物。這一條明顯,白天即使有月亮也看不清楚。第二,它們必須是遷移性的,這樣才會有長途飛行的必要。總而言之,它們都是星夜兼程的旅人。為了在長途飛行中保持穩定的方向,它們採用的方法是保持飛行方向與月亮形成一個恆定的角度。而人造光源會被它們誤認為是月光,從而擾亂了它們的導航系統。這種理論可以解釋為什麼有些昆蟲在靠近光源時,會持續改變飛行方向。

圖片來自

圖片來自http://www.alimirjalili.com/MFO.html

但是,這種理論的問題是,並非所有具有趨光性的昆蟲都是遷移性的,它們也並不都利用月亮導航。比如,以「飛蛾撲火「名垂青史的飛蛾,其中的多數物種(超過50%)都不會遷移,但是它們仍然對各種光源十分執著,趨之如騖。另外,並非所有昆蟲都會繞著光源矜持地兜圈子,有的昆蟲會採用巷子里趕豬的方式,直接撲向光源。

另一種理論是這樣的:對昆蟲來說,光可以看做是一種通暢的道路的信號,比如山洞的出口。當它需要逃避天敵的時候,有光的方向往往意味著一條沒有障礙的逃生路線,所以是一個比較安全的選擇。這種理論可以解釋為什麼有些昆蟲會徑直飛向火焰:誰能想到逃生的通道居然會變成吞噬生命的惡魔呢。

圖片來自

圖片來自2005 Portland Trip

有一種理論比較有趣: 上世紀70年代,昆蟲學家發現雌性飛蛾的外激素會發出暗淡的光。然後,他們又發現其中的紅外線與燭光是一致的。所以,飛蛾也許把燭光當成了正在召喚自己的異性。然而,支持這種理論的人很少,因為實際上紫外線比紅外線對昆蟲的吸引力要大得多。

圖片來自

圖片來自Codling Moth Mating Disruption

紫外線確實對很多昆蟲都有難以抗拒的吸引力。有些花就是依靠反射陽光中的紫外線來吸引傳播花粉的昆蟲。用紫外線來解釋昆蟲的趨光性也是意料之中的事了。所以,有一種理論就認為,光源發出的紫外線是吸引昆蟲的重要因素。它們可能認為散發著紫外線的火焰是一種食物。

圖片來自

圖片來自https://www.pinterest.com/apothecaria/flowers-in-ultraviolet/

參考資料:
1. https://www.youtube.com/watch?v=Pl0icc3XiVI
2. Why Are Moths Drawn to Artificial Lights?
3. Why Are Bugs Attracted To light?
4. Why Are Bugs Attracted to Light?


趨光說是趨特定波長的光。光可以分很多種,不是所有的昆蟲都趨光,也不是所有的光昆蟲都會趨。蚜蟲趨黃色,也會避開銀色。大部分蛾子都是晚上活動,白天太陽一出就躲起來,可能是避開太陽光。有一種煙粉虱據說會在太陽升起來時起飛,幾萬隻白色的小飛蟲像一層薄霧一樣,非常美。但是它們的飛行能力很弱,不會一直朝太陽飛去,頂多飛到隔壁的田裡。


這真是個好問題!!作為昆蟲專業的學渣,好慚愧啊~~不能提供很專業的回答,又一次感到絕望了啊~~再一次對能不能愉快的畢業陷入深深的恐慌中~~~
那麼我要不要繼續逗比下去呢~~呢~~呢~~~
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首先,一般說到趨光性,我們說的都是夜行昆蟲。所謂夜行,就是那些昆蟲小寶貝們都是一些錦衣夜行的採花大盜、汪洋大盜等俠客。
那麼,你說它們為嘛不齊刷刷的奔向太陽,夜晚有太陽,后羿造嗎?!!

所以,這個問題,可以問的高大上一些,比如夜行性的昆蟲為嘛不齊刷刷的向著月亮奔去呢?

是吧!這樣問是不是很高大上了呢?內涵很豐富了呢?既然正主不在,它的小妾總還是發光的嘛~~~~那麼答案要怎麼回答呢?

肯定不會有一隻水冰月在上面代表月亮消滅這些夜行昆蟲俠們。那會是什麼呢?偷偷的告訴你們是因為月亮不夠溫暖,月美人是個冰山美人,昆蟲君們不愛!!!哈哈哈哈哈哈,你們相信么?!!不相信?!好吧,其實我這麼逗比,我爸媽都是不造的!!!哈哈哈哈哈哈~~~

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夜行性昆蟲的趨光性與其導航方式有關。世代相傳的趨光性是夜裡飛行的法寶。使它們在漆黑的夜裡在空曠的田野飛行,不會撞到被黑夜隱藏的電線杆、樹榦和突起的土堆,因為在有光線通過的地方,也就一定是它們可以飛過的地方。
它們通常是以月亮為導航坐標的,且飛行時不是垂直於月光,而是呈斜交;而燈火會讓它們誤認為是月亮,結果就會以螺旋形漸近線的軌跡飛向燈火。
昆蟲的趨光性都是有一定波長範圍的,如果光源的波長不在他們所趨的範圍之內,就不會趨向。

以上只是對高票答案的一些補充~


我貼一下上面

我貼一下上面 @李傳 說的太陽出來時上萬隻蟲子同時飛起的圖片。這是2011年5月8日在麗江拍日出時偶然拍到的,時間是早上7:23。


高贊正解!
喜歡吃牛肉(吃貨的趨肉性,點餐必點喜歡的肉),也不會看看到整頭牛就衝上去一頓亂啃啊~


它們飛了。

後來燒成灰,落下。

你以為霧霾為什麼這麼嚴重?

飛蛾:qnm,這鍋老子不背~


題主的題目反映的是典型的對趨光性的誤解。

生物的本能是向自己能看得到或能看得清的目標前進,所以在白天光照條件好的時候,任何動物都不會奔著最強的光源(如太陽)而去,而是各自在視覺良好的條件下尋找自己感興趣的目標。
只有在夜間,什麼都看不清的時候,少數或唯一能看清的東西(光源)才會成為獨一無二的、本能首選的目標。這叫趨光性。翻譯成非科學語言的話,趨光性其實就是趨看得見性

主流解釋是【用光線導航】,說得非常有道理,但是,是錯誤的。
導航論的基礎是假設昆蟲要沿直線飛行,但這個假設並未提供【昆蟲為什麼要沿直線飛行】的原因。所以這個假設是不存在的,所以這個理論的大前提不存在,所以……它是錯的。


兩點
1.昆蟲大多夜間活動
2.只對點光源有趨光性


飛向太陽的都沒有留下後代


因為昆蟲飛不了那麼高......


是時候祭出我製作精美的教具了。

鐺鐺鐺鐺~

鐺鐺鐺鐺~
首先太陽的大小相對於地球上的生物,發出的光線相當於平行光線。
而飛蛾等昆蟲就通過判定與平行光線之間的夾角恆為α來飛成一條直線。
那為什麼為什麼他們又會撲火呢?
見證奇蹟的時刻~

當光源變成點光源(如燈光,火光)時,這條直線會變成曲線。仍然按照與光線夾角為α,最終會飛向光源處,即飛蛾撲火。

來源:學而思物理課


初中生物學知識。通俗說吧,太陽光線可以視做平行的,燈光可以視做球形,昆蟲在太陽光線下,可以飛出直線,在燈光下,飛出螺旋線,最終撞上燈光。


我來總結一下高票答案的意思:

它的小汽車只有前置攝像頭


我晚上玩手機的時候,蚊子總是在屏幕周圍瞎晃

但實際上如果把手機關了,保持全黑。蚊子不一定非要往我這裡飛

這個趨光性其實是有條件的,必須要形成強烈對比的時候才有效果

至於飛向太陽,當你外面大白天的時候,到處都是亮的。無所謂往哪裡飛

硬要說的話,你還不如問為什麼大晚上的昆蟲不往月亮那裡飛


海拔每升高1000米 氣溫下降6攝氏度
你真的以為它們不想飛向太陽么
在蟲兒們的世界中或許它們早已經歡送過無數奔日的勇士
無一例外的在此過程中被早起的鳥兒捕食 被暴雨打向地面 成為飛機外殼上小小的一塊血污 在經過平流層對流層一路向上的過程中脆弱的軀殼不堪重壓被擠碎內臟
它們又不是人類 除了自己本身 哪裡有什麼東西可以在萬米高空中保護自己呢 還沒來得及衝破大氣層 就已經死在路上
非技術貼


人還有趨飯性呢,就應該不停地吃到撐死,對√


因為太陽太亮了 它們不適應


說白了就是,太陽光是平行光,平行光沒有辦法找到「一個」光源。既然找不到光源,怎麼趨光呢?


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