（昆蟲為什么不會因趨光性齊刷刷地奔向太陽？）

　　我們對昆蟲的趨光性有的時(shí)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(shí)這是數(shù)千年的誤解。

　　黑夜里，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(shí)億萬年來，夜晚活動(dòng)的蛾子等昆蟲都是靠月光和星光來導(dǎo)航。因?yàn)槭菢O遠(yuǎn)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(jié)省力氣。角度稍微一調(diào)整，就可以直飛另一個(gè)目標(biāo)。

　　但自從該死的人類學(xué)會了使用火，這些人造光源因?yàn)楹芙饩€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(yùn)動(dòng)，結(jié)果越飛越坑爹，飛成了等角螺線，飛到火里去了，這種現(xiàn)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(dǎo)了，億萬年才演化出的精妙直線導(dǎo)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(guān)了吧！

　　有人問：這是你自己想出來的吧？我還是堅(jiān)持蛾子是趨光的！

　　好吧，如果蛾子趨光，為什么不直線飛過去呢？為什么要飛成下面的螺線？趨光能解釋嗎？

　　從上面這個(gè)照片你還可以看出，蛾子走的并不是理想的等角螺線。

　　蛾子也發(fā)現(xiàn)問題了：

　　我飛飛飛

　　咦……不對啊！

　　調(diào)正角度，飛飛飛……

　　我去！還不對，我這是在往哪飛啊？

　　繼續(xù)調(diào)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(diào)整角度，奈何本能使然，最終還是向燈光飛去。

　　我們?nèi)祟愐彩牵缒阍谠匦D(zhuǎn)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?xùn)|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(dǎo)航？

　　太陽光進(jìn)入大氣時(shí)，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(jìn)行導(dǎo)航，而不是被太陽光吸引，所以不會飛向太陽。

　　昆蟲的復(fù)眼看到的天空和人類看到的天空是不一樣的。

　　圖片來源：

　　SunCompassIntegrationofSkylightCuesinMigratoryMonarchButterflies:Neuron

　　下面的視頻《

　　帝王蝶遷徙時(shí)集成太陽羅盤與天空光實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航

　　》，科學(xué)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(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，完成了上千公里的遷徙。

　　帝王蝶遷徙時(shí)集成太陽羅盤與天空光實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航

　　古代維京人也利用天空光導(dǎo)航

　　在北歐

　　維京

　　海盜時(shí)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(dǎo)航。

　　太陽石就是方解石，是碳酸鈣的晶體。

　　由于其特殊的晶體結(jié)構(gòu)會把自然光分解為兩條偏振光。

　　天空光因?yàn)槭遣糠制窆猓孕D(zhuǎn)方解石就會出現(xiàn)時(shí)亮?xí)r暗的效果。

　　在美劇《Vikings》第1季的前兩集里就有這樣的情節(jié)。

　　維京人在有陽光時(shí)，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(zhuǎn)會發(fā)現(xiàn)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(dǎo)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(dǎo)航技術(shù)幫助他們在北大西洋上遠(yuǎn)洋，并發(fā)現(xiàn)了冰島、格陵蘭島、成為最早抵達(dá)北美洲的歐洲人。

　　人類用指南針導(dǎo)航會不會出現(xiàn)蛾子的困境？

　　在南北磁極時(shí)也會出現(xiàn)蛾子的問題。

　　例如，我們手里有指南針，不是往南走時(shí)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(gè)島，按照地圖上的標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)只要往東走就行了。

　　正常情況，我們根據(jù)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(dá)。

　　如下圖：在遠(yuǎn)離南北極的地區(qū)，可以認(rèn)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(diǎn)，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，繞很多圈后到達(dá)南磁極。

　　如下圖：與磁力線保持45度夾角，就不再是圓周運(yùn)動(dòng)，而是螺線運(yùn)動(dòng)。

　　這時(shí)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(dǎo)航。

　　蛾子可沒有這么多選擇，只能等到燈都滅了，才可以恢復(fù)正常飛行。

　　燈總不能亮一晚上吧，我等！

　　啊哈！終于滅了，我飛飛飛……

　　我去，旁邊又亮了一個(gè)！

　　生物是何時(shí)進(jìn)化出天空光導(dǎo)航的？

　　大約5億年前，地球上開始出現(xiàn)了有眼睛的生物，其中最有名的是寒武紀(jì)時(shí)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(shí)上約5.43億年前三葉蟲是第一批進(jìn)化出真正的眼睛的動(dòng)物。有人認(rèn)為眼睛的出現(xiàn)是寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的導(dǎo)致原因。

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　　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只眼睛的透鏡。

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　　典型的三葉蟲眼睛是復(fù)眼，每個(gè)透鏡都是一個(gè)拉長的棱鏡。每只復(fù)眼內(nèi)的透鏡數(shù)不等，有些只有一個(gè)，有些可達(dá)上千。在這樣的復(fù)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(rèn)方向，不同的是它直接安裝在眼睛上！后來的昆蟲復(fù)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(dòng)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(dòng)物，蝙蝠利用黃昏時(shí)的偏振光來校準(zhǔn)體內(nèi)的地磁羅盤。

　　圖片來源：

　　BBCNews-Bats'flybypolarisedlight'

　　科學(xué)家發(fā)現(xiàn)蝙蝠利用地磁羅盤進(jìn)行長距離的導(dǎo)航，而天空光可以對地磁羅盤進(jìn)行校準(zhǔn)。到了黑暗的夜晚，借助超聲波和校準(zhǔn)的地磁羅盤，蝙蝠就可以準(zhǔn)確的返回自己棲息的山洞。

　　長距離導(dǎo)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象的那么“瞎”。

　　蜜蜂跳8字舞也是導(dǎo)航嗎？

　　蜜蜂發(fā)現(xiàn)新的花叢后，會回到蜂巢里靠跳8字舞（waggledance）來告訴同伴花叢在哪里。

　　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

　　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(shù)

　　有趣的是，8字舞跳的越快，圈數(shù)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(shù)越少，代表越遠(yuǎn)。

　　另外，推薦一篇臺灣高二學(xué)生寫的獲獎(jiǎng)?wù)撐摹?/p>

　　複眼定位器

　　》，研究的就是用軟硬件來模擬蜜蜂復(fù)眼探測天空偏振光的實(shí)驗(yàn)，該成果榮獲“第50屆中小學(xué)科學(xué)展覽會”的高中組第三名。

　　把太陽月亮作為導(dǎo)航并不意味始終都得遵循一個(gè)固定的夾角吧？

　　這也是好問題。

　　導(dǎo)航在天，定目標(biāo)在自己。例如汽車上雖然裝了GPS導(dǎo)航，但如果路上出現(xiàn)危險(xiǎn)或擁堵，你還是要改變路線。

　　蛾子也知道，雖然用光導(dǎo)航，但如果需要只要把角度稍微一調(diào)整，就可以直飛另一個(gè)目標(biāo)。

　　為什么不往光源外飛？也可以與光線成鈍角啊！

　　問得好！這和觀察條件有關(guān)。

　　因?yàn)楹谝褂^察條件差，所以觀察者一般是站在光源附近的，而不是遠(yuǎn)離光源的，如果伸手都看不見五指了，那就更看不見蛾子了。

　　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。如果蛾子選擇與放射光線成直角，蛾子就會圍繞光源做標(biāo)準(zhǔn)圓周運(yùn)動(dòng)，距離遠(yuǎn)了觀察者也注意不到，距離近了說明蛾子是在以銳角飛。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(yuǎn)，就會越分散，在黑夜里是觀察不到的。

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

　　人類使用火都這么久了，昆蟲們?yōu)槭裁床荒芘c時(shí)俱進(jìn)一點(diǎn)？

　　人類使用火的總時(shí)間雖然很長，可能有數(shù)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，影響范圍實(shí)在太小，時(shí)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(shí)間這么短、影響范圍這樣小、又不威脅生存的情況下，蛾子如何與時(shí)俱進(jìn)呢？

　　紫外燈捕殺飛蟲也是同樣的原理么？

　　關(guān)于紫外線滅蚊燈也是個(gè)極有趣的問題，我在《

　　滅蚊燈放家里使用有效嗎？

　　》問題下的好玩答案保證可以再次顛覆你的“生活常識”！

　　后記

　　本來這篇答案很短，是從我的另一個(gè)答案《

　　數(shù)學(xué)里的e為什么叫做自然底數(shù)？是不是自然界里什么東西恰好是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?yàn)椴幌氡宦駴]，于是貼在了這，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

　　WhyAreMothsDrawntoArtificialLights?LightPollutionHurtsInsectsandtheEnvironment

　　InsectFlight:Evolution

　　Celestialorientationbythelargeyellowunderwingmoth,NoctuapronubaL

　　SunCompassIntegrationofSkylightCuesinMigratoryMonarchButterflies:Neuron

　　TheRemarkableBeeBrain

　　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

　　SunstonesmayhavehelpedVikingsnavigatefromNorwaytoAmerica

　　法英研究人員發(fā)現(xiàn)維京海盜的導(dǎo)航“太陽石”

　　VIKINGEXPLORERS

　　動(dòng)物所專家發(fā)現(xiàn)蝙蝠利用磁極羅盤定向

　　譯言網(wǎng)|蝙蝠依靠偏振光飛行|BBC新聞

　　BBCNews-Bats'flybypolarisedlight'

　　Afunctionalroleofthesky’spolarizationpatternfororientationinthegreatermouse-earedbat:NatureCommunications:NaturePublishingGroup

 

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