昆虫为什么不会因趋光性齐刷刷地奔向太阳？

（昆虫为什么不会因趋光性齐刷刷地奔向太阳？）

　　我们对昆虫的趋光性有的时候是误读！

　　特别是飞蛾扑火，我们以为是昆虫喜欢追逐光明，其实这是数千年的误解。

　　黑夜里，飞蛾不能看清四周的情况，在找不到合适参照物的情况下，如何不走冤枉路，多快好省的飞行呢？

　　其实亿万年来，夜晚活动的蛾子等昆虫都是靠月光和星光来导航。因为是极远光源，光到了地面可以看成平行光，能作为参照来做直线飞行。如下图所示，注意蛾子只要按照固定夹角飞行，就可以飞成直线，直飞才最节省力气。角度稍微一调整，就可以直飞另一个目标。

　　但自从该死的人类学会了使用火，这些人造光源因为很近，光线成中心放射线状，可怜的蛾子就开始倒霉了。

　　蛾子还以为按照与光线的固定夹角飞行就是直线运动，结果越飞越坑爹，飞成了等角螺线，飞到火里去了，这种现象还被人类称为昆虫的正趋光性。

　　蛾子说：

　　趋你妹的光啊，傻瓜才瞪着光飞，不知道会亮瞎眼啊？！！

　　我们完全被人类误导了，亿万年才演化出的精妙直线导航方法，被人类的光污染干扰失效了！

　　不用假慈悲的飞蛾扑火纱罩灯了！

　　(#‵′)凸，赶紧把这幺蛾子的灯关了吧！

　　有人问：这是你自己想出来的吧？我还是坚持蛾子是趋光的！

　　好吧，如果蛾子趋光，为什么不直线飞过去呢？为什么要飞成下面的螺线？趋光能解释吗？

　　从上面这个照片你还可以看出，蛾子走的并不是理想的等角螺线。

　　蛾子也发现问题了：

　　我飞飞飞

　　咦……不对啊！

　　调正角度，飞飞飞……

　　我去！还不对，我这是在往哪飞啊？

　　继续调整角度……

　　我去……我去……我……我晕……

　　蛾子也想挣扎的飞出正确的路线，不断的调整角度，奈何本能使然，最终还是向灯光飞去。

　　我们人类也是，例如你在原地旋转很多圈，再让你走直线试试。在平衡器官被干扰的情况下，你以为是直线，而在旁人看来更像喝醉了一样东倒西歪乱走。

　　这就是蛾子的处境。

　　白天的昆虫如何用太阳来导航？

　　太阳光进入大气时，被散射形成天空光。天空光是

　　偏振

　　光，昆虫综合参考太阳的方位和天空光的偏振来进行导航，而不是被太阳光吸引，所以不会飞向太阳。

　　昆虫的复眼看到的天空和人类看到的天空是不一样的。

　　图片来源：

　　SunCompassIntegrationofSkylightCuesinMigratoryMonarchButterflies:Neuron

　　下面的视频《

　　帝王蝶迁徙时集成太阳罗盘与天空光实现导航

　　》，科学家通过研究蝴蝶的脑，来研究帝王蝶是如何利用太阳和天空光实现导航，完成了上千公里的迁徙。

　　帝王蝶迁徙时集成太阳罗盘与天空光实现导航

　　古代维京人也利用天空光导航

　　在北欧

　　維京

　　海盗时代，维京人在没有指南针的情况下，就利用太阳石在北大西洋上导航。

　　太阳石就是方解石，是碳酸钙的晶体。

　　由于其特殊的晶体结构会把自然光分解为两条偏振光。

　　天空光因为是部分偏振光，所以旋转方解石就会出现时亮时暗的效果。

　　在美剧《Vikings》第1季的前两集里就有这样的情节。

　　维京人在有阳光时，就直接利用正午的太阳确定方向。

　　阴天或大雾看不到太阳，就用太阳石找大概的方向。

　　举起太阳石旋转会发现在不同方向上的亮度不同，即使在阴天也可以找到大体的方位。

　　维京人的导航方法居然和帝王蝶这些昆虫不谋而合，有趣！

　　维京海盗的新导航技术帮助他们在北大西洋上远洋，并发现了冰岛、格陵兰岛、成为最早抵达北美洲的欧洲人。

　　人类用指南针导航会不会出现蛾子的困境？

　　在南北磁极时也会出现蛾子的问题。

　　例如，我们手里有指南针，不是往南走时才用得到，往任何方向都可以作为参照。

　　在大海上，你要去一个岛，按照地图上的标记，发现只要往东走就行了。

　　正常情况，我们根据指南针，按照与北方的右夹角90度角航行，走直线就可以最快到达。

　　如下图：在远离南北极的地区，可以认为磁力线是平行的。

　　但如果在南极雪原上，在距离南磁极很近的地方，指南针总指向附近的磁极点，如果往东走，就是绕着南磁极走圆圈。

　　如下图：在南极附近磁力线不能看成平行线，而是以南磁极为中心的放射状。

　　如果往东南走，就会像蛾子一样做等角螺线，绕很多圈后到达南磁极。

　　如下图：与磁力线保持45度夹角，就不再是圆周运动，而是螺线运动。

　　这时候人们必须放弃指南针，改为参照地形、天空偏振光或其他参照物导航。

　　蛾子可没有这么多选择，只能等到灯都灭了，才可以恢复正常飞行。

　　灯总不能亮一晚上吧，我等！

　　啊哈！终于灭了，我飞飞飞……

　　我去，旁边又亮了一个！

　　生物是何时进化出天空光导航的？

　　大约5亿年前，地球上开始出现了有眼睛的生物，其中最有名的是寒武纪时代的

　　三叶虫

　　。

　　图片来源：

　　harunyahya.com的页面

　　在维基百科上的

　　三叶虫

　　词条里

　　事实上约5.43亿年前三叶虫是第一批进化出真正的眼睛的动物。有人认为眼睛的出现是寒武纪生命大爆发的导致原因。

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　　三叶虫的眼睛是由方解石组成的。纯的方解石是透明的，有些三叶虫使用单晶的、透明的方解石来组成其每只眼睛的透镜。

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　　典型的三叶虫眼睛是复眼，每个透镜都是一个拉长的棱镜。每只复眼内的透镜数不等，有些只有一个，有些可达上千。在这样的复眼中其透镜一般排列为六边形。

　　三叶虫和北欧海盗一样也有方解石，通过感受天空偏振光来辨认方向，不同的是它直接安装在眼睛上！后来的昆虫复眼则继承了这种能够探测偏振光的能力，除了昆虫，还有鸟类、鱼类和两栖动物都可以利用偏振光。

　　蝙蝠则是已知第一种可以利用偏振光的哺乳动物，蝙蝠利用黄昏时的偏振光来校准体内的地磁罗盘。

　　图片来源：

　　BBCNews-Bats'flybypolarisedlight'

　　科学家发现蝙蝠利用地磁罗盘进行长距离的导航，而天空光可以对地磁罗盘进行校准。到了黑暗的夜晚，借助超声波和校准的地磁罗盘，蝙蝠就可以准确的返回自己栖息的山洞。

　　长距离导航靠地磁和偏振天空光，近距离靠超声波，蝙蝠完全没有我们想象的那么“瞎”。

　　蜜蜂跳8字舞也是导航吗？

　　蜜蜂发现新的花丛后，会回到蜂巢里靠跳8字舞（waggledance）来告诉同伴花丛在哪里。

　　如何告诉同伴方向和距离呢？

　　告知方向主要参照太阳

　　A是出蜂巢直向太阳飞

　　B是出蜂巢背向太阳飞

　　C是出蜂巢和太阳左边夹角60度飞

　　告知距离靠圈数

　　有趣的是，8字舞跳的越快，圈数越多，代表花丛越近，可能这样能吸引蜂巢里更多蜜蜂的注意吧。

　　跳的越慢，圈数越少，代表越远。

　　另外，推荐一篇台湾高二学生写的获奖论文《

　　複眼定位器

　　》，研究的就是用软硬件来模拟蜜蜂复眼探测天空偏振光的实验，该成果荣获“第50屆中小學科學展覽會”的高中组第三名。

　　把太阳月亮作为导航并不意味始终都得遵循一个固定的夹角吧？

　　这也是好问题。

　　导航在天，定目标在自己。例如汽车上虽然装了GPS导航，但如果路上出现危险或拥堵，你还是要改变路线。

　　蛾子也知道，虽然用光导航，但如果需要只要把角度稍微一调整，就可以直飞另一个目标。

　　为什么不往光源外飞？也可以与光线成钝角啊！

　　问得好！这和观察条件有关。

　　因为黑夜观察条件差，所以观察者一般是站在光源附近的，而不是远离光源的，如果伸手都看不见五指了，那就更看不见蛾子了。

　　如果蛾子选择与放射光线成锐角，所有这些成锐角的蛾子，不管是多少度，都会按照等角螺线飞，最终会密密麻麻的聚集到光源处，特别是光源附近观察条件更好，你很容易注意到。如果蛾子选择与放射光线成直角，蛾子就会围绕光源做标准圆周运动，距离远了观察者也注意不到，距离近了说明蛾子是在以锐角飞。如果蛾子选择与放射光线成钝角飞，会逐渐飞离光源，距离光源越远，就会越分散，在黑夜里是观察不到的。

　　这三种条件下，第1种情况有聚集效应，第2、3种情况无观察结果，所以让观察者很轻易就会得出蛾子趋光的结论。

　　人类使用火都这么久了，昆虫们为什么不能与时俱进一点？

　　人类使用火的总时间虽然很长，可能有数百万年，但人类直到几万年前才走出非洲，7000年前才建立文明，影响范围实在太小，时间也太短。

　　爱迪生虽然普及了灯泡，但是灯泡也烧不死蛾子。

　　在时间这么短、影响范围这样小、又不威胁生存的情况下，蛾子如何与时俱进呢？

　　紫外灯捕杀飞虫也是同样的原理么？

　　关于紫外线灭蚊灯也是个极有趣的问题，我在《

　　灭蚊灯放家里使用有效吗？

　　》问题下的好玩答案保证可以再次颠覆你的“生活常识”！

　　后记

　　本来这篇答案很短，是从我的另一个答案《

　　数学里的e为什么叫做自然底数？是不是自然界里什么东西恰好是e？

　　》里剪切出来的，那一篇是马拉松级的超长答案，一般人都看不完。

　　因为不想被埋没，于是贴在了这，没想到挺受大家欢迎，提了很多问题，让这篇答案又不断的加长了。

　　夜幕已垂，繁星初上，一边是我键盘的哗哗声，一边是飞蛾头撞窗户的咚咚声。

　　好像在说……我去！……我……

　　不完整参考资料

　　WhyAreMothsDrawntoArtificialLights?LightPollutionHurtsInsectsandtheEnvironment

　　InsectFlight:Evolution

　　Celestialorientationbythelargeyellowunderwingmoth,NoctuapronubaL

　　SunCompassIntegrationofSkylightCuesinMigratoryMonarchButterflies:Neuron

　　TheRemarkableBeeBrain

　　蜜蜂跳的“8字舞”用肢体“语言”表示方向与距离

　　方解石：熟悉的陌生人

　　SunstonesmayhavehelpedVikingsnavigatefromNorwaytoAmerica

　　法英研究人员发现维京海盗的导航“太阳石”

　　VIKINGEXPLORERS

　　动物所专家发现蝙蝠利用磁极罗盘定向

　　译言网|蝙蝠依靠偏振光飞行|BBC新闻

　　BBCNews-Bats'flybypolarisedlight'

　　Afunctionalroleofthesky’spolarizationpatternfororientationinthegreatermouse-earedbat:NatureCommunications:NaturePublishingGroup

 

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