「飛蛾撲火」新解
By Helen Wong 王思齊
如果你在夜間的荒野點起燭光，你很可能會看見飛蛾（和其他夜行昆蟲）出於本能反應撲向火焰。這種現象非常普遍，以至於古人創作了一個成語來形容它：飛蛾撲火。
數世紀以來，科學家一直希望找出火焰吸引昆蟲的原因 [1]。有人認為昆蟲誤將火焰當作樹葉間隙的線索，或是當成月亮等可用作導航的天體；又有人提出昆蟲是被火焰的熱力所吸引，又或是被火焰的強光致盲以致飛行路徑不穩。
為了回答這個長久以來的問題，倫敦帝國學院的研究人員記錄並分析了昆蟲在人工光源下的高解析度飛行軌跡。令人意想不到的是，研究結果指向一個全新的解釋：背部光反應（Dorsal Light Response / DLR）[1–3]，一種普遍存在於多種昆蟲的高度保守（highly conserved）行為，使昆蟲背部始終朝向視野中最明亮的區域。
飛行中的昆蟲需要保持背部朝上以維持正確的飛行方向。在漫長的飛行進化史中，天空一直是視野中最明亮的區域，因此成為了昆蟲辨認上方的可靠線索。透過背部光反應，昆蟲就能以天空作參照來調整飛行方向。這對慣性較低的小型昆蟲尤為重要，因為它們感受的重力往往會被風或湍流施加的力所掩蓋，所以與人類和植物不同，這些昆蟲不能倚靠重力作為判斷方向的依據。
現在讓我們仔細看看研究人員如何得出背部光反應這個出乎意料的結論吧！
背部光反應的最初線索來自研究團隊在哥斯達黎加進行的野外實驗，他們使用紅外線高速攝影機（註一及二）記錄昆蟲在不同照明配置下的飛行軌跡。在分析影片後，研究人員觀察到三種在有光情況下出現，但在完全黑暗中沒有出現的不尋常行為（圖一）：當昆蟲與光源處於同一水平時，它們會圍繞光源飛行；如果昆蟲位於光源上方，它們就會上下顛倒，然後墜落地面；如果昆蟲位於光源下方，昆蟲則會改為向上飛行，漸漸失去前進的速度。最重要的一點是在全部三種情況中，昆蟲均會把背部朝向光源。
.png) |
.png) |
.png) |
圖一 研究人員在野外實驗觀察到的三種不尋常昆蟲飛行軌跡：繞圈（左）、上下顛倒（中）和失速（右）。
綜合所有發現，最合理的解釋便是昆蟲在背部光反應的影響下試圖將背部對準光源。可是，以上的結論只是基於定性觀測 — 我們能否量化這種「將背部朝向光源」的行為呢？
一種直觀的方法是追蹤昆蟲的飛行路徑並測量它們飛行時的身體方向。回到實驗室後，研究人員進行了類似的飛行實驗，這次他們在以下數種昆蟲身上附加位置標記：條斑赤蜻、混合蜓、大黃夜蛾和蛇頭蛾。接著，他們將昆蟲的速度向量投影到地面，並將其與光的瞬時方向進行比較。結果顯示，昆蟲大多以與光源方向成直角的方式移動（圖二），證明昆蟲並非被光吸引，而是在試圖將背部朝向光源方向的情況下被迫繞著光源飛。團隊通過模擬飛行實驗進一步表明，單靠背部光反應就足以在野外和實驗室環境中產生觀察到的行為。
 |
圖二 當昆蟲在背部光反應的影響下將背部朝向光源時，它們的飛行方向（實線箭頭）會與光源方向（虛線箭頭）形成直角。
這項研究的意義不僅在於回答了這個長久以來的問題，亦為我們應如何設置燈光帶來重要的啓示。隨著人類文明進步，我們在夜間越發依賴人工照明的同時，往往沒有意識到這些燈光會干擾昆蟲飛行。儘管許多人工光源（例如路燈）已成為現代社會的必需品，但我們仍然有改善空間，例如我們可以避免使用向上照射的光源，因為它們會使昆蟲迷失方向並墜落地面（回想一下上下顛倒的行為！）。哪怕只是微小的改變，也能讓我們以更和諧的方式與大自然共存。
1 在拍攝昆蟲移動時，選用紅外線照明的前設是昆蟲看不見紅外線，這樣才能確保它們的飛行路徑不受拍攝用的燈光影響。事實上，實驗中沒有任何一隻昆蟲撞上或飛向攝影用的紅外線燈具，這亦間接否定了光的熱力干擾昆蟲飛行這一假設。
2 日常生活中的影片通常以每秒24、25或 30幀拍攝，而慢動作影片則以每秒50或60幀拍攝。在這項研究中，研究人員以高達每秒500 幀的速率進行拍攝。
參考資料
[1] Fabian, S. T., Sondhi, Y., Allen, P. E., Theobald, J. C., & Lin, H. T. (2024). Why flying insects gather at artificial light. Nature Communications, 15(1), 689. https://doi.org/10.1038/s41467-024-44785-3
[2] nature video. (2024, January 31). ‘Like a moth to a flame’ - this strange insect behaviour is finally explained [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=i7awa_WGI_o
[3] Ravate, B. (2024, February 2). Flying insects become disorientated and trapped by artificial light. Imperial News. https://www.imperial.ac.uk/news/251217/flying-insects-become-disorientated-trapped-artificial/