SME科技故事出品

微信ID：SMELab

老生常谈，飞蛾扑火。

而飞蛾的这种诡异行为，早就有被人类熬成了一碗浓浓的鸡汤。

这一般指舍生取义的精神，又或是被致命的事物吸引，无法自拔。

但世界万物都是惜命的。

求生的意识早就写进了基因里，已经成了一种本能。

飞蛾也一样，作为没有高级思维能力的动物，它们是不会自杀的。

尽管在现实生活中，我们经常能看到飞蛾们前赴后继地赴死。

但飞蛾根本就不会产生了结自我的念头，自杀也就无从谈起了。

事实上，趋光（ phototaxis ）才是昆虫界的一个常见特性。

这对于它们寻找食物、与异性交配和搜寻产卵场所等活动，都有着一定的指导意义。

当然，昆虫的趋光行为也常常被人类利用。

一些光源性的诱虫器，很多都有针对昆虫的趋光行为。

户外诱虫灯

但是，昆虫趋光行为背后的意义，可比想象中要复杂一些。

以飞蛾为例，人类到现在都还搞懂它们为什么会扑火。

很多昆虫都是夜行的，因为它们的天敌鸟类大多是白天干活的。

它们选择晚上活跃，就可以避免那些早起的鸟儿了。

那么，既然选择了晚上行动，它们为什么还要拼死地扑向光源？

想必大家都知道一个标准答案，内容大概是这样的。

漆黑的夜里，它们需要依靠微弱的大自然光源来导航。

在人类出现之前，夜晚最主要的光来基本上都来自于天上的月亮和星星。

为了保证航线的稳定，他们会寻找一个远方的光源做参照物。

而那些会发光的天体，就像一个罗盘，指引着它们飞行。

昆虫的复眼

确实，夜行性昆虫的夜视能力是很强大的。

复眼是昆虫的主要视觉器官，一般由许多独立的小眼组成。

由于昼夜不同的光照环境，夜行性昆虫和昼行性昆虫的复眼结构也有所差异。

昼行性昆虫的复眼主要为并列型象眼，每个小眼的光感受器仅接收入射到该小眼的光线。

并列型象眼和重叠型象眼示意图

而夜行性昆虫则不同，主要为重叠型象眼。

由于拥有强大的折射率径向梯度，这种晶状体可以让入射到数百个小眼上的光线，聚集到视网膜上的单个光感受器。

这使夜行性昆虫的夜视能力得到了大幅的提升。

拿我们今天的主角扑棱蛾子来说，只要有一丝微光它们就能捕抓到，以摸清自己的航线。

从这里可以看来，昆虫的趋光性是有着其进化意义的，已成为一种本能。

只是后来人造光源的出现，使飞蛾发生了混乱，纷纷扑火寻死。

而这也叫做“光定向行为假说”，解释看来是合情合理啊。

那么将问题反过来，既然飞蛾会扑火，为什么在晚上它们不会齐刷刷地飞向月亮？

如果大家曾观察过飞蛾扑火，应该能注意到它们的一个飞行特点。

那就是，飞蛾并非全都笔直地撞向光源，而是绕着圈螺旋式地向光源靠近。

于是，我们可以得到的飞蛾扑火轨道，就成了一个个螺旋。

所以更准确的说，飞蛾并非扑火而是绕火。

飞蛾的飞行轨道

其实飞蛾以天体作为参考点，是一种横向导航定位。

因为挂在天边的星星和月亮，都是一种极远的光源。

所以这些光到达地球后，就已经可以看作是互相平行的光线了。

以月亮发出的平行光线为参考物，飞蛾的飞行路线是一条直线

而飞蛾的正常飞行，正是以这些互相平行的光线作参照的。

它们只需要与入射光线按固定的夹角飞行，就能保证航线是一直向前的。

但人造光源出现后，情况就不一样了。

相对月亮和星星来说，人造光源都属于近处光源，因此光线是从一点呈发射状的。

呈发射状的光线

以街边的路灯为例，并想象有一只飞蛾刚好从较远处看到这一光源。

当飞蛾以为路灯就是月亮时，它就会试图以与光线呈45°的夹角飞行。

因为路灯光线并非平行光线，所以飞蛾越是固定这一夹角飞行，轨道就越向内弯曲。

于是，飞蛾的轨道便形成了一个等角螺旋。

人造光源下的飞蛾路线

在坐标系中，等角螺线的螺线和射线之间的夹角就始终是一个固定值。

而飞蛾也随着这个螺旋轨道，盘旋着逐渐逼近路灯，最后直接与路灯撞个满怀。

早在公元1638年，著名数学家笛卡尔就首先描述了等角螺旋线以及给出了它的解析式。

因为方程中出现了指数函数，所以等角螺旋线也被叫作对数螺旋线。

而在同一个时代，雅各布·伯努利则更是对等角螺旋痴迷。

他发现等角螺旋线作各种变换时，例如求渐屈线、求垂组曲线、等比例放大等，所得的曲线仍然是原先的等角螺旋线。

对于这一特性，伯努利感到惊奇。

他甚至还将等角螺旋线刻在自己的墓碑上，并留下这样的墓志铭。

“Eadem mutata resurgo.”，意为“纵然改变，依旧故我”。

雅各布·伯努利的墓志铭，但比较可惜的是对数学一窍不通的工匠把下面的对角螺旋刻成了阿基米德螺旋

正是因为这种放大后还能与自己重合的特性（也叫自相似性），等角螺旋还有一个名字也叫生长螺旋。

除了飞蛾扑火的轨道之外，还存在着许多类似于等角螺旋的自然现象。

自然界最常见的等角螺旋，当属各种螺旋状的贝壳。

鹦鹉螺已经在地球上经历了数亿年的演变，但外形、习性等变化很小，被称作海洋中的“活化石”。

而鹦鹉螺这种古老的生物，早就与等角螺旋线签订了契约。

剖开鹦鹉螺壳，我们就能看到一个等角螺旋。

因为等角螺旋的自相似性，这便能满足贝壳内的软组织以固定的形状缓慢成长了。

1868年出版的图书中绘制的鹦鹉螺图像

另外，植物们的生长也同样受到等角螺旋的影响。

例如在菊花、向日葵、车前草的花、种子和叶片的排列结构上都能发现等角螺旋的影子。

所以说，飞蛾扑火与大自然偏爱等角螺旋也总是让人津津乐道。

宝塔花菜中的等角螺旋

不过，说到这里飞蛾的扑火之旅还未算真正结束。

因为昆虫趋光行为繁纷复杂，到目前还未有定论。

回到飞蛾身上。确实，早在上世纪就科学家就记录到，有月亮的情况下，蛾总是沿着直线飞行的。但若月亮被遮住，它们的飞行轨迹就会发生改变。

而且，飞蛾总是对那些与月亮保持着相同的相对方位的灯，才会改变方向。

例如，灯在距离地面0.6米高时，蛾在3米内才会被吸引。

但若同一盏灯放在9米高处，蛾在15到17米外就会被吸引。

因为在这个视角看上去，灯的大小看上去与月亮的大小才是一样的。

视觉上，街灯与月亮的大小是一样的

但许多室内实验却表明，昆虫对特定波长的单一光源就有很强的趋性。

这个实验结果，与前面的“光定位假说”是相悖的。

所以有科学家提出，昆虫趋光是因为误把光源当作求偶对象了。

在自然界中，就存在着雄性追逐雌性完成交配这一普遍规律。

日落后，雄虫会开始寻找释放性信息素的雌性。

法布尔

然而，早在《昆虫记》中，法布尔就曾记载了这么一个让人困惑的现象。

如果雌蛾和灯火放在同一个房间，绝大多数的雄蛾仍会被灯光吸引，并无视雌蛾的存在。

但面前就是雌蛾了，雄蛾究竟还想赶路去哪呢？

光定位假说，无法解释这一现象。

于是有人猜测，雌蛾释放的性信息素之所以能吸引雄蛾，是因为里面含有某种特定波长的光线。

而与此同时，人造光源就刚好发出这一特定波长，且是强度更大的光。

所以，这让雄蛾以为这人造光源才是自己要处的对象，义无反顾地朝该方向奔去。

此外，昆虫中的趋光行为的性别差异现象也是极为明显的。

所以说，飞蛾扑火还真有可能是为了爱情。

另外，还有一种假说认为，飞蛾扑火属于一种应激反应。

原因是夜行性的飞蛾，在白天有太阳光的时候并不会出来活动。

在这种节律调解下，它们在白天会进入静息状态，因而对光并不敏感。

但在晚上出来活动时，昆虫却突然与强烈的光源相遇，复眼一时无法适应而陷入生理应激。

因为除了绕灯盘旋意外，一些昆虫扑灯动作会更为强烈。

有的甚至还未扑灯，它们就已经直接眩晕后跌落灯旁开始抽搐了。

而这也解释了，为什么夏日路灯下总有这么多昆虫尸体。

尽管飞蛾扑火的原因还没有定论，但人造光源是必然脱不了关系的。

基本上，每一种生物都会因人类的出现，而发生翻天翻天覆地的变化。

而飞蛾的噩运，则是在40万年前人类学会用火开始的。

然而这么多年来，飞蛾还未学会如何避开人造光源。

在这点上，飞蛾扑火确实还能用来形容不懂得变通。

*参考资料

.飞蛾为什么扑火.中国青年报.2009

Maxwellsdemon.螺线：那些风情万种的故事.果壳网.2011

桑文，朱智慧，雷朝亮.昆虫屈光行为的光胁迫假说[J].应用昆虫学报.2016

程文杰.郑霞林,王 攀,雷朝亮,王小平.昆虫趋光的性别差异及其影响因素[J].应用生态学报.2011

沈颖,尉吉乾,莫建初,王道泽,张莉丽.昆虫趋光行为研究进展[J].河南科技学院学报.2012