學點知識 | 對「飛蛾撲火」，有一個可能刷新三觀的漂亮解釋

題圖：vidrio / CC BY-SA

昆蟲為什麼不會因趨光性齊刷刷地奔向太陽？

知友：張英鋒

（56,000+ 贊同，收錄於知乎周刊）

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！

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。

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

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。

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。

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

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：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



• 
  

  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？

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