--- id: "29561931" type: answer title: "昆虫为什么不会因趋光性齐刷刷地奔向太阳？" url: http://www.zhihu.com/api/v4/answers/29561931 created: 2014-08-22T12:51:16.000Z updated: 2015-01-14T14:40:41.000Z voteup_count: 0 comment_count: 2704 --- # 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。 ![](../images/8e7cfec87080f6fb3a4ac24d8fa48a7563b4b4fe023e5ef8b841eee16c4cee77.png) ![](../images/8e7cfec87080f6fb3a4ac24d8fa48a7563b4b4fe023e5ef8b841eee16c4cee77.png) 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。 ![](../images/14fafd3540a252e4293a3354f28f906bba2a28203dcbd7f16e3bfd3ee6b8dc30.png) ![](../images/14fafd3540a252e4293a3354f28f906bba2a28203dcbd7f16e3bfd3ee6b8dc30.png) 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？ ![](../images/3931ce048cac7ca662f3d6dda1b243c8e9167706f202e77fc1765f896134332b.jpg) ![](../images/3931ce048cac7ca662f3d6dda1b243c8e9167706f202e77fc1765f896134332b.jpg) 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](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//zh.wikipedia.org/wiki/%25E5%2581%258F%25E6%258C%25AF) 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。 ![](../images/8b25658657248fb926b937f5be578f030a700cada4893dc19ed8ffb5dfe05ffd.png) ![](../images/8b25658657248fb926b937f5be578f030a700cada4893dc19ed8ffb5dfe05ffd.png) 图片来源： [Sun Compass Integration of Skylight Cues in Migratory Monarch Butterflies: Neuron](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627310010731) 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](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//v.youku.com/v_show/id_XNzYwMzMwMzQw.html) 》，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。 [![](../images/f619feaaa867b8ecb28689162f27f9e8f3ab49a778fc6f1fcda0dec93712e243.jpg) 帝王蝶迁徙时集成太阳罗盘与天空光实现导航 http://v.youku.com/v\_show/id\_XNzYwNTA2OTAw.html](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//v.youku.com/v_show/id_XNzYwNTA2OTAw.html) **古代维京人也利用天空光导航** ![](../images/572e7decf91caf3e1395e8c96cadf70745e8b280757f2e44993fb11e5ee71610.jpg) ![](../images/572e7decf91caf3e1395e8c96cadf70745e8b280757f2e44993fb11e5ee71610.jpg) 在北欧 [維京](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//zh.wikipedia.org/wiki/%25E7%25B6%25AD%25E4%25BA%25AC%25E4%25BA%25BA) 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。 ![](../images/680c968beeba295698be646e309214b44623f02b3734c4194c0a8797492064c6.jpg) ![](../images/680c968beeba295698be646e309214b44623f02b3734c4194c0a8797492064c6.jpg) 由于其特殊的晶体结构会把自然光分解为两条偏振光。 ![](../images/5cf912b3692dc4ddd5b4fa4000631bcec80e029e773a1fabc394bf6b6b2e3b4e.jpg) ![](../images/5cf912b3692dc4ddd5b4fa4000631bcec80e029e773a1fabc394bf6b6b2e3b4e.jpg) 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。 ![](../images/38d224cfa5d1eb97aca50967ffe23c17f5251cd73c2831fa228cb089d886982b.png) ![](../images/38d224cfa5d1eb97aca50967ffe23c17f5251cd73c2831fa228cb089d886982b.png) 阴天或大雾看不到太阳，就用太阳石找大概的方向。 ![](../images/faddb1b683f8859453bb1bc860392f920d5d8dbfcbc914ba7e8e3de72266ce1a.png) ![](../images/faddb1b683f8859453bb1bc860392f920d5d8dbfcbc914ba7e8e3de72266ce1a.png) ![](../images/2d2c9e7d8c6026fc90cd6ab15c38721e4c21d51d9a09ff83223e22b8c11bf286.png) ![](../images/2d2c9e7d8c6026fc90cd6ab15c38721e4c21d51d9a09ff83223e22b8c11bf286.png) 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。 ![](../images/a6a9be577cc32a4d6d4dbd0f40b099b8c40b6402ad721aaaa70c246947738191.jpg) ![](../images/a6a9be577cc32a4d6d4dbd0f40b099b8c40b6402ad721aaaa70c246947738191.jpg) **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。 ![](../images/c1ee37da350edfb7381dea8f13f4abb0c6c948c74494d1db35b4765cecf96ae1.png) ![](../images/c1ee37da350edfb7381dea8f13f4abb0c6c948c74494d1db35b4765cecf96ae1.png) 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。 ![](../images/84db7533412b9f733cf25723f17e421da8a13f26f98bcfc295b9d27336b11e8c.png) ![](../images/84db7533412b9f733cf25723f17e421da8a13f26f98bcfc295b9d27336b11e8c.png) 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。 ![](../images/e3c1f5f9d3b63b8edde44d7d11f630915f96a5f2177d0698bc5920cab939b5c1.png) ![](../images/e3c1f5f9d3b63b8edde44d7d11f630915f96a5f2177d0698bc5920cab939b5c1.png) 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](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//zh.wikipedia.org/zh-cn/%25E4%25B8%2589%25E8%2591%2589%25E8%259F%25B2) 。 ![](../images/b6eae9f75d3e630a88024df2b2dcd6c6005fe22bd7e8c7b052289c3b2a1aab36.jpg) ![](../images/b6eae9f75d3e630a88024df2b2dcd6c6005fe22bd7e8c7b052289c3b2a1aab36.jpg) 图片来源： [harunyahya.com 的页面](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.harunyahya.com/tr/Buku/152365/Atlas-Of-Creation---Volume-4-/chapter/14251/Trilobites-marvelous-life-forms-that-lived-530-million-years-ago-refute-evolution%3Fview%3Ddesktop) 在维基百科上的 [三叶虫](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//zh.wikipedia.org/zh-cn/%25E4%25B8%2589%25E8%2591%2589%25E8%259F%25B2) 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](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//zh.wikipedia.org/wiki/%25E5%25AF%2592%25E6%25AD%25A6%25E7%25BA%25AA%25E7%2594%259F%25E5%2591%25BD%25E5%25A4%25A7%25E7%2588%2586%25E5%258F%2591)的导致原因。 > …… > 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。 > …… > 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。 ![](../images/23beb630144a6d61aaf6daa14329bd4656d36fee813a2b01fefbe2f463070764.jpg) ![](../images/23beb630144a6d61aaf6daa14329bd4656d36fee813a2b01fefbe2f463070764.jpg) 图片来源： [BBC News - Bats 'fly by polarised light'](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.bbc.com/news/science-environment-28402710) 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（waggle dance）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 ![](../images/086ea50772439b4eb0c281bee15643ba2df5f6e8a0252dc67a9b0e605145b197.jpg) ![](../images/086ea50772439b4eb0c281bee15643ba2df5f6e8a0252dc67a9b0e605145b197.jpg) 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](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/50/pdf/040814.pdf) 》，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。 1. 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。 2. 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。 3. 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？](http://www.zhihu.com/question/20161172/answer/30378545) 》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？](http://www.zhihu.com/question/20296247/answer/29370489) 》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** [Why Are Moths Drawn to Artificial Lights?](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.livescience.com/33156-moths-drawn-artificial-lights.html)[Light Pollution Hurts Insects and the Environment](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//physics.fau.edu/observatory/lightpol-Insects.html) [Insect Flight: Evolution](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//park.org/Canada/Museum/insects/evolution/navigation.html) [Celestial orientation by the large yellow underwing moth, Noctua pronuba L](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.sciencedirect.com/science/article/pii/0003347279900150) [Sun Compass Integration of Skylight Cues in Migratory Monarch Butterflies: Neuron](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627310010731) [The Remarkable Bee Brain](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//jonlieffmd.com/blog/the-remarkable-bee-brain-2) [蜜蜂跳的“8字舞”用肢体“语言”表示方向与距离](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//amuseum.cdstm.cn/AMuseum/math/6/607/6_67_1004.htm) [方解石：熟悉的陌生人](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.dili360.com/nh/article/p5350c3d8b515696.htm) [Sunstones may have helped Vikings navigate from Norway to America](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.theguardian.com/science/2011/nov/02/sunstones-vikings-navigate-america) [法英研究人员发现维京海盗的导航“太阳石”](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//news.ifeng.com/mil/history/detail_2013_03/07/22844833_0.shtml) [VIKING EXPLORERS](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.learningenrichment.org/eyes_viking_map.html) [动物所专家发现蝙蝠利用磁极罗盘定向](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.bioon.com/biology/genetics/314775.shtml) [http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/274/1627/2901](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//rspb.royalsocietypublishing.org/content/274/1627/2901) [译言网 | 蝙蝠依靠偏振光飞行|BBC新闻](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//article.yeeyan.org/view/410443/418416) [BBC News - Bats 'fly by polarised light'](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.bbc.com/news/science-environment-28402710) [A functional role of the sky’s polarization pattern for orientation in the greater mouse-eared bat : Nature Communications : Nature Publishing Group](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.nature.com/ncomms/2014/140722/ncomms5488/full/ncomms5488.html) [知乎原文](http://www.zhihu.com/api/v4/answers/29561931)