戰鬥機動作幫助蒼蠅躲避捕食者

高速影片揭示了為什麼蒼蠅如此難以拍打

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抓住蒼蠅並不容易,任何嘗試拍打過蒼蠅的人都知道。為什麼它們如此難以捕捉?一項新的研究表明,這可能是因為它們像戰鬥機一樣機動。

研究人員使用高速攝像機捕捉到果蠅在進行快速傾斜轉彎以躲避迫近的威脅時,翅膀和身體的閃電般快速的運動。該團隊還使用了巨大的機器人蒼蠅來了解這些活潑的害蟲是如何進行這些特技飛行的。

研究中使用的果蠅物種,Drosophila hydei,以其出色的飛行能力而聞名。科學家有時將它們的飛行比作在空氣中“游泳”,但研究人員表示,蒼蠅的空中體操更接近於戰鬥機飛行員的動作。[觀看蒼蠅像戰鬥機一樣飛行的影片]


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“這些蒼蠅翻滾高達 90 度——有些幾乎是倒立的——以最大限度地發揮力量並逃脫,”西雅圖華盛頓大學研究飛行和游泳生物力學的研究員 Florian Muijres 說。

研究人員表示,蒼蠅可以在不到百分之一秒的時間內改變方向——比眨眼快 50 倍。

是鳥?是飛機?…

Muijres 和他的團隊將大約芝麻大小的果蠅放入一個競技場,讓它們自由飛舞。高速攝像機以每秒 7,500 幀的速度拍攝,聚焦在競技場的中央,那裡設定了兩臺雷射器。攝像機需要非常明亮的光線才能工作,但普通光線會使蒼蠅失明。因此,該團隊轉而用紅外線(對蒼蠅和人類都不可見)充滿競技場。

當蒼蠅飛過雷射器時,它會觸發一個不斷擴大的黑色陰影出現,類似於捕食者或障礙物,這促使蒼蠅採取躲避行動。

蒼蠅展現了驚人的敏捷性。當迫近的陰影靠近時,蒼蠅傾斜身體進行刺耳的空中轉彎。這些昆蟲通常每秒拍動翅膀 200 次,但為了躲避陰影,它們僅用略多於一次的拍動就能夠改變方向,產生一種力量,將它們推離危險。

Muijres 說,為了執行這些動作,蒼蠅的大腦必須進行復雜的計算。“蒼蠅側向翻滾這一事實也許並不那麼令人驚訝,”他說,“但真正令人驚訝的是準確性和速度的結合。”

果蠅有微小的大腦,但它們能夠進行比許多其他飛行昆蟲更復雜的飛行動作。例如,蛾子的大腦比蒼蠅的大腦更大,但它們會直接衝向地面以避免被蝙蝠抓住。

華盛頓大學的生物學家、高階研究合著者 Michael Dickinson 說,更重要的是,蒼蠅的行為“非常迅速,而且是完全天生的——蒼蠅不需要學習如何做到這一點”。研究人員計劃在未來的研究中調查蒼蠅的大腦究竟是如何執行這些特技的。

機器人蒼蠅

為了模擬蒼蠅的飛行動力學,研究人員將一隻翼展 2 英尺(0.6 米)的巨型機器人蒼蠅放入一桶礦物油中。多年來,科學家們一直使用這種機器人蒼蠅,它們的名稱如“機器人蒼蠅”或“機器人蒼蠅新娘”,以便在更大的規模上研究這些昆蟲的飛行。

鑑於這種關於蒼蠅飛行的新知識,捕捉蒼蠅的最佳方法是什麼?

“從側面,”Muijres 說,儘管他還沒有嘗試過。

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Tanya Lewis is a senior editor covering health and medicine at 大眾科學. She writes and edits stories for the website and print magazine on topics ranging from COVID to organ transplants. She also appears on 大眾科學's podcast Science, Quickly and writes 大眾科學's weekly Health & Biology newsletter. She has held a number of positions over her eight years at 大眾科學, including health editor, assistant news editor and associate editor at 大眾科學 Mind. Previously, she has written for outlets that include Insider, Wired, Science News, and others. She has a degree in biomedical engineering from Brown University and one in science communication from the University of California, Santa Cruz. Follow her on Bluesky @tanyalewis.bsky.social

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