研究人員報告稱,飛蛾能夠平靜地懸停,是因為它們的觸角就像微小的陀螺儀。他們切斷昆蟲的觸角,再用強力膠粘回去,然後讓昆蟲飛行。在第二項研究中,另一個團隊製造了一個小型機器人直升機,以測試昆蟲飛行的理論。該機器人重現了昆蟲的行為,例如在逆風中向下傾斜,以及在單調地形上墜毀,這可能解釋了蜜蜂在掠過平靜如鏡的水面時溺水的報告。
為了懸停而不墜毀,昆蟲必須能夠補償由例如側風或翅膀拍打失誤引起的漂移。研究人員認為,在白天,像蜻蜓這樣視力敏銳的昆蟲透過觀察周圍環境的線索來保持穩定的飛行姿勢。但是,在陰影中或夜間,視覺可能不可靠,導致蒼蠅等其他昆蟲更多地依賴飛行期間感受到的微小力量。
現在將飛蛾新增到該列表中。華盛頓大學的研究員桑傑·薩恩及其同事使用三臺高速攝像機,觀察到一隻天蛾在花朵上盤旋時,微小而重複的力量震動著它的觸角。這些力量的時間——每次翅膀拍打兩次——表明它們等同於支撐陀螺儀或導致擺動擺錘在地球自轉下扭曲的力量。飛蛾的翅膀拍打震動了它的觸角,而觸角反過來抵抗昆蟲頭部的任何運動。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章,請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞事業,方式是 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠持續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
研究人員發現,飛蛾觸角底部的運動敏感細胞正在接收這些力量,並可能將其轉發到大腦的飛行控制電路,利用陀螺力將其自身的運動與周圍環境區分開來,並進行空中航向修正。
為了證實這個想法,他們將飛蛾的觸角在基部上方剪斷。突然,昆蟲開始撞到牆壁上 [在此處觀看影片]。但是,當研究人員用強力膠重新連線觸角時,它失去的大部分穩定性得到了恢復 [比較 重新連線後的飛行 與 正常飛行]。薩恩說:“我們沒有意識到會如此戲劇化。我們認為這會更微妙。”
加州大學洛杉磯分校的昆蟲生理學家馬克·弗萊說,線上期刊《科學》於 2 月 8 日報道的這項結果表明,蒼蠅、飛蛾以及可能還有其他昆蟲都趨同於相同的漂移解決方案。
昆蟲飛行的另一個原理認為,向前飛行的蜜蜂和其他飛行者從下方地面的運動中獲得方向感。從昆蟲的角度來看,地面上的一個點似乎會快速掠過(因為是昆蟲在移動),其角速度由昆蟲的地面速度與其高度之比決定。(這就像從飛機上看到的景象:離地面越近,地面看起來掠過的速度就越快。)
為了研究這個想法,法國國家科學研究中心 (CNRS) 和馬賽地中海大學的研究人員製造了一個小型 100 克重的直升機,它有一個 30 釐米寬的旋翼,並將其拴在一個杆子上 [參見上方圖片]。一個向下指向的攝像機記錄了飛行器的角速度,並調整其高度以保持該速度恆定。因此,例如,如果直升機接近地面,它會記錄到更快的角速度並上升以減速。
科學家們在 2 月 8 日線上發表的《當代生物學》論文中報告說,他們重現了昆蟲飛行的幾個特徵:直升機在初始推力使其向前傾斜後從地面上升;在強風中下降並在著陸時沿著對角線飛行;當研究人員移除了地面上任何對比度的跡象時,它墜毀了。儘管報告存在衝突,但蜜蜂有時在飛過平靜的水面時可能會墜毀,原因相同:由於沒有地面作為線索,它們的表觀速度為零,因此它們會下降以獲得速度。(薩恩指出,飛蛾也會“墜毀”以飲水。)
弗萊說:“我從未聽說過蜜蜂下降並撞到鏡面般光滑的水中,但我不會感到驚訝”,因為實驗表明蜜蜂似乎確實透過監測表觀運動來飛行。他說,作者們採用了一個昆蟲飛行的擬議規則,“然後將其納入一個穩定飛行機器人的控制方案中——而且它奏效了。這真是太酷了。”