飛翔昆虫はなぜ光を追いかけるのが好きなのでしょうか?科学者たちを長い間悩ませてきた疑問に答えが見つかりました!

李昭英

夜になると、蛾や他の昆虫が常に光源の周りを飛び回っているという興味深い現象がよく見られます。場合によっては、これらの昆虫が結果として死んでしまうこともあります。実際、紀元後 1 年頃のローマ帝国には、人々が昆虫を捕まえるために人工光を使用していたことを示す記録が残っています。しかし、科学者たちは蛾が炎の中に飛び込む本当の理由をこれまで知らなかった。

今年1月、ネイチャー・コミュニケーションズ誌に発表された新しい論文の中で、研究者らは高解像度のモーションキャプチャ技術を使用して、この古代の謎に対する新たな答えを提示した。

過去の理論のいくつか<br /> 科学者たちは昆虫のこの奇妙な行動を説明するために多くのモデルを提案してきました。例えば

●初期の理論では、昆虫は光そのものではなく、光源からの熱放射に引き寄せられると考えられていました。
● 別の見方としては、多くの昆虫がナビゲーションに月を利用しているというものがあります。彼らは夜間の飛行経路を決定する際に月を基準にするため、近くの光源を月と間違えることがあります。
●これは逃避のメカニズムと関係している可能性も示唆されている。このメカニズムでは、昆虫は光を葉の隙間と勘違いする可能性があります。彼らはまるで逃げようとして葉の隙間を狙うかのように、光に向かって飛んでいきます。
●さらに、夜間に適応した敏感な昆虫の目は人工光源によって識別能力を失い、不規則に飛んだり墜落したりして、光源の近くに閉じ込められるという主張もあります。

しかし、これらの理論はそれぞれ欠陥があるようです。したがって、この一般的な現象の背後にある理由は常に謎でした。

光に直面する

これらの理論を検証するための運動データが非常に少ないため、この質問に対する明確な答えを見つけることは困難です。問題の一部は、暗い場所での小さな飛行物体の 3D 追跡が技術的に困難であり、科学者が飛行昆虫の 3D 飛行軌跡と方向を正確に測定することがほぼ不可能になっていることです。

新たな研究では、国際的な研究チームが、ロンドン大学インペリアル・カレッジの研究室とコスタリカの2か所の現地で、人工照明の周囲を飛ぶ10種類の昆虫の飛行経路と姿勢を高解像度で撮影した。研究者たちは、昆虫は遠くからの光に引き寄せられるのではなく、人工光源に近づくと捕らえられることを発見した。この発見は既存の理論のいずれとも一致しません。

研究者たちは昆虫が光源に背を向けていることも観察した。昆虫の飛行進化の長い歴史を通じて、昆虫の視野の中で最も明るい部分は常に空であり、昆虫にとってどの方向が「上」であるかを知るための強力なガイドとなってきました。これは夜間でも同様であり、特に波長が短い領域（450 ナノメートル未満）では顕著です。ほとんどの飛翔昆虫は、何らかの形の背側光反応、つまり、常に背側を最も明るい視覚領域に保つ行動を示します。自然光の下では、適切な飛行姿勢と制御を維持するのに役立ちます。しかし、人工光に向かって飛ぶと、この反応により光源の周りを繰り返し飛び回り、光源の近くに閉じ込められてしまいます。

研究者らはまた、3つの奇妙な行動を観察した。それは、周回飛行（光の周りを一定の円を描くように飛行する）、失速（急な上昇から徐々に速度を落とし、ついには動かなくなる）、反転（昆虫がひっくり返って墜落する）である。

人工光から背を向けた飛行昆虫の 3 つの異なる方向転換行動。 (写真/ジェイミー・セオバルド、CC BY-ND)

昆虫は光源の下に来ると、しばしば上向きに弓なりになり、光源の上に来ると再び逆さまになります。昆虫は、持続的な飛行が不可能になったり、墜落したりしてしまうような状況でも、背中側を光源に向けていた。

昆虫が光の真上を飛ぶと、ひっくり返って再び光に背を向け、突然落ちてしまうことがよくあります。

研究室に戻ると、研究者たちは5種の昆虫に位置タグを取り付けた。彼らはモーションカメラを使用して、UV LED 電球、UV-青色光チューブ、クールホワイト LED 電球の周囲での行動を撮影しました。研究者たちは、これらの人工光が昆虫の方向転換能力に著しい変化をもたらし、昆虫が光のほうに背中を傾けようとすることを発見した。

その後、研究者らはコンピューターモデリングを使用してこれらの行動を分析し、この傾きが、光源の近くで観察されているような不規則な飛行経路を昆虫が作るのを引き起こすのに十分であることを発見した。研究者らは、これが飛翔昆虫が人工光の下で集まる理由を説明する最も妥当なモデルだと述べている。

バックライトを使用する理由<br /> 最も古く、最も多様な飛翔動物のグループである昆虫が、なぜいまだに自らを危険にさらす反応に頼っているのでしょうか?

研究者たちは、これは彼らの体が小さいことに関係している可能性があると考えている。昆虫には小さな感覚器官しかありません。高速で飛行しているとき、加速度によって下方向がわかるというのは非常にわかりにくいことです。だから彼らは明るい空を願うことしかできない。

近代的な照明が登場する前は、昼夜を問わず空は一般的に地面よりも明るかったため、昆虫にとってはかなり信頼できる基準となっていました。人工光の存在は昆虫のこの能力を破壊し、昆虫が光源の周りを飛び回るようになります。

夜間の光害

今日では、人工照明が広く使用されるようになり、多くの地域では真の暗闇はなくなりました。この研究は、私たちが夜間に発する光を再検討するきっかけとなります。こうした夜間の光源は、一種の公害となっている。影響を受ける生物は昆虫だけではありません。他の動物、植物、そして人間の概日リズムや生理学的プロセスも乱れています。しかし、人工照明の周りに閉じ込められた昆虫は最も大きな影響を受けているようだ。昆虫は餌を得ることができず、捕食者に簡単に発見され、疲れやすく、夜明け前に多くの昆虫が死んでしまいます。

理論的には、光害は簡単に解決できる問題です。スイッチを切り替えるだけで、屋外照明の明るさと点灯時間を必要最小限に制限し、夜間の生態系の問題を大幅に改善することができます。

論文リンク:
https://www.nature.com/articles/s41467-024-44785-3

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

著者名: Li Zhaoying

レビュー: 趙旭茂

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司