研究人员报告称,飞蛾能够平静地悬停,是因为它们的触角就像微小的陀螺仪。他们切断昆虫的触角,再用强力胶粘回去,然后让昆虫飞行。在第二项研究中,另一个团队制造了一个小型机器人直升机,以测试昆虫飞行的理论。该机器人重现了昆虫的行为,例如在逆风中向下倾斜,以及在单调地形上坠毁,这可能解释了蜜蜂在掠过平静如镜的水面时溺水的报告。
为了悬停而不坠毁,昆虫必须能够补偿由例如侧风或翅膀拍打失误引起的漂移。研究人员认为,在白天,像蜻蜓这样视力敏锐的昆虫通过观察周围环境的线索来保持稳定的飞行姿势。但是,在阴影中或夜间,视觉可能不可靠,导致苍蝇等其他昆虫更多地依赖飞行期间感受到的微小力量。
现在将飞蛾添加到该列表中。华盛顿大学的研究员桑杰·萨恩及其同事使用三台高速摄像机,观察到一只天蛾在花朵上盘旋时,微小而重复的力量震动着它的触角。这些力量的时间——每次翅膀拍打两次——表明它们等同于支撑陀螺仪或导致摆动摆锤在地球自转下扭曲的力量。飞蛾的翅膀拍打震动了它的触角,而触角反过来抵抗昆虫头部的任何运动。
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研究人员发现,飞蛾触角底部的运动敏感细胞正在接收这些力量,并可能将其转发到大脑的飞行控制电路,利用陀螺力将其自身的运动与周围环境区分开来,并进行空中航向修正。
为了证实这个想法,他们将飞蛾的触角在基部上方剪断。突然,昆虫开始撞到墙壁上 [在此处观看视频]。但是,当研究人员用强力胶重新连接触角时,它失去的大部分稳定性得到了恢复 [比较 重新连接后的飞行 与 正常飞行]。萨恩说:“我们没有意识到会如此戏剧化。我们认为这会更微妙。”
加州大学洛杉矶分校的昆虫生理学家马克·弗莱说,在线期刊《科学》于 2 月 8 日报道的这项结果表明,苍蝇、飞蛾以及可能还有其他昆虫都趋同于相同的漂移解决方案。
昆虫飞行的另一个原理认为,向前飞行的蜜蜂和其他飞行者从下方地面的运动中获得方向感。从昆虫的角度来看,地面上的一个点似乎会快速掠过(因为是昆虫在移动),其角速度由昆虫的地面速度与其高度之比决定。(这就像从飞机上看到的景象:离地面越近,地面看起来掠过的速度就越快。)
为了研究这个想法,法国国家科学研究中心 (CNRS) 和马赛地中海大学的研究人员制造了一个小型 100 克重的直升机,它有一个 30 厘米宽的旋翼,并将其拴在一个杆子上 [参见上方图片]。一个向下指向的摄像机记录了飞行器的角速度,并调整其高度以保持该速度恒定。因此,例如,如果直升机接近地面,它会记录到更快的角速度并上升以减速。
科学家们在 2 月 8 日在线发表的《当代生物学》论文中报告说,他们重现了昆虫飞行的几个特征:直升机在初始推力使其向前倾斜后从地面上升;在强风中下降并在着陆时沿着对角线飞行;当研究人员移除了地面上任何对比度的迹象时,它坠毁了。尽管报告存在冲突,但蜜蜂有时在飞过平静的水面时可能会坠毁,原因相同:由于没有地面作为线索,它们的表观速度为零,因此它们会下降以获得速度。(萨恩指出,飞蛾也会“坠毁”以饮水。)
弗莱说:“我从未听说过蜜蜂下降并撞到镜面般光滑的水中,但我不会感到惊讶”,因为实验表明蜜蜂似乎确实通过监测表观运动来飞行。他说,作者们采用了一个昆虫飞行的拟议规则,“然后将其纳入一个稳定飞行机器人的控制方案中——而且它奏效了。这真是太酷了。”