Uçan böceklerin yapay ışığa toplanmasının nedeni
(nature.com)- Uçan böcekler ışığa doğru düz gitmektense, ışığı sırt taraflarında tutmaya çalışan duruş kontrol tepkisi nedeniyle ışığın çevresinde döner ya da stol ve ters dönme uçuşuna girer
- Laboratuvarda yüksek çözünürlüklü hareket yakalama ve sahada stereo videografi ile yapay ışık çevresindeki böceklerin 3B uçuş yörüngeleri ve vücut yönelimleri yeniden oluşturuldu
- 477 saha stereo videosu ve 538 laboratuvar yörüngesinde, böceklerin hız vektörü ışık yönüne diktir ve sırt ekseni ışığa doğru güçlü biçimde eğilmiştir
- Doğada gökyüzü en parlak bölge olduğundan dorsal-light-response uçuş duruşunu korumada işe yarar; ancak yakın noktasal ışık kaynakları bu sinyali bozar
- Gökyüzü gibi dağınık aydınlatmada normal uçuş geri gelir; korumasız ve yukarı yönlü aydınlatmayı, ayrıca zemin yansımalarını azaltmak gece böcek zararını hafifletmeye yardımcı olabilir
Eski hipotezlerle yeni gözlemler arasındaki fark
- Gece böceklerinin ışık çevresinde düzensiz uçmasının nedeni için uzun zamandır çeşitli açıklamalar vardı
- Işığı bir kaçış yolu gibi görüp ona yöneldiklerini söyleyen escape response
- Ayı referans alarak yön bulurken yapay ışığı yanlış referans seçtiklerini öne süren celestial compass karışıklığı
- Isı radyasyonuna çekildikleri açıklaması
- Güçlü ışığın gözlerini kamaştırıp uçuşlarını bozduğu açıklaması
- Küçük böcekleri karanlık ortamda 3B olarak takip etmek zor olduğundan, her hipotezi sıkı biçimde sınayacak kinematik veri eksikti
- Gözlemler, böceklerin yapay ışığa “çekilip” dümdüz uçmasından ziyade, yakın ışığın uçuş duruş kontrol sinyalini bozduğu yorumuyla daha iyi örtüşüyor
Temel mekanizma: sırt tarafını aydınlık bölgeye çevirme tepkisi
- Uçan böceklerin çoğu, sırt taraflarını görüş alanındaki en parlak bölgeye çevirmeye çalışan dorsal-light-response (DLR) gösterir
- Doğal ortamda görüş alanının en parlak kısmı çoğunlukla gökyüzü olduğundan, bu tepki böceğin “yukarı” yönünü kestirmesine ve vücudunun uçuş duruşunu korumasına yardımcı olur
- Yakın yapay noktasal ışık kaynakları, gökyüzünden daha güçlü yerel parlak sinyal oluşturarak böceğin gerçek yerçekimi yönünden farklı bir yönü “yukarı” sanmasına yol açar
- Sonuçta böcekler sırtlarını ışığa doğru yatırır; yön değiştirmek için gövde eğimine dayanan uçuş dinamiği yüzünden de ışığın çevresinde döner, yükselirken stol olur ya da ters dönüp düşer
Sahada ve laboratuvarda görülen uçuş kalıpları
- Sahada 477 stereo video kaydıyla yapay ışık çevresinde 10 takımdan böceklerin uçuşu analiz edildi
- Anormal uçuş motifleri üç gruba ayrıldı
- Orbiting: Işığın çevresinde görece kararlı dairesel rota izleme; düşük rüzgâr koşullarında daha belirgin
- Stalling: Işıktan uzaklaşan yöne bakarken dik şekilde yükselip hız kaybetme
- Inversion: Işığın hemen üzerinden geçerken vücut duruşunun ters dönmesi ve ani alçalma
- Karanlık koşullardaki videolarda bu motifler nadirdi; bu yüzden yapay ışık çevresine özgü anormal davranış olarak sınıflandırıldı
- Laboratuvarda böceklerin göğüs kısmına vücut ağırlığının %5’inden hafif işaretleyici çerçeveler takıldı ve kızılötesi hareket yakalama ile sırt ekseni ile konum ölçüldü
- Denekler arasında Common Darter, Migrant Hawker, Yellow Underwing Moth ve Lorquin’s Atlas Moth vardı; dört türde toplam 538 sürekli uçuş yörüngesi kaydedildi
Böcekler ışığa doğru düz uçmadı
- Noktasal ışık kaynağı çevresinde dört türün yatay hız vektörleri, ışık yönüne dik olan yönde güçlü biçimde kümelendi
- Bu, böceklerin doğrudan ışığa uçtuğu açıklamasıyla uyuşmuyor
- Common Darter, dağınık geniş spektrumlu tavan aydınlatmasında ya da tam karanlıkta aynı yörünge uçuş kalıbını göstermedi; yörünge uçuşu UV noktasal ışık koşulunda ortaya çıktı
- İşaretleyici verileri, böceklerin uçuş sırasında sırt eksenini ışığa doğru eğdiğini nicel olarak gösterdi
- Sırt ekseni ile ışık yönü hizalanma indeksi S. striolatum için 0.84, A. mixta için 0.79, Noctua sp. için 0.82, A. lorquinii için 0.82 idi
- Aynı indeks karanlıktaki S. striolatum için 0.17 ile düşüktü
- Noktasal ışık yakınında tüm türlerin gövde eğimi dağılımı, kontrol koşullarına kıyasla daha büyük bank açılarına kaydı
Gökyüzü gibi dağınık ışıkta normal uçuş geri dönüyor
- Zemine beyaz bez serilip UV ışık aşağı doğru verildiğinde, böcekler ters dönüyor ya da havada yuvarlanıp zemine çarpıyordu
- Aynı UV kaynağı üstteki beyaz beze yöneltilip dağınık bir canopy gibi oluşturulduğunda, böcekler ışık çevresinde toplanmadı ya da ampule doğru yükselmedi; bez altındaki koridorda farklı rotalarda uçtu
- Küçük böcek deneylerinde de UV dağınık ışığı yukarıdan geldiğinde hızlı ama kararlı yükseliş uçuşu görüldü; UV ışığı alttan geldiğinde ise Drosophila sp. dışındaki deney sınıfları kalkıştan hemen sonra yatıp ters döndü ve zemine çarptı
- Nicel analizde de noktasal ışık çevresindeki yörüngeler, dağınık canopy altındakilere göre daha kıvrımlıydı
- Toplam yol kıvrımlılığı medyanı noktasal ışıkta 3.21, dağınık canopy altında 1.21 idi
- Noktasal ışık koşulunda ışık yönünde dönme yanlılığı vardı; dağınık canopy koşulunda bu yanlılık kayboldu
Simülasyonlar ve rakip hipotezlerin sınanması
- Ajan tabanlı simülasyon, böcek gövde eksenine göre sabit ivme vektörü ile sırt tarafını ışığa eğmeye çalışan bir kontrol hedefi kullandı
- Aynı parametre kombinasyonunda bile başlangıç konumu değiştiğinde yörünge uçuşu, stol ve ters dönme şeklindeki üç gözlenen motif yeniden üretildi
- 300 adet 5 saniyelik rastgele parametreli simülasyonda, sırt eğimi modeli çoğunlukla ışıktan çıkamayan yörüngeler oluşturdu; sırt eğimi kaldırıldığında ise ışıktan uzaklaşan saçılma görüldü
- Işığı rastgele bir özmerkezli konumda sabitlemeye çalışan göksel pusula karışıklığı modeli, gerçek böceklerde görülen tutarlı dik yörüngelerle iyi uyuşmadı
- İki UV noktasal ışığın sırayla açıldığı deneyde de böcekler yeni ışığa geçip dönerken dönüş yönünü kolayca değiştirdi; bu da ışığı vücudun aynı sağ-sol konumunda tutmaları gerektiğini söyleyen pusula açıklamasıyla çelişti
İstisnalar ve sınırlamalar
- Laboratuvar koşullarında 3 Oleander Hawkmoth (Daphnis nerii) bireyi, 71 kayıtlı yörüngede ışığa yönelim davranışı göstermedi
- D. nerii, yukarı yöneltilmiş UV ve beyaz LED ampulün üzerinden geçse de ters dönmedi ya da yörünge uçuşuna girmedi; sırt eğimi indeksi de 0.24 ile düşüktü
- Yabani Vinegar Fly (Drosophila spp.) de UV veya beyaz LED ışık kaynağının üstünde ve altında uçuştaki belirgin fark göstermedi
- Bu istisnalar, davranışta dalga boyuna özgülük ve türler arası farklar olduğunu gösteriyor
- Böceklerin uzak mesafeden ışığa nasıl ulaştığı doğrudan test edilmedi; uzun menzilli yaklaşımda başka mekanizmalar rol oynayabilir
Pratik sonuçlar ve açık veri
- Bulgular, yerel ölçekte ışığın böcek çekmesinin bir yön bulma sorunu değil, böceklerin duruş kontrolünün bozulmasından kaynaklandığı yorumuyla uyumlu
- Gece gökyüzü parlaklığı yapay ışıkla rekabet etmekte zorlandığından, parlak noktasal kaynaklar, yukarı yönlü aydınlatma, korumasız aydınlatma ve zemin yansımaları böcek uçuşunu bozabilir
- Gereksiz korumasız aydınlatmayı, yukarı yönlü ışığı ve zemin yansımalarını azaltmak gece uçan böcekler üzerindeki etkiyi hafifletebilir
- Gelecekte DLR’nin hangi görsel bileşenlerinin hangi dalga boylarına tepki verdiği analiz edilirse, gece böceklerini daha az şaşırtan yapay aydınlatma değişiklikleri daha iyi ayırt edilebilir
- Ham stereo videolar, işlenmiş yörüngeler, 6 serbestlik dereceli laboratuvar hareket yakalama yörüngeleri, simülasyon kodu ve veri işleme betikleri Figshare üzerinde açıklandı: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24771978
1 yorum
Hacker News yorumları
Işık yakınındaki böcek sürüsünün önünde anahtar sallamak epey eğlenceli
Anahtarlar çoğu zaman ultrasonik bantta titreşip yarasaların kullandığı frekansları beceriksizce taklit ediyor; yakınlarda avlanan bir yarasa olan böcekler de genellikle hemen yere düşüyor
Avlanan yarasanın sesini tanıyıp, anahtar sesini ona yeterince yakın buldukları için kovalandıklarını sanıyor ve yerçekimi yönüne doğru kaçıyorlar gibi bir tahmin
Bir çorabın içine birkaç anahtar koyup havaya atarsanız, yakındaki bir yarasanın nesneye doğru pike yapıp onu yakaladığı, anahtarlar fazla ağır olduğu için de yere sürüklendiği söyleniyor
Hızlı davranırsanız orada yakalayabilirsiniz deniyor; şehir efsanesi olabilir ama gerçekten işe yarayabilecek gibi de görünüyor
“Parazit yayını duyuluyor” der gibi, evrim yoluyla yarasa radarını bozan elektronik harp tarzı karşı önlemler geliştirdikleri anlatılıyor
https://steveblank.com/2009/03/23/if-i-told-you-i%e2%80%99d-...
https://youtube.com/watch?v=OmG0OT6MWC8
Yazın bir sineğin odaya girip genellikle kapalı olan aydınlatma armatürünün bulunduğu orta kısımda dönüp durduğu, açık pencereyi bulamadığı ya da çıkmak istemediği garip bir olaya tanık olmuştum
Oda aydınlatmasını tesadüfen 20 adet E27 Philips LED ampulden oluşan, toplamda 200 W’ı aşan parlak bir düzeneğe çevirdim; gündüz odanın ortasında toplanıp dönen sinekler ışığı açınca birkaç saniye içinde dağıldı ve birden dairesel uçuşu bıraktı
Isıdan ya da göz kamaşmasından kaçmış gibi değillerdi; pencere yönünden gelen tek ışık yerine daha fazla ve daha dağınık ışık oluşunca sineklerin navigasyon yeteneği geri gelmiş gibiydi
Başlarının iki yanındaki bileşik gözlerde görünen özellik noktalarının hareket hızına bakarak nesneye olan mesafeyi değerlendiriyorlar; görüşleri bulanık olduğu için özelliklerin oldukça büyük ya da yüksek kontrastlı olması gerekiyor
Loş, beyaz duvarlı bir oda sineğe neredeyse özelliksiz bir alan gibi görünüyor olabilir; duvara yeterince yaklaşana kadar daire çizerek uçmaya devam edebilir
Kapalı bir aydınlatma armatürü gibi sabit kontrastlı bir nesneyi referans noktası alıyor, ışık açılınca odada daha önce görünmeyen nesneler daha kontrastlı göründüğü için etrafta dolaşmak ya da konmak kolaylaşıyor gibi
İç mekânda pencereyi ana ışık kaynağı olarak görüp onu gökyüzü sanarak daire çizmeye başlayabilirler
Başka böcekler de benzer davranışlar sergileyebilir
Dolayısıyla Güneş gibi parlak ve geniş bir ışık kaynağını taklit ederseniz daha az şaşırabilirler; böcek dostu denilen kırmızı spektrumlu aydınlatma da satın alınabilir
500 W E38 mogul armatürleri duymuştum ama 20 küçük duyulu olanını duymadım
O halde makalenin, “böcekler Ay’ı gökyüzünde pusula ipucu olarak kullanırken yapay ışık kaynaklarını yanlış kullanıyor” şeklindeki yaygın algıyı doğrulayıp doğrulamadığını merak ediyorum
Bu yüzden böceklerin özellikle yalnızca Ay’ı navigasyon aracı olarak kullanacak şekilde evrimleşmiş olması düşük bir ihtimal gibi görünüyor
Makale, geceleri de gökyüzünün zeminden genel olarak daha parlak olmasının referans olduğunu söylüyor; böcekler üst yüzlerini yayılmış parlak bölgeye yöneltirken alt yüzlerini zemine paralel tutuyor gibi
Makalede hem açık alanda hem laboratuvarda böceklerin doğrudan ışığa yöneldiği durumların nadir olduğu, tutarlı biçimde ışık kaynağına dik yönde uçtukları söylenerek bunun bir kaçış tepkisi olduğu yönündeki temel varsayım çürütülüyor
Ayrıca ilerleme yönünü korumak için ışık kaynağını görüş alanında sabit bir konumda tutmak gerekir; ışık kaynağının konumunu değiştiren deneylerde böceklerin ışık kaynağını vücutlarının iki yanından herhangi birinde kolayca tutabildiği belirtiliyor
Ay’ı navigasyonda kullansalar bile doğrudan Ay’a doğru uçmaları beklenmez; yapay ışık kaynağına doğrudan uçtukları olgusunun neden bu teoriye dayanak sayıldığını anlamak zor
Böceklerin normalde Ay’ı bir yanlarında tutarak düz uçtuğunu, ancak yapay aydınlatma yüzünden bu referansın bozulup ışık kaynağının etrafında sarmal çizerek döndüğünü düşünürdüm
Araştırmada gösterilen davranış tam da buna benziyor
Makale, böceklerin yatay düzlemde kendilerini hizalamak için Ay, yıldızlar, Güneş, yapay ışık kaynağı gibi gerçek ışıkları kullandığını, ama bunun başlı başına navigasyon olmadığını gösteriyor
Hizalanmada bir eğim oluşursa ışığın etrafında dairesel uçarlar; bu eğim uçuş mekanizmasının kendisini de verimsizleştirerek ışık kaynağıyla olan uzamsal ilişkinin hızla değişmesine ve yön kararlılığının sarsılmasına yol açar
Isı, soğuk, feromon, koku, görme, ses vb. gerçek navigasyon motivasyonu ne olursa olsun bu uzamsal ilişki istikrarsızlığından etkilenir
Sırt taraflarını ışığa yöneltmeleri ilginç
Bu yüzden YouTube’da rastgele gördüğüm, ışığın etrafında dönen güve videosu da daha anlaşılır oldu
[1]: https://www.youtube.com/watch?v=OhNpOsTUqzA
Harika bir araştırma.
7 yaşında bir çocuk bana bir kez böyle bir soru sormuştu ve yanıtı hiç bilmiyordum.
Doğru okuduysam, böcekler ışığa doğru uçmuyor; vücutlarının üst yüzeyini ışığa çeviriyorlar. Doğal ışıkta bu, normal uçuş duruşunu ve kontrolünü korumaya yardımcı oluyor; ancak yapay aydınlatma altında ışık kaynağının etrafında sürekli dönmelerine yol açıyor gibi görünüyor.
Işığın olduğu tarafı yukarı varsaydıkları düşünülünce mantıklı.
Onun dışında doğru.
Home Depot’un bahçe bölümünde sodyum lambaları etrafındaki devasa örümcek ağlarını ve semirmiş örümcekleri görmek her zaman eğlenceli.
Böyle bir etki yaratmak için kendi biyolüminesansını üretmenin gerektireceği kalori, bu yöntemle avlanarak elde edilebilecek kaloriden daha fazla olur gibi geliyor.
Ama biri avlanmak için bedava enerji sağlıyorsa iş değişir.
Biyolüminesan bir örümcek kuşlar veya yarasalar için kolay hedef olurdu; ama lambanın yanındaki örümcek için yırtıcılar henüz uyum sağlamadığı için risk daha düşük.
Ya da eskiden örümcek ağları her yerde devasa ve kârlıydı; dünya genelinde böcekler azalınca artık yalnızca aydınlatma çevresinde bu kadar kârlı hale gelmiş olabilirler.
Evrim tarihinin büyük bölümünde geceleri böyle ışık kaynakları yoktu; belki arka plandaki ayı kullanıyorlardı.
Ama biyolüminesans gibi doğal olarak mümkün bir özellik büyük ve anlamlı bir evrimsel avantaj sağlıyorsa, türün mutlaka o yönde evrimleşeceğini varsayabilir miyiz, merak ediyorum.
Öyleyse neden şimdiye kadar tek zeki varlık biziz; bizimle 7 milyon yıl önce ortak atayı paylaşan şempanzeler neden zekâyı evrimleştirmedi, bu da soru işareti.
Lake-of-the-Woods’ta bir kampta çalışırken gerçek dışı denecek kadardı; birkaç yastığı dolduracak kadar örümcek ağı olduğuna eminim.
Rengin etkisini merak ediyorum.
Yazıda “geceleri de özellikle kısa dalga boylarında (<450 nm) böyle” deniyor; bu yüzden biraz ayrı bir konu.
İnsanların görebildiği, ama böcekler üzerindeki etkisini en aza indiren bir aydınlatma rengi yok mu diye hep merak etmişimdir.
Örneğin şehirlerde yalnızca kırmızı aydınlatma kullanmak yardımcı olur mu?
Etkili olup olmadığını hatırlamıyorum ve uzun zamandır görmedim.
https://www.lightbulbs.com/blog/how-do-bug-lights-work
Vietnam’da çocukken sevdiğim bir etkinliği hatırlattı: öğleden sonra geç saatlerde dev su böceği yakalamak.
Muhtemelen https://en.wikipedia.org/wiki/Lethocerus_indicus idi, ama yanılıyor olabilirim.
1980’lerde Vietnam çok geri kalmıştı; sokak lambası pek yoktu ve genel olarak karanlıktı.
Evimiz yeni yapılmış bir yolun hemen yanındaydı; sonradan otoyola dönüşen bu yol, parlak sokak lambaları olan az sayıdaki yollardan biriydi.
Yeni sokak lambalarının parlaklığı yalnızca çocukları değil, yolun karşısındaki pirinç tarlasından dev su böceklerini de çekiyordu; bir gün bu böceğin yenebildiğini duyunca aynı bloktaki çocuklarla onları şişelere koyup eve götürmeye başladık.
Mutfak kapısının dışındaki güvenin çıplak ampule tamamen kapılıp daireler çizerek uçması ve dış iskeletli kafasını ona çarpması aklıma geliyor.
Ormanda ay ışığıyla gayet iyi yön buluyorlar, ama ampulün yakınına geldiklerinde mahvoluyorlar.
Sadece evrimleşmeye çalıştığını söyleyen şarkı sözü bu araştırmaya iyi uyuyor gibi.
Biraz okuyunca oldukça mantıklı geldi.
Araştırınca, böceklerin insanlardaki gibi yerçekimi ve hızı algılayan karmaşık kulaklara ya da iç kulağa genellikle sahip olmadığını; bizim bu duyuları iç kulak ve tüm vücuttaki deri basıncı üzerinden ediniyor gibi olduğumuzu gördüm.
Böcekler yüzeydeki temas ve basıncı algılayabiliyor, ama uçuş sırasında bunu kullanmak zor olduğu için yönlerini belirlemek için başka bir yola ihtiyaç duymaları mantıklı.
Gözler zaten bu işi yapıyorken başka bir organ ya da duyu geliştirmeleri için bir neden yoktu.
İnsanlar ateşi keşfedip işi bozuncaya kadar tabii.