- Insetos voadores não seguem em linha reta para a luz; em vez disso, entram em órbitas ao redor dela ou em voos com perda de sustentação e capotamento por causa de uma resposta de controle de postura que tenta manter a luz no dorso
- Com captura de movimento de alta resolução em laboratório e videografia estereoscópica em campo, foram reconstruídas as trajetórias de voo em 3D e a orientação corporal de insetos ao redor de luz artificial
- Em 477 vídeos estereoscópicos de campo e 538 trajetórias de laboratório, o vetor de velocidade dos insetos era ortogonal à direção da luz, enquanto o eixo dorsal se inclinava fortemente em direção à luz
- Na natureza, o céu é a região mais brilhante, então a dorsal-light-response ajuda a manter a postura de voo; porém, uma fonte pontual próxima distorce esse sinal
- Com iluminação difusa, como a do céu, o voo normal foi restaurado; reduzir iluminação sem proteção, iluminação voltada para cima e reflexos no solo pode ajudar a mitigar danos a insetos noturnos
Diferença entre hipóteses antigas e novas observações
- Há muito tempo existem várias explicações para o motivo de insetos noturnos voarem de forma irregular ao redor de luzes
- a escape response, em que a luz seria percebida como uma rota de fuga e os insetos voariam em sua direção
- a confusão do celestial compass, em que usam a Lua para navegação e passam a tomar a luz artificial como referência
- a explicação de que seriam atraídos por radiação térmica
- a explicação de que a luz forte os ofuscaria e desorganizaria o voo
- Como era difícil rastrear pequenos insetos em 3D em ambientes escuros, faltavam dados cinemáticos para testar rigorosamente cada hipótese
- Os resultados observados se encaixam melhor na interpretação de que os insetos não são “atraídos” e voam em linha reta para a luz, mas que uma luz próxima distorce os sinais usados no controle da postura de voo
Mecanismo central: virar o dorso para a região mais clara
- A maioria dos insetos voadores apresenta a dorsal-light-response (DLR), que orienta o dorso para a região mais brilhante do campo visual
- No ambiente natural, a parte mais brilhante do campo de visão costuma ser o céu, então essa resposta ajuda o inseto a estimar o “alto” e manter a postura corporal durante o voo
- Uma fonte artificial pontual próxima se torna um sinal de brilho localmente mais forte do que o céu, fazendo o inseto tratar como “alto” uma direção diferente da gravidade real
- Como resultado, o inseto inclina o dorso na direção da luz e, devido à dinâmica de voo em que a inclinação do corpo altera a direção, passa a orbitar a luz ou sofre perda de sustentação ao subir, ou ainda capota e cai
Padrões de voo observados em campo e laboratório
- Em campo, foram analisados os voos de insetos de 10 ordens ao redor de luz artificial com 477 registros em vídeo estereoscópico
- Os motivos de voo anormal foram divididos em três tipos
- Orbiting: gira ao redor da luz em uma trajetória circular relativamente estável, mais evidente com vento fraco
- Stalling: sobe acentuadamente enquanto está orientado para longe da luz, até perder velocidade
- Inversion: ao passar logo acima da luz, a postura corporal se inverte e o inseto entra em mergulho
- Em vídeos gravados em condições escuras, esses padrões eram raros, por isso foram classificados como comportamentos anormais associados à luz artificial
- No laboratório, foi fixada no tórax dos insetos uma estrutura com marcadores pesando menos de 5% do peso corporal, e a captura de movimento por infravermelho mediu o eixo dorsal e a posição
- Os animais testados incluíram Common Darter, Migrant Hawker, Yellow Underwing Moth e Lorquin’s Atlas Moth, com um total de 538 trajetórias contínuas registradas nas quatro espécies
Os insetos não voavam em linha reta para a luz
- Ao redor de uma fonte pontual, os vetores horizontais de velocidade das quatro espécies se concentravam fortemente em uma direção ortogonal à direção da luz
- Isso não é compatível com a explicação de que os insetos voam diretamente em direção à luz
- O Common Darter não mostrou o mesmo padrão de voo orbital sob uma iluminação de teto difusa de amplo espectro nem em escuridão total; o voo orbital apareceu sob condição de fonte pontual UV
- Os dados dos marcadores mostraram quantitativamente que os insetos inclinavam o eixo dorsal em direção à luz durante o voo
- o índice de alinhamento entre eixo dorsal e direção da luz foi de 0.84 em S. striolatum, 0.79 em A. mixta, 0.82 em Noctua sp. e 0.82 em A. lorquinii
- o mesmo índice foi baixo, 0.17, em S. striolatum no escuro
- Perto da fonte pontual, a distribuição de inclinação corporal de todas as espécies se deslocou para ângulos de bank maiores em comparação com as condições de controle
Sob luz difusa, como a do céu, o voo normal se recupera
- Em uma configuração com pano branco no chão e luz UV projetada para baixo, os insetos capotavam ou rolavam no ar e colidiam com o solo
- Quando a mesma fonte UV era projetada sobre um pano branco acima, criando algo como uma cobertura difusa, os insetos não se acumulavam ao redor da luz nem subiam em direção à lâmpada, mas voavam por diversos trajetos no corredor sob o pano
- Em experimentos com insetos pequenos, quando a luz UV difusa vinha de cima surgia um voo ascendente rápido porém estável; quando a UV vinha de baixo, os grupos testados, com exceção de Drosophila sp., inclinavam-se ou capotavam logo após a decolagem e colidiam com o chão
- A análise quantitativa também mostrou que as trajetórias ao redor da fonte pontual eram mais sinuosas do que sob a cobertura difusa
- a mediana da tortuosidade total da trajetória foi 3.21 com fonte pontual e 1.21 sob cobertura difusa
- na condição de fonte pontual havia viés de rotação em direção à luz, e esse viés desaparecia sob a cobertura difusa
Simulação e teste de hipóteses concorrentes
- A simulação baseada em agentes usou um vetor de aceleração fixo em relação ao eixo corporal do inseto e uma meta de controle que inclina o dorso em direção à luz
- Mesmo com a mesma combinação de parâmetros, mudar a posição inicial reproduzia os três padrões observados: voo orbital, perda de sustentação e inversão
- Em 300 simulações aleatórias de 5 segundos, o modelo de inclinação dorsal gerou principalmente trajetórias incapazes de se afastar da luz; ao remover a inclinação dorsal, surgia dispersão para longe da luz
- O modelo de confusão de bússola celeste, que tenta manter a luz em uma posição egocêntrica arbitrária fixa, não se ajustou bem às trajetórias ortogonais consistentes observadas nos insetos reais
- Em experimentos com duas fontes pontuais UV acesas alternadamente, os insetos mudavam facilmente o sentido de rotação ao passar a orbitar a nova luz, o que não combina com a explicação de bússola que exigiria manter a luz na mesma posição lateral do corpo
Exceções e limitações
- Em laboratório, 3 indivíduos de Oleander Hawkmoth (Daphnis nerii) não mostraram comportamento orientado à luz em 71 trajetórias registradas
- D. nerii não capotou nem entrou em voo orbital ao passar sobre lâmpadas UV e LED branco voltadas para cima, e seu índice de inclinação dorsal também foi baixo, 0.24
- Moscas-do-vinagre selvagens (Drosophila spp.) também não mostraram diferença clara entre voos acima e abaixo de fontes UV ou LED branco
- Essas exceções mostram que esse comportamento tem especificidade por comprimento de onda e diferenças entre espécies
- O processo pelo qual insetos chegam à luz a longas distâncias não foi testado diretamente, e outros mecanismos podem participar dessa aproximação de longa distância
Implicações práticas e dados abertos
- Os resultados sustentam a interpretação de que a captura de insetos pela luz em escala local não decorre de um problema de navegação, mas de uma perturbação no controle de postura
- À noite, a luz do céu tem dificuldade para competir com a iluminação artificial, então fontes pontuais brilhantes, iluminação voltada para cima, iluminação sem proteção e reflexos no solo podem perturbar o voo dos insetos
- Reduzir iluminação desnecessária sem proteção, iluminação voltada para cima e reflexos no solo pode mitigar o impacto sobre insetos voadores noturnos
- No futuro, analisar a quais comprimentos de onda respondem os componentes visuais da DLR pode ajudar a separar melhor formas de modificar a iluminação artificial para confundir menos os insetos noturnos
- Os vídeos estereoscópicos brutos, trajetórias processadas, trajetórias laboratoriais de captura de movimento com 6 graus de liberdade, código de simulação e scripts de processamento de dados estão disponíveis no Figshare: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24771978
1 comentários
Opiniões no Hacker News
É bem divertido balançar chaves diante de um enxame de insetos perto de uma luz
As chaves muitas vezes ressoam na faixa ultrassônica, imitando de forma meio tosca as frequências usadas por morcegos, e os insetos que têm morcegos caçando por perto normalmente caem direto no chão
A hipótese é que eles reconhecem o som de um morcego caçando, o som das chaves fica próximo o bastante disso para eles acharem que estão sendo perseguidos, e então fogem na direção da gravidade
A história é que, se você colocar várias chaves dentro de uma meia e jogar para o alto, um morcego próximo mergulha em direção ao objeto, agarra-o, e as chaves, por serem pesadas demais, o arrastam até o chão
Dizem que, se você for rápido, consegue pegá-lo ali; pode ser uma lenda urbana, mas também parece algo que poderia funcionar de verdade
É a ideia de que, em termos de “estou ouvindo interferência”, elas evoluíram contramedidas ao estilo guerra eletrônica para atrapalhar o radar dos morcegos
https://steveblank.com/2009/03/23/if-i-told-you-i%e2%80%99d-...
https://youtube.com/watch?v=OmG0OT6MWC8
No verão, já vi um fenômeno estranho em que uma mosca entra no quarto, fica geralmente rodando em círculos no meio, onde há uma luminária apagada, e não encontra a janela aberta ou não quer sair
Por acaso troquei a iluminação do quarto para uma configuração forte, com 20 lâmpadas LED Philips E27, somando mais de 200 W, e as moscas que ficavam reunidas e rodando no meio do quarto durante o dia se dispersaram em poucos segundos quando acendi a luz, parando de repente o voo circular
Não pareceu que fugiram por calor ou ofuscamento; parecia que, ao surgir uma luz maior e mais distribuída, em vez de luz vindo só da direção da janela, a capacidade de navegação das moscas foi restaurada
Elas julgam a distância até objetos pela velocidade do movimento de pontos de referência vistos nos olhos compostos dos dois lados da cabeça; como a visão é embaçada, os pontos precisam ser relativamente grandes ou ter bastante contraste
Um quarto com paredes brancas e pouca luz deve parecer, para uma mosca, um espaço quase sem características, e ela pode continuar voando em círculos até chegar suficientemente perto da parede
Ela talvez use um objeto fixo de contraste, como uma luminária apagada, como ponto de referência; quando a luz é acesa, objetos no quarto que antes não eram visíveis passam a aparecer com mais contraste, facilitando circular pelo ambiente ou pousar
Em ambientes internos, elas podem ver a janela como a principal fonte de luz, confundi-la com o céu e começar a voar em círculos
Outros insetos podem ter comportamentos parecidos
Então, se você imitar uma fonte de luz ampla e brilhante como o Sol, talvez eles fiquem menos confusos; também dá para comprar iluminação de espectro vermelho, vendida como mais amigável aos insetos
Já ouvi falar de luminárias E38 mogul de 500 W, mas nunca de uma com 20 soquetes pequenos
Então fico me perguntando se o artigo confirmou a percepção comum de que “insetos usam a Lua como uma pista de bússola no céu e acabam usando fontes de luz artificiais por engano”
Por isso, parece improvável que os insetos tenham evoluído especificamente para usar apenas a Lua como meio de navegação
O artigo diz que o referencial é o fato de que, mesmo à noite, o céu é em geral mais claro que o solo, e os insetos parecem orientar a face dorsal para a região difusamente iluminada, mantendo a face ventral paralela ao chão
No artigo, tanto ao ar livre quanto no laboratório, os insetos raramente iam diretamente em direção à luz; eles voavam de forma consistente em uma direção ortogonal à fonte luminosa, o que refuta a premissa básica de que seria uma reação de fuga
Além disso, para manter a direção de deslocamento, seria preciso manter a fonte de luz em uma posição fixa no campo visual; nos experimentos em que mudavam a posição da fonte luminosa, os insetos aparentemente conseguiam mantê-la com facilidade em qualquer um dos lados do corpo
Usar a Lua para navegação não significaria voar diretamente em direção à Lua, então é difícil entender por que o fenômeno de voarem diretamente para uma fonte de luz artificial virou evidência para essa teoria
Eu sempre achei que os insetos normalmente voavam em linha reta mantendo a Lua de um lado, mas que a iluminação artificial distorcia esse referencial, fazendo-os girar em espiral ao redor da fonte de luz
O comportamento mostrado no estudo parece exatamente isso
O artigo mostra que os insetos usam luz real, como a da Lua, das estrelas, do Sol e de fontes artificiais, para se alinhar no plano horizontal, mas que isso em si não é navegação
Quando surge uma inclinação nesse alinhamento, eles voam em círculos ao redor da luz, e essa inclinação também torna o próprio mecanismo de voo ineficiente, fazendo a relação espacial com a fonte luminosa mudar rapidamente e abalando a estabilidade direcional
Qualquer que seja a motivação real de navegação — calor, frio, feromônios, odores, visão, som etc. — ela é afetada por essa instabilidade da relação espacial
O fato de eles orientarem o dorso para a luz é interessante
Por isso, também fica mais fácil entender um vídeo de uma mariposa circulando uma luz que vi aleatoriamente no YouTube
[1]: https://www.youtube.com/watch?v=OhNpOsTUqzA
É uma pesquisa muito bacana.
Uma criança de 7 anos já me fez essa pergunta, e eu não fazia a menor ideia da resposta.
Se entendi corretamente, os insetos não voam em direção à luz; eles viram a parte superior do corpo para o lado da luz. Na luz natural, isso ajuda a manter uma postura e um controle de voo normais, mas sob iluminação artificial parece fazer com que fiquem dando voltas ao redor da fonte de luz.
Faz sentido, já que eles assumem que o lado onde está a luz é “para cima”.
Fora isso, está certo.
É sempre divertido ver as teias enormes e as aranhas gordas ao redor das lâmpadas de sódio na seção de jardinagem da Home Depot.
Acho que as calorias necessárias para produzir bioluminescência própria para obter esse efeito seriam maiores do que as calorias que elas conseguiriam caçando dessa forma.
Mas, se alguém fornece energia gratuita para a caça, aí a história muda.
Aranhas bioluminescentes seriam alvos fáceis para aves ou morcegos, mas aranhas ao lado de lâmpadas correm menos risco porque os predadores ainda não se adaptaram.
Ou talvez, no passado, teias fossem enormes e lucrativas em toda parte, mas, com o declínio global dos insetos, agora só fiquem tão lucrativas perto da iluminação.
Durante a maior parte da história evolutiva, não haveria esse tipo de fonte de luz à noite; talvez elas usassem a lua ao fundo.
Mas fico me perguntando se, quando uma característica naturalmente possível como a bioluminescência traz uma vantagem evolutiva grande e significativa, podemos considerar que a espécie inevitavelmente evoluirá nessa direção.
Se for assim, também fica a dúvida de por que até hoje somos o único ser inteligente, e por que os chimpanzés, que compartilham conosco um ancestral comum de 7 milhões de anos atrás, não evoluíram inteligência.
Quando trabalhei em um acampamento em Lake-of-the-Woods, era quase irreal; tenho certeza de que havia teia suficiente para encher vários travesseiros.
Fico curioso quanto à cor.
O texto diz que “isso ocorre à noite especialmente em comprimentos de onda curtos (<450 nm)”, então é uma questão um pouco separada.
Sempre me perguntei se não existe uma cor de iluminação que os humanos consigam enxergar e que minimize o impacto sobre os insetos.
Por exemplo, ajudaria se as cidades usassem apenas iluminação vermelha?
Não lembro se funcionava, e faz bastante tempo que não vejo.
https://www.lightbulbs.com/blog/how-do-bug-lights-work
Isso me lembrou uma atividade de que eu gostava na infância no Vietnã: capturar baratas-d'água gigantes no fim da tarde.
Acho que provavelmente eram https://en.wikipedia.org/wiki/Lethocerus_indicus, mas posso estar enganado.
O Vietnã dos anos 1980 era muito subdesenvolvido, não havia muitas luzes de rua e, em geral, era escuro.
Nossa casa ficava bem ao lado de uma estrada recém-construída, que depois virou uma rodovia, e era uma das poucas vias com postes de iluminação fortes.
O brilho dos novos postes atraía não só as crianças, mas também as baratas-d'água gigantes dos arrozais do outro lado da rua. Um dia, depois de ouvir que aqueles insetos eram comestíveis, eu e as crianças do quarteirão começamos a colocá-los em garrafas e levá-los para casa.
Isso me lembra as mariposas do lado de fora da porta da cozinha, completamente fascinadas por uma lâmpada nua, voando em círculos e batendo a cabeça do exoesqueleto nela.
Na floresta, elas navegam muito bem pela luz da lua, mas, quando chegam perto de uma lâmpada, estão ferradas.
A letra sobre estarem apenas tentando evoluir parece combinar bem com este estudo.
Depois de ler um pouco, faz bastante sentido.
Pelo que encontrei, insetos geralmente não têm ouvidos ou ouvido interno sofisticados como os humanos para perceber gravidade e velocidade; nós parecemos obter essas sensações pelo ouvido interno e pela pressão na pele do corpo todo.
Insetos conseguem sentir contato e pressão na superfície, mas isso é difícil de usar durante o voo, então faz sentido que precisem de outra forma de se orientar.
Os olhos já faziam esse trabalho, então não haveria motivo para desenvolver um novo órgão ou sentido.
Até os humanos descobrirem o fogo e estragarem tudo, claro.