2016年10月28日

街燈會驅使飛蛾演化嗎?

作者/許家偉(畢業於輔大生物系、陽明微免所,曾任職UCLA 和 USC。雖然已經從學術界轉到生技產業界,仍希望對科普出一分力量。)


(插畫:吳宛蓁)

人類的光害讓那些在夜間出沒的飛蛾錯亂地撞上光源,
那麼飛蛾有沒有能力反制呢?

夜間活動的昆蟲是參照月光和星光作為參考基準來判斷和維持飛行方向。但自從我們人類開始使用燭光或電燈作為黑夜的照明工具之後,那些在夜間飛行的昆蟲就倒大楣了,由於參照的光源錯亂,使得飛蟲會以螺旋曲線的飛行路徑撞上光源。到了近代,人類在夜間大量使用強力照明燈具所引起的光害,又稱光汙染(light pollution),對昆蟲造成更多負面的影響。最顯著的就是增加了昆蟲的死亡率,因為昆蟲除了會直接被燈源的高溫燒死,又會在光照之下曝露自身給掠食者看見,所以生活在光害區域的昆蟲死亡率比棲息在陰暗環境的昆蟲高40~100倍。另外,光會誘使昆蟲遷離天然的棲息地,也會影響牠們正常的進食、交配和生殖行為,嚴重擾亂生態平衡。

圖一:香港燦麗奪目的都市夜景是光害的典型例子。
( flickr,James Antrobus 攝)

科學家已經很清楚昆蟲在人為干擾的環境下會出現遺傳和表現型的改變, 例如生物教課書上都會提到樺尺蛾(peppered moth) 的工業黑化(industrial melanism)。但科學家對於昆蟲是否會在光害的影響下發生演化,卻所知不多。因此,瑞士蘇黎世大學的演化生物學家用廣泛分佈於歐洲的巢蛾(small ermine moth,學名Yponomeuta cagnagella)作為研究對象,去瞭解昆蟲在夜間光害的影響下是否有所改變。


巢蛾撲光實驗
為了確定所用的巢蛾在多個世代下均暴露在人工光害的環境中,研究人員在法國東部和瑞士西北部(位處法瑞德三國的交界處)10個城鄉市鎮的光害區和陰暗區附近收集巢蛾的二齡(second instar)幼蟲,這是巢蛾變態過程中最早期的幼蟲。研究人員用每平方面積的輻射量去定義光害的程度,若以白話來表達的話,所謂光害就是市區停車埸或道路旁照明用街燈的亮度,最遠照明距離可達20~50公尺。

所捕獲的巢蛾二齡幼蟲在實驗室恆溫和固定濕度的環境中培育,每日光暗週期為16 和8 小時(含光暗交換之間的黎明和黃昏各1小時)。最後,研究人員將成蟲(羽化後2~3天,尚未交配過)放入3公尺長的籠具中測試飛行行為,籠具一端有螢光燈源,另一端釋放出巢蛾,並在8個小時後紀錄巢蛾的位置。

研究人員用了320 隻陰暗區巢蛾和728 隻光害區巢蛾(共1048 隻)進行上述實驗,發現在光害區域所收集到的巢蛾的撲光傾向,比起那些從陰暗區收集到的巢蛾少了30%,雄性的巢蛾尤其顯著(雄性減少36%,雌性減少28%)。這個量化的實驗足以顯示巢蛾的確因光害環境出現了演化適應性,透過減少撲向光源的行為的確可以抵消前述光害對昆蟲所造成的致命傷害。而且,研究人員發現就算在陰暗區所收集到的巢蛾也有一半不會撲向光源,所以認為這種撲光行為事實上並非生存所需的。......【更詳細的內容請見科學月刊第563期】

圖二:落在手指甲上的巢蛾成蟲,體長約1公分。
( flickr,David Short 攝)




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