- Los insectos voladores, más que volar en línea recta hacia la luz, terminan orbitando alrededor de ella o entrando en vuelo de pérdida y vuelco por una respuesta de control postural que intenta mantener la luz del lado dorsal
- Con captura de movimiento de alta resolución en laboratorio y videografía estéreo en exteriores, se reconstruyeron las trayectorias de vuelo 3D y la orientación corporal de insectos alrededor de luces artificiales
- En 477 videos estéreo de exterior y 538 trayectorias de laboratorio, el vector de velocidad de los insectos fue perpendicular a la dirección de la luz, y su eje dorsal se inclinó fuertemente hacia la luz
- En la naturaleza, el cielo suele ser lo más brillante, por lo que la dorsal-light-response resulta útil para mantener la postura de vuelo, pero una fuente puntual cercana distorsiona esa señal
- Con iluminación difusa similar al cielo, el vuelo normal se recuperó; reducir las luces sin pantalla, la iluminación hacia arriba y los reflejos del suelo ayuda a mitigar el daño a los insectos nocturnos
Diferencia entre las hipótesis antiguas y las nuevas observaciones
- Desde hace mucho se han propuesto varias explicaciones para el vuelo irregular de los insectos nocturnos alrededor de las luces
- La escape response, según la cual ven la luz como una salida y se dirigen hacia ella
- La confusión de celestial compass, en la que navegan usando la Luna como referencia y toman por error una luz artificial como referencia
- La explicación de que los atrae la radiación térmica
- La explicación de que una luz intensa los encandila y desordena su vuelo
- Como es difícil rastrear insectos pequeños en 3D en entornos oscuros, faltaban datos cinemáticos para verificar rigurosamente cada hipótesis
- Las observaciones encajan mejor con la interpretación de que una luz cercana distorsiona la señal de control postural de vuelo, más que con que los insectos sean “atraídos” por la luz y vuelen directo hacia ella
Mecanismo central: la respuesta de orientar el dorso hacia lo brillante
- La mayoría de los insectos voladores muestra una dorsal-light-response (DLR), que orienta el dorso hacia la región más brillante del campo visual
- En entornos naturales, la región más brillante del campo visual suele ser el cielo, por lo que esta respuesta ayuda al insecto a estimar qué está “arriba” y a mantener la postura corporal durante el vuelo
- Una fuente puntual artificial cercana se convierte en una señal brillante localmente más intensa que el cielo, haciendo que el insecto trate como “arriba” una dirección distinta de la gravedad real
- Como resultado, el insecto inclina el dorso hacia la luz y, por la dinámica de vuelo en la que inclinar el cuerpo cambia la dirección, termina orbitando la luz o sufriendo pérdida ascendente, vuelco y caída
Patrones de vuelo observados en exteriores y laboratorio
- En exteriores se analizaron, con 477 registros de video estéreo, los vuelos de insectos de 10 órdenes alrededor de luces artificiales
- Los motivos de vuelo anormal se dividieron en tres tipos
- Orbiting: girar alrededor de la luz en trayectorias circulares relativamente estables, más evidente con poco viento
- Stalling: ascender de forma pronunciada orientado en dirección opuesta a la luz y luego perder velocidad
- Inversion: volcar la postura corporal y descender en picada al pasar justo por encima de la luz
- En videos tomados en condiciones oscuras, estos motivos fueron poco frecuentes, por lo que se clasificaron como comportamientos anormales alrededor de luz artificial
- En el laboratorio se colocó en el tórax de los insectos un marco con marcadores de menos del 5% de su peso corporal, y se midieron el eje dorsal y la posición mediante captura de movimiento infrarroja
- Los sujetos experimentales incluyeron Common Darter, Migrant Hawker, Yellow Underwing Moth y Lorquin’s Atlas Moth, y se registraron en total 538 trayectorias de vuelo continuas en cuatro especies
Los insectos no volaban directamente hacia la luz
- Alrededor de una fuente puntual, los vectores de velocidad horizontal de las cuatro especies se concentraron fuertemente en una dirección perpendicular a la dirección de la luz
- Esto no coincide con la explicación de que los insectos vuelan directamente hacia la luz
- Common Darter no mostró el mismo patrón de vuelo orbital con iluminación de techo difusa de amplio espectro ni en oscuridad total, pero sí apareció vuelo orbital bajo una fuente puntual UV
- Los datos de marcadores mostraron cuantitativamente que los insectos inclinaban su eje dorsal hacia la luz durante el vuelo
- El índice de alineación entre el eje dorsal y la dirección de la luz fue 0.84 en S. striolatum, 0.79 en A. mixta, 0.82 en Noctua sp. y 0.82 en A. lorquinii
- El mismo índice fue bajo, 0.17, en S. striolatum en la oscuridad
- Cerca de una fuente puntual, la distribución de inclinación corporal de todas las especies se desplazó hacia ángulos de bank mayores que en las condiciones de control
Con luz difusa como la del cielo, se recuperó el vuelo normal
- En una configuración con una tela blanca en el piso y luz UV apuntando hacia abajo, los insectos se voltearon o rodaron en el aire y chocaron contra el piso
- Cuando la misma fuente UV se apuntó a una tela blanca superior para crear una especie de dosel difuso, los insectos no se congregaron alrededor de la luz ni ascendieron hacia la bombilla, sino que volaron por el pasillo bajo la tela siguiendo diversas rutas
- En experimentos con insectos pequeños, cuando la luz UV difusa venía desde arriba se observó un vuelo ascendente rápido pero estable; cuando la luz UV venía desde abajo, los grupos experimentales, excepto Drosophila sp., se inclinaron o voltearon justo después de despegar y chocaron contra el piso
- El análisis cuantitativo también mostró que las trayectorias alrededor de una fuente puntual eran más sinuosas que bajo un dosel difuso
- La mediana de tortuosidad total de la ruta fue 3.21 con fuente puntual y 1.21 con dosel difuso
- En la condición de fuente puntual hubo un sesgo de giro hacia la luz, mientras que en la condición de dosel difuso ese sesgo desapareció
Simulaciones y verificación de hipótesis competidoras
- Las simulaciones basadas en agentes usaron un vector de aceleración fijo respecto de los ejes corporales del insecto y un objetivo de control que inclina el dorso hacia la luz
- Incluso con la misma combinación de parámetros, al variar la posición inicial se reprodujeron los tres motivos observados: vuelo orbital, pérdida y vuelco
- En 300 simulaciones aleatorias de 5 segundos, el modelo de inclinación dorsal generó sobre todo trayectorias que no lograban escapar de la luz; al eliminar la inclinación dorsal apareció una dispersión que se alejaba de la luz
- El modelo de confusión de brújula celeste, que intenta mantener la luz fija en una posición egocéntrica arbitraria, no encajó bien con las trayectorias perpendiculares consistentes observadas en insectos reales
- En un experimento que alternó el encendido de dos fuentes puntuales UV, los insectos cambiaron fácilmente el sentido de giro al trasladarse hacia la nueva luz, lo que no coincide con la explicación de la brújula, que requiere mantener la luz en la misma posición izquierda-derecha del cuerpo
Excepciones y limitaciones
- En condiciones de laboratorio, tres individuos de Oleander Hawkmoth (Daphnis nerii) no mostraron comportamiento orientado a la luz en 71 trayectorias registradas
- D. nerii no se volcó ni entró en vuelo orbital aun al pasar sobre una bombilla LED blanca y UV orientada hacia arriba, y su índice de inclinación dorsal también fue bajo, de 0.24
- La mosca del vinagre silvestre (Drosophila spp.) tampoco mostró diferencias claras entre volar por encima o por debajo de fuentes de luz UV o LED blanca
- Estas excepciones muestran que este comportamiento tiene especificidad por longitud de onda y diferencias entre especies
- No se probó directamente el proceso por el cual los insectos llegan a la luz desde largas distancias, y otros mecanismos podrían participar en el acercamiento a larga distancia
Implicaciones prácticas y datos abiertos
- Los resultados encajan con la interpretación de que la captura por luz a escala local no surge de un problema de navegación, sino de una perturbación del control postural de los insectos
- De noche, la luz del cielo difícilmente compite con la luz artificial, por lo que las fuentes puntuales brillantes, la iluminación hacia arriba, las luces sin pantalla y los reflejos del suelo pueden perturbar el vuelo de los insectos
- Reducir las luces innecesarias sin pantalla, la iluminación hacia arriba y los reflejos del suelo puede mitigar el impacto sobre los insectos voladores nocturnos
- Analizar en el futuro a qué longitudes de onda responden los componentes visuales de la DLR permitiría aislar mejor maneras de modificar la iluminación artificial para confundir menos a los insectos nocturnos
- Los videos estéreo sin procesar, las trayectorias procesadas, las trayectorias de captura de movimiento de laboratorio de 6 grados de libertad, el código de simulación y los scripts de procesamiento de datos están publicados en Figshare: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24771978
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
Es bastante divertido agitar unas llaves frente a un enjambre de insectos cerca de una luz.
Las llaves a menudo resuenan en el rango ultrasónico, imitando torpemente las frecuencias que usan los murciélagos, y los insectos que tienen murciélagos cazando cerca suelen caer al suelo de inmediato.
La hipótesis es que reconocen el sonido de un murciélago cazando, el sonido de las llaves se parece lo suficiente como para que crean que los están persiguiendo, y escapan en dirección de la gravedad.
La historia dice que si metes varias llaves en una media y la lanzas al aire, un murciélago cercano se lanza en picada hacia el objeto y lo agarra, pero las llaves son demasiado pesadas y lo arrastran al suelo.
Si eres rápido, supuestamente puedes atraparlo ahí; puede ser una leyenda urbana, pero también suena como algo que podría funcionar.
La idea es que, como si “escucharan interferencia”, desarrollaron mediante la evolución contramedidas al estilo de guerra electrónica para interferir el radar de los murciélagos.
https://steveblank.com/2009/03/23/if-i-told-you-i%e2%80%99d-...
https://youtube.com/watch?v=OmG0OT6MWC8
En verano he visto un fenómeno raro: una mosca entra a la habitación, normalmente se pone a dar vueltas por el centro, donde hay una lámpara apagada, y no encuentra la ventana abierta o no quiere salir.
Por casualidad cambié la iluminación de la habitación a una configuración muy brillante con 20 focos LED Philips E27, más de 200 W en total; las moscas que durante el día se juntaban y giraban en el centro de la habitación se dispersaron a los pocos segundos de encender la luz, y de repente dejaron de volar en círculos.
No pareció que huyeran por calor o deslumbramiento; más bien, al tener más luz y más distribuida, en lugar de luz que venía solo desde la dirección de la ventana, parece que se restauró la capacidad de navegación de las moscas.
Juzgan la distancia a los objetos por la velocidad con que se mueven los puntos característicos que ven sus ojos compuestos a ambos lados de la cabeza; como su visión es borrosa, las características tienen que ser bastante grandes o de alto contraste.
Una habitación con paredes blancas y poca luz probablemente les parece un espacio casi sin rasgos, y pueden seguir volando en círculos hasta estar lo bastante cerca de una pared.
Al parecer toman como punto de referencia un objeto fijo con contraste, como una lámpara apagada; cuando se enciende la luz, los objetos de la habitación que antes no veían aparecen con más contraste, y les resulta más fácil moverse o aterrizar.
En interiores, pueden ver la ventana como la principal fuente de luz, confundirla con el cielo y empezar a volar en círculos.
Otros insectos podrían comportarse de forma similar.
Así que, si se imita una fuente de luz brillante y amplia como el sol, tal vez se desorienten menos; también se pueden comprar luces de espectro rojo, que dicen que son amigables con los insectos.
He oído hablar de lámparas mogul E38 de 500 W, pero nunca de una con 20 sockets pequeños.
Entonces me pregunto si el artículo confirmó la percepción común de que “los insectos usan la luna como una pista de brújula en el cielo y luego usan por error las fuentes de luz artificial”.
Por eso parece poco probable que los insectos hayan evolucionado específicamente para usar solo la luna como medio de navegación.
El artículo dice que, incluso de noche, el cielo en general es más brillante que el suelo, y que los insectos parecen orientar su parte superior hacia esa zona brillante difusa mientras mantienen la parte inferior paralela al suelo.
En el artículo dicen que, tanto en exteriores como en laboratorio, los insectos rara vez van directamente hacia la luz y, de forma consistente, vuelan en dirección perpendicular a la fuente luminosa, lo que refuta la premisa básica de que sea una respuesta de escape.
Además, para mantener la dirección de avance tendrían que mantener la fuente de luz en una posición fija del campo visual, pero en experimentos donde cambiaban la posición de la fuente, los insectos mantenían fácilmente la luz a cualquiera de los dos lados del cuerpo.
Aunque usaran la luna para navegar, no volarían directamente hacia ella, así que cuesta entender por qué el fenómeno de volar directamente hacia fuentes de luz artificial se convirtió en evidencia para esa teoría.
Siempre pensé que los insectos originalmente vuelan en línea recta manteniendo la luna a un lado, pero que la luz artificial desajusta esa referencia y hace que giren en espiral alrededor de la fuente luminosa.
El comportamiento mostrado en el estudio parece ser exactamente eso.
El artículo muestra que los insectos usan luces reales como la luna, las estrellas, el sol o fuentes artificiales para alinearse en el plano horizontal, pero que eso en sí no es navegación.
Cuando se produce una inclinación en la alineación, vuelan en círculos alrededor de la luz, y esa inclinación también vuelve menos eficiente el propio mecanismo de vuelo, de modo que la relación espacial con la fuente de luz cambia rápidamente y se altera la estabilidad direccional.
Sea cual sea el motivo real de navegación —calor, frío, feromonas, olores, visión, sonido, etc.— se ve afectado por esta inestabilidad de la relación espacial.
Es interesante que orienten el dorso hacia la luz.
Por eso ahora entiendo mejor ese video de una polilla dando vueltas alrededor de una luz que vi al azar en YouTube.
[1]: https://www.youtube.com/watch?v=OhNpOsTUqzA
Es una investigación genial.
Una vez un niño de 7 años me hizo esta pregunta y no tenía ni idea de la respuesta.
Si lo leí bien, los insectos no vuelan hacia la luz, sino que giran la parte superior de su cuerpo hacia la luz, y con la luz natural eso ayuda a mantener una postura y un control de vuelo normales, pero bajo iluminación artificial parece hacer que sigan dando vueltas alrededor de la fuente de luz.
Tiene sentido si asumen que el lado donde está la luz es arriba.
Por lo demás, es correcto.
Siempre es divertido ver las telarañas enormes y las arañas gordas alrededor de las lámparas de sodio en la sección de jardinería de Home Depot.
Sospecho que las calorías necesarias para producir bioluminiscencia propia con este fin serían mayores que las calorías que se podrían obtener cazando de esa forma.
Pero si alguien te proporciona energía gratis para cazar, la cosa cambia.
Una araña bioluminiscente sería un blanco fácil para aves o murciélagos, pero una araña junto a una lámpara corre menos riesgo porque los depredadores todavía no se han adaptado.
O quizá antes las telarañas eran enormes y rentables en todas partes, pero con la disminución global de los insectos ahora solo resultan así de rentables alrededor de las luces.
Durante la mayor parte de la historia evolutiva no debió de haber fuentes de luz así por la noche; quizá usaban la luna de fondo.
Pero si un rasgo naturalmente posible, como la bioluminiscencia, diera una ventaja evolutiva grande y significativa, me pregunto si se puede asumir que una especie necesariamente evolucionará en esa dirección.
Si es así, también queda la duda de por qué hasta ahora somos los únicos seres inteligentes, y por qué los chimpancés, que comparten con nosotros un ancestro común de hace 7 millones de años, no evolucionaron inteligencia.
Cuando trabajaba en un campamento en Lake-of-the-Woods era algo irreal; estoy seguro de que había suficientes telarañas como para rellenar varias almohadas.
Me pregunto qué pasará con el color.
El artículo dice “también de noche, especialmente en longitudes de onda cortas (<450 nm)”, así que es un tema algo aparte.
Siempre me pregunté si no habría un color de iluminación que las personas pudieran ver y que minimizara el impacto en los insectos.
Por ejemplo, ¿ayudaría usar solo luces rojas en las ciudades?
No recuerdo si funcionaba, y hace bastante que no lo veo.
https://www.lightbulbs.com/blog/how-do-bug-lights-work
Me recuerda una actividad que me encantaba de niño en Vietnam: atrapar chinches de agua gigantes al final de la tarde.
Creo que probablemente eran https://en.wikipedia.org/wiki/Lethocerus_indicus, aunque podría estar equivocado.
En los años 80, Vietnam estaba muy atrasado, no había muchas farolas y en general estaba oscuro.
Nuestra casa estaba justo al lado de una carretera recién construida, que después se convirtió en una autopista, y era una de las pocas calles con farolas brillantes.
El brillo de las nuevas farolas no solo atraía a los niños, sino también a las chinches de agua gigantes de los arrozales al otro lado de la calle, y un día, cuando nos dijeron que esos insectos eran comestibles, los niños de la cuadra empezamos a meterlos en frascos y llevarlos a casa.
Me recuerda a las polillas fuera de la puerta de la cocina, completamente obsesionadas con una bombilla desnuda, volando en círculos y golpeándose la cabeza de exoesqueleto.
En el bosque navegan perfectamente con la luz de la luna, pero cuando se acercan a una bombilla, se arruinan.
La letra de que solo están intentando evolucionar parece encajar bien con esta investigación.
Después de leer un poco, tiene bastante sentido.
Por lo que encontré, los insectos por lo general no tienen oídos ni un oído interno sofisticado que detecte la gravedad y la velocidad como los humanos; nosotros al parecer obtenemos esas sensaciones a través del oído interno y de la presión en la piel de todo el cuerpo.
Los insectos pueden detectar el contacto y la presión en la superficie, pero durante el vuelo es difícil usar eso, así que resulta plausible que necesiten otro método para orientarse.
Los ojos ya les hacen ese trabajo, así que no habría razón para desarrollar otro órgano o sentido nuevo.
Hasta que los humanos descubrieron el fuego y lo arruinaron todo.