- Serangga terbang tidak melaju lurus ke arah cahaya, melainkan berputar di sekitarnya atau masuk ke penerbangan stall/terbalik karena respons kontrol sikap yang berusaha menempatkan cahaya di sisi punggung
- Rekonstruksi lintasan terbang 3D dan orientasi tubuh serangga di sekitar cahaya buatan dilakukan dengan motion capture resolusi tinggi di laboratorium dan stereovideografi luar ruang
- Dari 477 video stereo luar ruang dan 538 lintasan laboratorium, vektor kecepatan serangga tegak lurus terhadap arah cahaya, sementara sumbu punggung sangat miring ke arah cahaya
- Di alam, langit adalah bagian paling terang sehingga dorsal-light-response berguna untuk menjaga sikap terbang, tetapi sumber cahaya titik yang dekat mendistorsi sinyal ini
- Pada pencahayaan tersebar seperti langit, penerbangan normal pulih, dan pengurangan pencahayaan tak berpelindung, pencahayaan ke atas, serta pantulan dari permukaan tanah dapat membantu mengurangi dampak pada serangga malam
Perbedaan antara hipotesis lama dan pengamatan baru
- Sejak lama ada berbagai penjelasan tentang mengapa serangga malam terbang tidak beraturan di sekitar cahaya
- Menganggap cahaya sebagai jalan keluar lalu mendekatinya, yaitu escape response
- Kebingungan celestial compass, ketika navigasi berbasis bulan keliru menjadikan cahaya buatan sebagai acuan
- Penjelasan bahwa serangga tertarik oleh radiasi panas
- Penjelasan bahwa cahaya terang membutakan mata mereka sehingga penerbangan terganggu
- Karena serangga kecil sulit dilacak dalam 3D di lingkungan gelap, selama ini kurang tersedia data kinematika untuk menguji tiap hipotesis secara ketat
- Hasil pengamatan lebih cocok dengan tafsiran bahwa serangga tidak “tertarik” lalu terbang lurus ke cahaya, melainkan sinyal kontrol sikap terbang mereka didistorsi oleh cahaya dekat
Mekanisme inti: respons memutar sisi punggung ke arah yang terang
- Kebanyakan serangga terbang menunjukkan dorsal-light-response (DLR), yaitu kecenderungan mengarahkan sisi punggung ke area paling terang dalam bidang pandang
- Di lingkungan alami, area paling terang yang terlihat umumnya adalah langit, sehingga respons ini berguna bagi serangga untuk memperkirakan “atas” dan mempertahankan sikap tubuh saat terbang
- Sumber cahaya titik buatan yang dekat menjadi sinyal terang lokal yang lebih kuat daripada langit, sehingga serangga memperlakukan arah yang berbeda dari gravitasi sebenarnya sebagai “atas”
- Akibatnya, serangga memiringkan punggung ke arah cahaya, dan karena dinamika terbang yang mengubah arah dengan memiringkan tubuh, mereka berputar mengitari cahaya atau mengalami stall saat menanjak, lalu terbalik dan jatuh
Pola terbang yang terlihat di luar ruang dan laboratorium
- Di luar ruang, penerbangan serangga dari 10 ordo di sekitar cahaya buatan dianalisis menggunakan 477 rekaman video stereo
- Motif penerbangan abnormal terbagi menjadi tiga
- Orbiting: berputar mengelilingi cahaya dalam lintasan melingkar yang relatif stabil, terutama terlihat saat angin lemah
- Stalling: menanjak curam sambil menghadap menjauh dari cahaya lalu kehilangan kecepatan
- Inversion: sikap tubuh terbalik saat melintas tepat di atas cahaya lalu menukik tajam
- Dalam video pada kondisi gelap, motif semacam ini jarang muncul, sehingga diklasifikasikan sebagai perilaku abnormal di sekitar cahaya buatan
- Di laboratorium, bingkai penanda dengan berat kurang dari 5% berat tubuh dipasang pada toraks serangga, lalu sumbu punggung dan posisi diukur dengan motion capture inframerah
- Subjek percobaan meliputi Common Darter, Migrant Hawker, Yellow Underwing Moth, dan Lorquin’s Atlas Moth, dengan total 538 lintasan terbang berurutan yang direkam dari empat spesies tersebut
Serangga tidak terbang lurus ke arah cahaya
- Di sekitar sumber cahaya titik, vektor kecepatan horizontal dari empat spesies sangat terkonsentrasi pada arah yang tegak lurus terhadap arah cahaya
- Ini tidak sesuai dengan penjelasan bahwa serangga terbang langsung menuju cahaya
- Common Darter tidak menunjukkan pola terbang berorbit yang sama saat diberi pencahayaan langit-langit spektrum luas yang tersebar atau dalam gelap total, tetapi penerbangan berorbit muncul pada kondisi sumber cahaya titik UV
- Data penanda secara kuantitatif menunjukkan bahwa serangga memiringkan sumbu punggung ke arah cahaya saat terbang
- Indeks keselarasan antara sumbu punggung dan arah cahaya adalah 0.84 untuk S. striolatum, 0.79 untuk A. mixta, 0.82 untuk Noctua sp., dan 0.82 untuk A. lorquinii
- Indeks yang sama pada S. striolatum dalam gelap rendah, yaitu 0.17
- Di dekat sumber cahaya titik, distribusi kemiringan tubuh pada semua spesies bergeser ke sudut bank yang lebih besar dibanding kondisi kontrol
Penerbangan normal pulih di bawah cahaya tersebar seperti langit
- Pada susunan percobaan dengan kain putih di lantai dan cahaya UV disinarkan ke bawah, serangga terbalik atau berguling di udara lalu menabrak lantai
- Ketika sumber UV yang sama diarahkan ke kain putih di atas sehingga membentuk kanopi tersebar, serangga tidak berkumpul di sekitar cahaya maupun naik ke arah lampu, melainkan terbang di lorong di bawah kain dengan berbagai lintasan
- Dalam percobaan serangga kecil, ketika cahaya UV tersebar datang dari atas, muncul penerbangan menanjak yang cepat namun stabil; ketika cahaya UV datang dari bawah, semua takson percobaan kecuali Drosophila sp. miring atau terbalik segera setelah lepas landas lalu menabrak lantai
- Analisis kuantitatif juga menunjukkan bahwa lintasan di sekitar sumber cahaya titik lebih berkelok dibanding di bawah kanopi tersebar
- Median kelengkungan total lintasan adalah 3.21 untuk sumber cahaya titik dan 1.21 untuk kanopi tersebar
- Pada kondisi sumber cahaya titik terdapat bias berputar ke arah cahaya, sedangkan pada kondisi kanopi tersebar bias ini menghilang
Simulasi dan pengujian hipotesis saingan
- Simulasi berbasis agen menggunakan vektor percepatan tetap terhadap sumbu tubuh serangga dan target kontrol yang memiringkan sisi punggung ke arah cahaya
- Dengan kombinasi parameter yang sama pun, tiga motif teramati—penerbangan berorbit, stall, dan inversion—dapat direproduksi hanya dengan mengubah posisi awal
- Dalam 300 simulasi acak berdurasi 5 detik, model pemiringan punggung terutama menghasilkan lintasan yang gagal melepaskan diri dari cahaya, sedangkan ketika pemiringan punggung dihilangkan, lintasan menyebar menjauh dari cahaya
- Model kebingungan kompas langit yang mencoba mempertahankan cahaya pada posisi egosentris acak tidak cocok dengan lintasan tegak lurus yang konsisten seperti yang diamati pada serangga nyata
- Dalam percobaan yang menyalakan dua sumber cahaya titik UV secara bergantian, serangga juga dengan mudah mengubah arah putaran saat berpindah ke cahaya baru, yang tidak sesuai dengan penjelasan kompas yang mengharuskan cahaya dipertahankan pada posisi kiri-kanan tubuh yang sama
Pengecualian dan keterbatasan
- Dalam kondisi laboratorium, tiga individu Oleander Hawkmoth (Daphnis nerii) tidak menunjukkan perilaku berorientasi pada cahaya dalam 71 lintasan yang terekam
- D. nerii tidak mengalami inversion atau penerbangan berorbit meskipun melintas di atas lampu UV dan LED putih yang mengarah ke atas, dan indeks pemiringan punggungnya juga rendah, yaitu 0.24
- Vinegar Fly liar (Drosophila spp.) juga tidak menunjukkan perbedaan jelas antara penerbangan di atas dan di bawah sumber cahaya UV atau LED putih
- Pengecualian ini menunjukkan adanya kekhususan panjang gelombang dan perbedaan antarspesies dalam perilaku tersebut
- Proses bagaimana serangga mencapai cahaya dari jarak jauh tidak diuji secara langsung, dan mekanisme lain mungkin terlibat dalam pendekatan jarak jauh
Implikasi praktis dan data terbuka
- Hasil ini sesuai dengan tafsiran bahwa penjebakan serangga oleh cahaya pada skala lokal bukan masalah navigasi, melainkan gangguan kontrol sikap serangga
- Pada malam hari, cahaya langit sulit bersaing dengan cahaya buatan, sehingga sumber cahaya titik yang terang, pencahayaan ke atas, pencahayaan tak berpelindung, dan pantulan dari tanah dapat mengganggu penerbangan serangga
- Mengurangi pencahayaan tak berpelindung yang tidak perlu, pencahayaan ke atas, dan pantulan dari permukaan tanah dapat membantu mengurangi dampak pada serangga terbang malam
- Ke depan, analisis komponen visual DLR yang merespons panjang gelombang tertentu dapat membantu membedakan cara modifikasi pencahayaan buatan yang lebih sedikit membingungkan serangga malam
- Video stereo mentah, lintasan yang telah diproses, lintasan motion capture laboratorium 6 derajat kebebasan, serta kode simulasi dan skrip pemrosesan data tersedia secara terbuka di Figshare: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24771978
1 komentar
Komentar Hacker News
Cukup seru mencoba menggoyang-goyangkan kunci di depan gerombolan serangga di dekat lampu
Kunci sering kali bergetar di rentang ultrasonik, meniru secara kasar frekuensi yang dipakai kelelawar, dan serangga yang memiliki kelelawar pemburu di dekatnya biasanya langsung jatuh ke tanah
Dugaannya, mereka mengenali suara kelelawar yang sedang berburu, lalu karena suara kunci cukup mirip, mereka salah mengira sedang dikejar dan menghindar ke arah gravitasi
Ceritanya, jika beberapa kunci dimasukkan ke dalam kaus kaki lalu dilempar ke udara, kelelawar di dekatnya akan menukik ke arah benda itu dan mencengkeramnya, lalu karena kuncinya terlalu berat, ia terseret turun ke tanah
Katanya kalau cepat bisa ditangkap di sana; mungkin saja ini urban legend, tapi juga terdengar cukup masuk akal
Konon, semacam “terdengar sinyal pengganggu”, mereka berevolusi mengembangkan tindakan balasan ala perang elektronik untuk mengacaukan radar kelelawar
https://steveblank.com/2009/03/23/if-i-told-you-i%e2%80%99d-...
https://youtube.com/watch?v=OmG0OT6MWC8
Pada musim panas, saya pernah melihat fenomena aneh: lalat masuk ke kamar, biasanya berputar-putar di tengah ruangan tempat ada lampu yang sedang mati, dan tidak bisa menemukan jendela terbuka atau tidak mau keluar
Kebetulan saya mengganti lampu kamar menjadi konfigurasi terang dengan 20 bohlam LED Philips E27, total lebih dari 200W; lalat-lalat yang siang hari berkumpul dan berputar di tengah ruangan langsung berpencar dalam hitungan detik begitu lampu dinyalakan, dan tiba-tiba berhenti terbang melingkar
Sepertinya mereka bukan lari karena panas atau silau; melainkan karena cahaya tidak lagi hanya datang dari arah jendela, tetapi menjadi lebih banyak dan lebih tersebar, sehingga kemampuan navigasi lalat pulih
Mereka menilai jarak ke objek dari kecepatan gerak titik-titik fitur yang terlihat oleh mata majemuk di kedua sisi kepala; karena penglihatannya kabur, fitur itu harus cukup besar atau kontrasnya kuat
Ruangan berdinding putih yang redup mungkin tampak bagi lalat seperti ruang yang nyaris tanpa fitur, sehingga mereka bisa terus terbang berputar sampai cukup dekat dengan dinding
Mereka menjadikan objek kontras yang tetap, seperti lampu yang mati, sebagai titik acuan; lalu saat lampu dinyalakan, benda-benda di dalam kamar yang sebelumnya tidak terlihat menjadi tampak lebih kontras, sehingga lebih mudah bergerak atau mendarat
Di dalam ruangan, mereka bisa melihat jendela sebagai sumber cahaya utama, mengiranya sebagai langit, lalu mulai berputar
Serangga lain juga mungkin melakukan perilaku serupa
Jadi jika meniru sumber cahaya yang terang dan lebar seperti matahari, mereka mungkin tidak terlalu bingung; kita juga bisa membeli pencahayaan spektrum merah yang disebut ramah serangga
Saya pernah mendengar perlengkapan lampu E38 mogul 500W, tetapi belum pernah mendengar yang berisi 20 soket kecil
Kalau begitu, saya penasaran apakah makalah ini mengonfirmasi anggapan umum bahwa “serangga memakai bulan sebagai petunjuk kompas di langit, lalu keliru memakai sumber cahaya buatan”
Karena itu, kecil kemungkinannya serangga berevolusi secara khusus untuk memakai hanya bulan sebagai sarana navigasi
Makalah ini mengatakan patokannya adalah bahwa bahkan pada malam hari, langit secara umum lebih terang daripada permukaan tanah, dan serangga tampaknya mengarahkan sisi atas tubuhnya ke area terang yang menyebar sambil menjaga sisi bawahnya sejajar dengan tanah
Dalam makalah tersebut, baik di luar ruangan maupun di laboratorium, serangga jarang terbang langsung menuju cahaya, dan secara konsisten terbang ke arah yang tegak lurus terhadap sumber cahaya; ini membantah premis dasar bahwa itu adalah respons melarikan diri
Selain itu, untuk mempertahankan arah gerak, mereka harus menjaga sumber cahaya pada posisi tetap di bidang pandang, tetapi dalam eksperimen yang mengubah posisi sumber cahaya, serangga disebut mudah mempertahankan sumber cahaya di sisi mana pun dari tubuhnya
Memakai bulan untuk navigasi pun tidak berarti mereka akan terbang langsung menuju bulan, jadi sulit dipahami mengapa fenomena terbang langsung ke arah sumber cahaya buatan menjadi dasar teori itu
Saya selama ini mengira serangga awalnya terbang lurus dengan menempatkan bulan di satu sisi, lalu karena pencahayaan buatan, acuan itu melenceng sehingga mereka berputar spiral di sekitar sumber cahaya
Perilaku yang ditunjukkan dalam penelitian ini tampak persis seperti itu
Makalahnya menunjukkan bahwa serangga memakai cahaya nyata seperti bulan, bintang, matahari, dan sumber cahaya buatan untuk menyelaraskan diri pada bidang horizontal, tetapi itu sendiri bukan navigasi
Jika penyelarasan itu miring, mereka terbang melingkar di sekitar cahaya; kemiringan itu juga membuat mekanisme terbangnya sendiri menjadi tidak efisien, sehingga hubungan spasial dengan sumber cahaya berubah cepat dan stabilitas arah terganggu
Apa pun motivasi navigasi sebenarnya—panas, dingin, feromon, bau, penglihatan, suara, dan sebagainya—semuanya akan terdampak oleh ketidakstabilan hubungan spasial ini
Fakta bahwa mereka mengarahkan sisi punggung ke cahaya itu menarik
Jadi video ngengat yang berputar mengelilingi lampu yang saya lihat secara acak di YouTube juga jadi lebih masuk akal
[1]: https://www.youtube.com/watch?v=OhNpOsTUqzA
Riset yang keren
Aku pernah mendapat pertanyaan seperti ini dari anak usia 7 tahun, dan sama sekali tidak tahu jawabannya
Kalau aku membacanya dengan benar, serangga bukan terbang menuju cahaya, melainkan memutar sisi atas tubuhnya ke arah cahaya; pada cahaya alami ini membantu mempertahankan postur dan kendali terbang yang normal, tetapi di bawah pencahayaan buatan sepertinya membuat mereka terus berputar mengelilingi sumber cahaya
Masuk akal karena mereka menganggap sisi yang ada cahayanya sebagai arah atas
Selain itu benar
Selalu menarik melihat jaring laba-laba raksasa dan laba-laba gemuk di sekitar lampu natrium di area taman Home Depot
Kalori yang dibutuhkan untuk membuat bioluminesensi sendiri demi menghasilkan efek seperti ini tampaknya akan lebih besar daripada kalori yang bisa diperoleh dengan berburu lewat cara itu
Namun ceritanya berbeda kalau ada orang yang menyediakan energi gratis untuk berburu
Laba-laba bioluminesen akan menjadi sasaran mudah bagi burung atau kelelawar, tetapi laba-laba di samping lampu tidak terlalu berbahaya karena predator belum beradaptasi
Atau dulu jaring laba-laba mungkin besar dan menguntungkan di mana-mana, tetapi karena serangga menurun di seluruh dunia, kini hanya di sekitar lampu saja jaring seperti itu menjadi sangat menguntungkan
Sepanjang sebagian besar sejarah evolusi, sumber cahaya seperti itu mestinya tidak ada pada malam hari; mungkin mereka menggunakan bulan di latar belakang
Namun kalau sifat yang secara alami mungkin, seperti bioluminesensi, memberikan keuntungan evolusioner yang besar dan berarti, aku bertanya-tanya apakah kita bisa menganggap suatu spesies pasti akan berevolusi ke arah itu
Kalau begitu, juga jadi pertanyaan mengapa sejauh ini hanya kita yang merupakan makhluk cerdas, dan mengapa simpanse, yang berbagi leluhur bersama dengan kita 7 juta tahun lalu, tidak mengevolusikan kecerdasan
Saat bekerja di sebuah kamp di Lake-of-the-Woods, itu terasa tidak realistis, dan aku yakin ada cukup banyak jaring laba-laba untuk mengisi beberapa bantal
Aku penasaran bagaimana dengan warna
Tulisan itu mengatakan “bahkan pada malam hari, terutama pada panjang gelombang pendek (<450 nm),” jadi ini memang masalah yang agak terpisah
Aku selalu bertanya-tanya apakah ada warna lampu yang masih bisa dilihat manusia sambil meminimalkan dampaknya terhadap serangga
Misalnya, apakah akan membantu jika kota hanya memakai lampu merah?
Aku tidak ingat apakah itu efektif, dan sudah cukup lama tidak melihatnya
https://www.lightbulbs.com/blog/how-do-bug-lights-work
Ini mengingatkanku pada kegiatan favorit masa kecil di Vietnam: menangkap kutu air raksasa pada sore menjelang malam
Mungkin https://en.wikipedia.org/wiki/Lethocerus_indicus itu spesiesnya, tapi bisa saja aku salah
Vietnam pada 1980-an sangat tertinggal, tidak banyak lampu jalan, dan umumnya gelap
Rumah kami berada tepat di samping jalan yang baru dibangun, yang kemudian menjadi jalan raya, dan itu salah satu dari sedikit jalan dengan lampu jalan terang
Terangnya lampu jalan baru itu bukan hanya menarik anak-anak, tetapi juga kutu air raksasa dari sawah di seberang jalan; suatu hari setelah mendengar bahwa serangga itu bisa dimakan, aku dan anak-anak satu blok mulai memasukkannya ke botol dan membawanya pulang
Aku teringat ngengat di luar pintu dapur yang benar-benar terpikat pada bohlam telanjang, terbang berputar-putar dan membenturkan kepala eksoskeletonnya
Di hutan mereka bisa bernavigasi baik-baik saja dengan cahaya bulan, tetapi begitu mendekati bohlam, kacau sudah
Lirik bahwa mereka hanya berusaha berevolusi tampaknya sangat cocok dengan riset ini
Setelah membaca sedikit, ini cukup masuk akal
Saat mencari tahu, ternyata serangga umumnya tidak punya telinga atau telinga bagian dalam yang canggih untuk merasakan gravitasi dan kecepatan seperti manusia; kita tampaknya memperoleh indra seperti itu lewat telinga dalam dan tekanan pada kulit di seluruh tubuh
Serangga bisa merasakan sentuhan dan tekanan pada permukaan, tetapi sulit memakainya saat terbang, jadi masuk akal jika mereka membutuhkan cara lain untuk menentukan orientasi
Mata sudah melakukan pekerjaan itu, jadi tidak ada alasan untuk menumbuhkan organ atau indra lain
Setidaknya sampai manusia menemukan api dan mengacaukannya