功夫小蠅!科學揭示:你為什麼打不死蒼蠅?

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已到夏天，該死的蚊子和蒼蠅總是在耳邊嗡嗡作響。

如果你曾經嘗試過拍打蒼蠅而又多次失敗，那你就會知道想打到它是多麼困難，因為它會迅速變換運動路線以逃脫攻擊。

生物學家通過觀察發現，昆蟲在飛行過程中，具有感知世界、定位食物來源和定位伴侶的能力。然而，關於它們是如何結合不同的感官刺激來發現併到達它們感興趣的物體的，我們在這方面知之甚少。

近日，來自班加羅爾國家生物科學中心的研究人員為果蠅建立了一個虛擬世界，以觀察果蠅的飛行行為。

該研究於PNAS（美國國家科學院院刊）上發表，題目為Characterizing long-range search behavior in Diptera using complex 3D virtual environments，中文譯為《使用複雜的3D虛擬環境研究雙翅目昆蟲中的遠程搜索行為》。

香農·奧爾森（Shannon Olsson）教授很久以來一直在想，微小的昆蟲為何能如此出色地探索世界，蚊子是如何尋找人類，果蠅又是如何找到幾公裡外的果樹的？

奧爾森說：「藉助我們構建的虛擬世界，我們可以開始解決這個問題，究竟是什麼導致它們做出某些選擇。」

研究人員製作了該款MultiMoVR平臺，該平臺是一個32釐米寬，高60釐米的稜柱形試驗場，由三個165Hz平面內切換（IPS）監視器組成。

研究人員將果蠅粘在細小針尖上（就像人類操縱操作杆一樣），果蠅在裝屏幕的試驗平臺中飛行，屏幕模擬了開闊的草地、草木、天空和樹木，計算機根據果蠅飛行姿態輸出不同圖像。同時，研究人員還使用微小的玻璃毛細管模擬風向和周圍氣味。

被束縛的果蠅正在接近虛擬樹木，屏幕提供全景視覺，玻璃毛細管提供360°的風向和氣味。（來源：參考文獻[1]）

研究人員首先對存在虛擬樹時果蠅的飛行行為進行了研究，發現在只有草和天空的世界中，果蠅的飛行就像是在隨意遊蕩，沒有特定目標和方向。

但是，當屏幕裡出現樹木時，蒼蠅會嘗試靠近樹木，在著陸時會對物體進行躲避，這表明果蠅可以從虛擬世界中區分不同的對象。

隨後，研究人員為果蠅提供了兩棵看上去大小相等的樹，但是隨著蒼蠅向近處移動，一棵樹會迅速變大，從而模擬該樹距離較近。

果蠅最後選擇朝向較近的樹飛行。這表明，蒼蠅可以利用運動視差來感知複雜背景下物體的深度，並利用這些信息來定位食物來源。

果蠅對大小和距離不同的虛擬物體的反應。圖A和圖B為3米虛擬距離下無樹木（A）和右側有樹木（B）的兩個世界的果蠅的虛擬飛行軌跡。圖G顯示了存在遠處樹木與附近樹木兩顆樹時果蠅的飛行軌跡，可以看出，果蠅傾向於飛向較近樹木，紅點表示開始位置。（來源：參考文獻[1]）

靠近虛擬樹

考希克（Kaushik）博士說：「複合眼睛特別擅長檢測運動。它們看世界的速度比我們快十倍。」「再加上巧妙的神經路，雖然它們的大腦比針頭還小，但它們可以比我們最好的視覺算法更好地處理複雜的圖像任務！」

研究人員同時發現，在沒有視覺信息情況下，氣流信息也很重要，這類似於我們在看不見物體利用聲音來定向。

另一方面，當果蠅要聞氣味時，果蠅需要有一個可以「看到」的世界，在沒有視覺和風向信息時，它們便無法找到氣味源。

果蠅的虛擬飛行

考希克博士表示：「迄今為止，人類還沒有創造出能夠像小蒼蠅一樣飛行的飛行器。但是，學習如何做到這一點可以幫助我們使用更少的計算能力創造出更好的技術。」

參考文獻：

[1] Pavan Kumar Kaushik el al., "Characterizing long-range search behavior in Diptera using complex 3D virtual environments," PNAS (2020).

編輯/審核：Andy

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