[视频]为寻找食物,果蝇可以飞行600万倍于它身体的长度

2005 年,一位资深马拉松运动员在 80 个小时内持续跑了 560 公里(350
英里),中途没有睡觉或者停下来。这一距离大约是该跑步者身体长度的 324000
倍。不过根据加州理工学院的最新研究,这一壮举在果蝇面前就显得有点微不足道了。为了寻找食物,一只果蝇可以飞行 600 万倍于它身体的长度。

[视频]为寻找食物,果蝇可以飞行600万倍于它身体的长度

加州理工学院的科学家们现在发现,果蝇在一次旅行中可以飞行 15 公里(约 9 英里),是它们身体长度的 600 万倍,或者相当于普通人的 10000 多公里。如果按照身体长度做对比,这比许多候鸟物种在一天内能飞得更远。

为了发现这一点,该团队在加州莫哈韦沙漠的一个干燥湖床进行了实验,释放果蝇并将它们引诱到含有发酵汁液的陷阱中,以确定它们的最高速度。相关论文于 4 月 20 日发表在《美国国家科学院院刊》上。

这项工作的动机是一个长期存在的悖论,该悖论在20世纪40年代由西奥多西·多布赞斯基(Theodosius Dobzhansky)和其他研究美国西南部果蝇物种的群体遗传学先驱发现。Dobzhansky和其他人发现,相隔数千公里的果蝇种群在遗传上的相似性比他们对这些小果蝇实际能走多远的估计所能轻易解释的要多得多。事实上,当生物学家在户外释放果蝇时,这些昆虫往往只是在短距离内绕圈嗡嗡作响,就像它们在我们的厨房里一样。

果蝇在野外寻找食物时的行为是否有所不同?在20世纪70年代和80年代,一群人口遗传学家试图解决这一矛盾,他们将数十万只果蝇涂上荧光粉,并在一个晚上将它们释放到死亡谷。值得注意的是,该小组第二天在15公里外的腐烂香蕉桶中发现了一些荧光果蝇。

为了测量果蝇如何分散并与风互动,该团队设计了 "释放和重新捕获 "实验。在前博士后学者凯特·莱奇(Kate Leitch)的带领下,该团队多次前往距离加州理工学院 140 英里的莫哈韦沙漠中的干涸湖床--Coyote 湖,并拖着数十万只常见的实验室果蝇--黑腹果蝇。

其目的是释放这些果蝇,将它们引诱到设定地点的陷阱中,并测量昆虫飞到那里所需的时间。为了做到这一点,研究小组在一个圆环中设置了10个 "气味陷阱",每个陷阱都位于释放地点周围一公里的范围内。每个陷阱里都有诱人的发酵苹果汁和香槟酵母的鸡尾酒,这种组合会产生二氧化碳和乙醇,这对果蝇来说是无法抗拒的。每个陷阱都有一个摄像头,并配有单向阀,这样果蝇就可以爬进陷阱,走向鸡尾酒,但不会再出来。此外,研究人员设立了一个气象站,在整个实验过程中测量释放地点的风速和风向;这将表明果蝇的飞行是如何受到风的影响。

为了不干扰它们的飞行性能,研究小组没有给果蝇涂上荧光粉等识别物。那么,他们是如何知道自己捕捉到的是自己的果蝇呢?在释放之前,研究小组首先放置了诱捕器,并随着时间的推移对其进行了检查,发现虽然在莫哈韦地区的枣园中发现了野生的黑腹果蝇,但它们在 Coyote 湖却极为罕见。

该小组释放的果蝇最初是在一个水果摊上收集的,然后在实验室里饲养,但它们没有以任何方式进行基因改造。该小组在获得土地管理局的许可后进行了实验。

实验时,研究小组把装果蝇的桶开到陷阱圈的中心。桶里有大量的糖,这样昆虫就会为它们的飞行提供充分的能量;然而,它们不含蛋白质,使果蝇有强烈的动力去寻找蛋白质丰富的食物。研究小组估计,果蝇将无法从环的中心闻到陷阱的气味,迫使它们分散开来搜索。

该团队在不同的风力条件下重复这些实验。第一批果蝇花了大约16分钟的时间走了一公里才到达陷阱,对应的速度大约是每秒1米。该小组将这一速度解释为下限(也许这些第一批果蝇在释放后绕了点圈子,或者没有以完全的直线飞行)。该实验室以前的研究表明,一只吃饱的果蝇有能量连续飞行三小时;推断一下,研究小组得出结论,黑蝇在一次飞行中大约可以飞行12至15公里,即使是在轻柔的微风中,如果有尾风的帮助,还会飞得更远。这个距离大约是果蝇平均体长(2.5毫米,或十分之一英寸)的600万倍。作为一个类比,这就像普通人在一次旅行中只走了1万多公里--大约是北极到赤道的距离。


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