ทำไมแมลงถึงดึงดูดแสง

เป็นเวลาหลายพันปีแล้วที่มนุษย์สังเกตเห็นว่าแมลงบินถูกดึงดูดโดยโคมไฟและเปลวเทียนในตอนกลางคืน และเมื่อถึงจุดหนึ่งก็ตระหนักได้สามารถใช้แสงเพื่อควบคุมพวกมันได้ ย้อนกลับไปในสมัยโรมัน ยังมีบันทึกเกี่ยวกับโคมไฟที่ใช้ดึงดูดและดักจับผีเสื้อกลางคืนเพื่อปกป้องรังผึ้ง ในช่วงทศวรรษที่ 1500 มีการใช้งานกับดักแมลง และในปี ค.ศ. 1847 มีกับดักแมลงที่ได้สิทธิบัตรฉบับแรกๆ ที่สหรัฐอเมริกา

ดังนั้นกับดักแสงหรือเครื่องดักแมลงจึงไม่ใช่เรื่องใหม่แต่อย่างใด เพียงแต่ไม่มีใครรู้ว่าเหตุใดแมลงบินจึงต้องบินเข้าหาแสง คุณอาจคิดว่ามันไม่ใช้ประเด็นสำคัญ แต่เราจะออกแบบเครื่องดักแมลงที่มีประสิทธิภาพสูงสุดได้อย่างไร ถ้าเรายังไม่รู้ว่าทำไมแสงถึงดึงดูดพวกมัน

การจัดการแมลงสัตว์รบกวนเพื่อป้องกันการปนเปื้อนในผลิตภัณฑ์อาหารถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับธุรกิจผลิตอาหาร และยังรวมไปถึงร้านอาหาร ธุรกิจค้าปลีก ธุรกิจคลังสินค้าและจัดเก็บ แม้แต่ลูกค้าบ้านที่ต้องการการปกป้องจากอันตรายของแมลงกัดในบ้าน หลังจากการศึกษาการใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์เข้าหาแสงของแมลง เราก็คิดว่าเรามีคำตอบแล้ว

แมลงมองเห็นอะไร?

แมลงมีเซลล์ไวแสงหลายประเภทในร่างกาย ทำให้พวกมันมีมุมมองต่อสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ดวงตาประกอบ

แมลงที่โตเต็มวัยส่วนใหญ่จะมีตาประกอบซึ่งแต่ละข้างของหัว ประกอบด้วยโครงสร้างเซลล์หกเหลี่ยมเล็กๆ ยาวประมาณ 100 ถึง 1,000 ชิ้นที่เรียกว่า “ออมมาติเดีย” (Ommatidia) แต่ละชิ้นจะรวบรวมภาพง่ายๆ จากส่วนเล็กๆ ของสภาพแวดล้อม และเมื่อรวมภาพเหล่านั้นไว้ในสมองของแมลง ก็จะเกิดภาพคล้ายกระเบื้องโมเสคในมุมกว้าง

แมลงหลากหลายสายพันธุ์มีตัวรับแสงสีในออมมาติเดียตั้งแต่หนึ่งชนิด เช่น ผีเสื้อเฮลิโคเนียส ยุงลายสายพันธุ์ Aedes albopictus ถึง 15 ชนิด เช่น ผีเสื้อสายพันธุ์กราฟียมซาร์พีดอน สามารถตรวจจับช่วงความยาวคลื่นของแสงที่แตกต่างกัน ผีเสื้อบางชนิดสามารถตรวจจับสีได้มากถึง 10 ช่วง โดยมีความไวสูงสุดแผ่กระจายไปทั่วสเปกตรัมตั้งแต่แสง UV ใกล้ไปจนถึงสีแดง ซึ่งหมายความว่าเซลล์รับแสงบางตัวในกลุ่มที่มี 15 เซลล์อาจมีการซ้ำซ้อนหรือตรวจจับความยาวคลื่นเดียวกัน แต่ยังอาจมีหน้าที่อื่นๆ ด้วย เช่น การตรวจจับความเข้มที่แตกต่างกัน

สัตว์รบกวนทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับอาหาร เช่น แมลงวันบ้าน แมลงหวี่ มีเซลล์รับแสงห้าสี โดยจะตรวจจับรังสี UV ใกล้แสง (UVA) สองตัว และเซลล์รับแสงหนึ่งตัว สำหรับความยาวคลื่นของสีน้ำเงิน ฟ้า และเขียว แมลงบินที่มีมองเห็นรังสียูวีจะดึงดูดรังสียูวีมากกว่าแสงที่ตามองเห็น แมลงหลายชนิดไม่สามารถมองเห็นรังสียูวีได้ และบางชนิดมีเซลล์รับแสงเพียงตัวเดียว จึงจำกัดให้พวกมันอยู่ในแถบแคบของแสงที่มองเห็นได้ เนื่องจากแสงแดดมีระดับรังสียูวีสูง จึงคิดว่าแสงเหล่านี้จะดึงดูดมันไปยังพื้นที่เปิดโล่งที่สว่างไสว และอยู่ห่างจากสถานที่สลัวๆ ไม่มีแมลงชนิดใดที่สามารถมองเห็นรังสียูวีได้ต่ำกว่า 300 นาโนเมตร เนื่องจากไคตินที่ลำตัวและเลนส์ตาของพวกมันดูดซับรังสียูวีที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า ซึ่งช่วยในการออกแบบเครื่องดักแมลงและรับประกันว่าแสงยูวีที่ใช้นั้นปลอดภัยสำหรับมนุษย์

ดวงตาของแมลงถูกปรับให้เข้ากับการตรวจจับการเคลื่อนไหวเป็นอย่างมาก ออมมาทิเดียหลายพันตัวจัดเรียงกันในมุมกว้างทำให้สามารถตรวจจับการเคลื่อนไหวรอบตัวแมลงได้ เมื่อรวมกับวงจรประสาทในสมองแมลงที่ประมวลผลข้อมูลภาพจากออมมาทิเดียด้วยอัตราเฟรมที่สูง ความสามารถนี้จะทำให้แมลงมีปฏิกิริยาต่อการเคลื่อนไหวได้เร็วกว่ามนุษย์

ดวงตาของแมลงที่หากินในเวลากลางคืนมีการปรับให้เข้ากับการมองเห็นตอนกลางคืนได้เป็นอย่างดี ดวงตาของพวกมันมีรายละเอียดเพื่อความไวแสงโดยสามารถจับและประมวลผลโฟตอนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น สามารถเคลื่อนตัวในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและแยกแยะสีในเวลากลางคืนด้วยระดับแสงที่อาจดูมืดสำหรับมนุษย์ แต่พวกมันมองเห็น ทำให้แมลงบินในเวลากลางคืนสามารถวิเคราะห์รูปแบบของแสงโพลาไรซ์รอบดวงจันทร์เพื่อใช้นำทางได้

โอเชลลี

เป็นดวงตาทั่วไปที่พบในแมลงตัวเต็มวัยหลายชนิด มักอยู่ที่ด้านบนหรือด้านหน้าของศีรษะ พวกมันไม่ได้สร้างภาพเท่านั้น แต่รับรู้ถึงความสว่างและทิศทางของแสง เชื่อกันว่าพวกมันช่วยให้แมลงรักษาเสถียรภาพในการบินและนำทางโดยใช้ตำแหน่งของดวงอาทิตย์กำหนด

ตัวรับแสงที่ไวต่อโพลาไรเซชั่น

พบได้ในแมลงบางชนิดบริเวณหลังหรือหน้าท้องของดวงตา มีความเชี่ยวชาญในการตรวจจับแสงบนท้องฟ้า โดยแยกจากแสงสะท้อน และช่วยให้แมลงปรับทิศทางและนำทางโดยใช้รูปแบบโพลาไรเซชั่นของท้องฟ้า

เซลล์รับแสงนอกตา

เป็นเซลล์ที่ไวต่อแสงอยู่บนส่วนอื่นๆ ของร่างกายแมลง เช่น หนวด หน้าท้อง หรือขา พวกมันสัมผัสถึงความเข้มและความยาวคลื่นของแสง และเชื่อกันว่ามีบทบาทในการควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจและอุณหภูมิของร่างกาย

โครงสร้างของออมมาทีเดียในตาประกอบ

ทฤษฎีดั้งเดิมว่าทำไมแมลงถึงดึงดูดแสง

การมองเห็นของแมลงถูกวิวัฒนาการเพื่อช่วยให้พวกมันอยู่รอดในสภาพแวดล้อมได้ และสำหรับแมลงที่บินได้ ทักษะที่จำเป็นในการเอาชีวิตรอดต้องใช้ความสามารถที่ซับซ้อนมากขึ้น การมองเห็นช่วยให้แมลงค้นหาแหล่งอาหาร เช่น ใบไม้และดอกไม้ ใช้สัญญาณภาพ รวมถึงแสงโพลาไรซ์ เพื่อกำหนดทิศทางและนำทาง

ตรวจจับที่พักพิงและสถานที่สำคัญ ค้นหาและเลือกคู่ ตรวจจับและหลบหนีจากสัตว์นักล่า ค้นหาสถานที่ที่ดีที่สุดในการวางไข่ เช่น ใบไม้อ่อน

มีการเสนอทฤษฎีต่างๆ เพื่ออธิบายปรากฏการณ์แมลงรวมตัวกันรอบๆ แสงประดิษฐ์ในเวลากลางคืนมานานหลายปี ได้แก่

• การนำทางโดยใช้วัตถุบนท้องฟ้า แมลงกลางคืนใช้ดวงจันทร์และดวงดาวในการนำทางในเวลากลางคืนโดยให้พวกมันอยู่ในมุมเฉพาะของเส้นทางการบิน และการใช้แสงประดิษฐ์ เช่น แสงจากโคมไฟ ทำให้พวกมันเกิดความสับสน นี่จึงอธิบายว่าทำไมพวกมันถึงบินรอบๆ โคมไฟเป็นวงกลม
• พฤติกรรมการกินอาหาร ผีเสื้อกลางคืนและแมลงอื่นๆ ที่บินในเวลากลางคืนอาจเชื่อมโยงแสงที่ความยาวคลื่นที่น่าสนใจสำหรับพวกมันเข้ากับแหล่งอาหาร เช่น ดอกไม้
• ได้รับความอบอุ่น แมลงบางชนิดอาจถูกดึงไปยังแหล่งความร้อน ซึ่งปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์แบบเก่า แต่เห็นได้ชัดว่า LED ปล่อยความร้อนน้อยกว่ามาก
• หลบหนีจากอันตราย แมลงมุ่งหน้าเข้าหาแสงเพื่อเป็นกลไกในการหลบหนีจากสัตว์นักล่าที่อาจซ่อนตัวอยู่ในที่มืด
• การตอบสนองต่อพื้นที่เปิดโล่ง แมลงบินส่วนใหญ่จะดึงดูดไปยังพื้นที่เปิดโล่งที่สว่างและอยู่ห่างจากสถานที่สลัวๆ พวกมันมีสิ่งที่เรียกว่าการตอบสนองต่อแสงเชิงบวก และแสดงความพึงพอใจต่อแสงยูวีซึ่งมีระดับความเข้มแสงสูง
• โดนแสงบังตา ดวงตาของแมลงมีความไวต่อแสงในตอนกลางคืนอยู่ในระดับต่ำที่ และแสงประดิษฐ์จะทำให้ดวงตาเหล่านั้นมืดบอด ส่งผลให้พวกมันชนกับแสงหรือวัตถุที่อยู่ใกล้ๆ

เหตุผลที่แท้จริงว่าทำไมแมลงถึงถูกดึงดูดด้วยแสงประดิษฐ์?

งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2566 ใช้กล้องความเร็วสูงเพื่อบันทึกภาพแมลงที่กำลังบิน ซึ่งได้ทดลองทั้งในห้องแล็บที่มีการควบคุมและในป่าฝนคอสตาริกา แมลงที่ศึกษา ได้แก่ แมลงปอ ผีเสื้อ ผีเสื้อกลางคืน แมลงวันหลายชนิด และผึ้ง

เมื่อมีการฉายแสงยูวีแบบกระจายจากด้านบนของห้องแล็บ ผึ้งและแมลงวันจะบินขึ้นไปอย่างมั่นคง เหมือนกับการบินหนีตามปกติ เมื่อแสง UV กระจายจากด้านล่าง แมลงทั้งสองชนิดก็ไม่สามารถบินได้ตามปกติ พวกมันเอียงตัวและกลับหัว ทำให้ตกลงไปยังพื้นด้านล่าง เมื่อทดสอบแบบเดียวกันแต่ใช้แสงสีขาว พบว่าแมลงวันไม่ได้เกิดปฏิกิริยาแบบที่เป็นกับแสง UV จึงเป็นเอฟเฟกต์เฉพาะในการกระจายแสงยูวี อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ส่งผลอะไรกับแมลงหวี่ ซึ่งสามารถมองเห็นความยาวคลื่น UV ได้ใกล้เคียงกับแมลงวันตัวอื่นๆ และไม่มีใครรู้ว่าทำไม!

การทดลองในป่าฝนคอสตาริกา ก็พบลักษณะการล้มและตกกระแทกเมื่อทดสอบด้วยแสงยูวัและแสงขาวแบบเดียวกันเช่นกัน จากการสังเกตการบินตามปกติเมื่อมีแสงสว่างจากด้านบน แสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมดังกล่าวเกิดจากการรบกวนการรับรู้ของแมลงทั้งขึ้นและลงโดยแสงยูวีที่อยู่ด้านล่างแทนจากท้องฟ้า

การถ่ายภาพความเร็วสูงแสดงให้เห็นว่าแมลงเอียงลำตัวไปยังแหล่งกำเนิดแสงจุดใกล้เคียงในตอนกลางคืน ทำให้พวกมันบินในมุมฉาก (เป็นมุมฉาก) ดังนั้นพวกมันจึงโคจรเป็นวงกลมแสง สิ่งนี้จะอธิบายพฤติกรรมของแมลงออกหากินเวลากลางคืนที่ชอบมารวมตัวกันรอบๆ แหล่งกำเนิดแสง

แม้ว่าสิ่งนี้จะตอบคำถามบางข้อเกี่ยวกับพฤติกรรมของแมลงต่อแสงประดิษฐ์ แต่ก็ยังมีอีกมากที่เราไม่รู้และไม่สามารถอธิบายเกี่ยวกับความสามารถในการมองเห็นอันน่าทึ่งของแมลงได้ แต่ความรู้นี้อาจช่วยให้เราค้นพบวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการดักจับแมลงบินได้มากขึ้น