猎火甲虫,顾名思义,一生都在寻找森林大火。

为什么一个生物会选择进入一个所有其他森林生物都热切地试图退出的环境,这是一个令人信服的自然史问题。但事实证明,甲虫有一个很好的理由。新烧焦的树是捕火甲虫婴儿食品。他们的只有婴儿食品。

因此,猎火甲虫一心扑在这一目标上,以至于它们会咬消防队员,也许还把他们误认为异常黏糊糊、气味难闻的树木。

他们至少在加州纪念体育场观看了一场加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的橄榄球比赛,不幸的是,该体育场位于最近被烧毁的松树山中间,估计有2万支香烟在那里被抽。发现“火源”时,甲虫们感到失望,而吸烟者则用鞭子抽打困惑的甲虫,试图咬他们的脖子和手。

它们出现在木材场、糖厂、焦油厂、水泥窑、冶炼厂的热管道和其他设备上,1925年在加利福尼亚州的Coalinga发生了一次巨大的油罐爆炸。在最后一个例子中,火焰高达数百英尺,在30英里外都能看到,但最近的甲虫森林在80英里外。

最后一个细节暗示了猎火甲虫的一些惊人之处:它们能在汽车音响难以接收调频收音机的距离上感知火焰。

事实上,由于已知体积(在本例中为75万桶)燃烧油罐的红外发射量可以合理确定地计算出来,研究管理人员油罐爆炸推断甲虫能探测到红外线辐射强度如此之低以至于它们被埋在周围的热噪声中。但是……如何?

红外辐射它是有关火的可靠信息来源,因为它向外传播时呈明显的梯度,只受湿度的影响。它能非常准确地显示离震源的距离和方向。一个高灵敏度的红外传感器可以探测到来自太空的地面火力。

一只飞行的火焰追逐甲虫似乎正试图向当局投降。它的第二组腿以一个尴尬和不舒服的角度伸向天空。

猎火甲虫的飞行姿势(上),热眼(中),以及阵列中单个感器的横截面(下)。信贷:Schmitz和Bleckmann 1998年

但是甲虫有一个很好的理由。它的腿避开了它的热眼,腿后面布满了红外传感器的凹坑。

火焰追逐甲虫两侧的热眼上布满了约70个红外感受器。每个感受器内部都有一个毛发状的感受器(在上图中称为树突尖端),当感受器因受热而膨胀时,它就会发生物理变形,引发神经反应。

这种节肢动物的毛发传感器非常敏感。蜘蛛拥有被称为看清它们能探测到空气运动,如蛛网或猎物运动引起的空气运动,其灵敏度如此之高,以至于它们能被比空气分子随机运动高不了多少的水平绊倒(布朗运动),或者,如最近一篇关于油罐-火甲虫-敏感性问题的论文的作者提出,“在物理可能的极限”。

除了含有类似的超敏感机械感受器外,火蝠热眼的感受器排列有70-90个。如果一个信号被多个神经元接收到,那么连接阵列的神经元就可以对其进行归纳和放大。因此,热眼能够探测到比单一传感器更柔和的信号。

最后,还有一种可能是,甲虫能够更好地探测隐藏在噪音中的信号,这是由于一种令人毛骨悚然的(对我来说)现象,叫做“随机共振”。在这种情况下,增加了热噪声帮助传感器接收到信号。

低于触发传感器阈值的信号——但仍然接近阈值——将与相同频率的部分热噪声偶然共振。当有更多的噪声时,在那个共振频率就有更多的信号。噪音和信号加在一起,形成的脉冲足以触发传感器,而单独的信号或噪声较小的信号不会触发传感器。令人难以置信的是,有噪音时的测量比没有噪音时更精确。

尽管非常违反直觉,但随机共振已经在生物系统中被反复证明,包括在人类中数次。例如,人类可以探测到一种触摸刺激,而当他们同时暴露在机械振动下时,通常是无法探测到的.与触觉“共振”的那部分振动叠加触发皮肤的机械感受器。疯狂但真实。

因此,尽管猎火甲虫探测火的能力似乎是超自然的,但它可能是基于我们触手可及的物理原理运行的。

参考文献

施密茨,H。和H。布莱克曼。”森林火灾探测黑蝗(鞘翅目:Buprestidae)的感光红外受体."比较生理学杂志182年,没有。5(1998): 647 - 657。

施米茨和鲍萨克。”模拟一次历史上的油罐火灾,可以估计喜火的黑素甲虫的红外感受器的敏感性."《公共科学图书馆•综合》7,不。5 (2012): e37627。