对飞行行为的新理解在机器人、公共安全方面具有潜在的应用价值

为什么空气静止时苍蝇会绕圈飞？为什么这很重要？在内华达大学《当代生物学》发表的一篇论文中，雷诺大学助理教授Floris van Breugel和博士后研究员S.David Stupski回答了这个以前没有回答的问题。他们的答案可能是公共安全的关键，特别是如何更好地训练机器人系统来追踪化学品泄漏

“我们目前还没有机器人系统来追踪气味或化学羽流，”van Breugel说。“我们不知道如何有效地找到风载化学物质的来源。但昆虫非常擅长追踪化学物质羽流，如果我们真的了解它们是如何做到的，也许我们可以训练廉价的无人机使用类似的过程来寻找化学物质和化学物质泄漏的来源。”

了解昆虫如何追踪化学物质的一个根本挑战——基本上，苍蝇是如何在你的厨房里找到香蕉的--风和气味不能独立操纵

为了应对这一挑战，van Breugel和Stupski使用了一种新方法，通过基因引入光敏蛋白，一种称为光遗传学的方法，可以远程控制飞行果蝇触角上的神经元，特别是“嗅觉”神经元。这些实验使得在不同的风况下为苍蝇提供相同的虚拟嗅觉体验成为可能

van Breugel和Stupski想知道的是：当没有风的时候，苍蝇是如何发现气味的？毕竟，这可能是苍蝇在厨房里找香蕉的风体验。答案在题为“自由飞行中的风门嗅觉驱动搜索状态”的文章中。据van Breugel介绍，苍蝇利用环境线索来检测和响应气流和风向，以找到食物来源。在有风的情况下，这些线索会触发一种自动的“投掷和浪涌”行为，在这种行为中，苍蝇在遇到化学羽流（指示食物）后会冲向风中，然后在失去气味时投掷——左右移动。科学家们早就了解了投掷和浪涌行为，但据van Breugel说，昆虫是如何在静止的空气中寻找气味的，这从根本上来说是未知的

通过他们的工作，van Breugel和Stupski发现了另一种自动行为，下沉和循环，这涉及降低高度和在一致方向上重复快速转弯。苍蝇持续不断地重复这种天生的动作，甚至比投掷和浪涌行为更为明显

根据van Breugel的说法，这一发现最令人兴奋的方面是，它表明飞行苍蝇在部署在这些条件下效果良好的策略之前，显然能够评估风的条件——风的存在和方向。他们能做到这一点实际上相当令人惊讶；如果你把头伸出一辆行驶的汽车的窗户，你能分辨出是否有微风吗

苍蝇不仅仅是像一个简单的机器人一样，每次对气味都有相同的预编程反应；他们正在以与上下文相适应的方式做出回应。这些知识有可能被应用于训练更复杂的气味检测无人机算法，以找到化学物质泄漏的来源

所以，下次你试图在家里拍苍蝇时，请考虑这样一个事实，苍蝇实际上可能比你更了解它们的一些自然环境。也许只是打开一扇窗户让它出去 More information: Wind Gates Olfaction Driven Search States in Free Flight, Current Biology (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.07.009. www.cell.com/current-biology/f … 0960-9822(24)00912-6

Journal information: Current Biology