来源：把科学带回家
《还珠格格》中香妃被群蝶簇拥的场景如梦如幻，而现实只会比这更魔幻。
官方消息称，今年5月到6月云南金平县的红河蝴蝶谷将引来一场蝴蝶大爆发。监测员根据观察到的幼虫和蛹的数量预计，到时将会在短期内涌现上亿只蝴蝶！
这并不是蝴蝶谷第一次迎来蝴蝶爆发，那里每隔六七年，条件适宜的时候就会发生一次。而此次将是10年来规模最大的一次，主角是黄褐如枯叶的箭环蝶。
放眼全球，如此规模的蝴蝶爆发，只有北美的君主斑蝶（Danaus plexippus，又称帝王斑蝶）能搞这么大阵仗。
每年冬季到春季，墨西哥中部的松树林会出现大片“枯黄”景象。明明是常绿树，难道是得了传染病枯死了？
不必担心，那里的松树已经见怪不怪，这是它们的老蝶友了。没错，你看到的大片枯黄，是上百万只君主斑蝶密密麻麻聚集在松树上的效果。
占据松林的君主斑蝶 | 图源：Wikipedia
和云南金平的蝴蝶爆发不太一样，它们是栖息当地的蝴蝶集体破蛹，而墨西哥的蝴蝶群是从别处千里迢迢迁徙而来过冬的，它们在那里有多个过冬地点。
君主斑蝶在墨西哥的过冬地点分布 | 图源：iBiology
每年9月到10月，加拿大南部和美国北部的君主斑蝶开始像候鸟一样纷纷南迁，准备飞往更温暖的墨西哥中部过冬。
它们用不及半个巴掌大的小翅膀跨越了长达4000千米的距离，相当于从黑龙江到海南的直线距离。
君主斑蝶看起来和普通蝴蝶无异，是什么支撑这些柔弱身躯完成如此大规模迁徙？
君主斑蝶在全球分布广泛 | 图源：Wikipedia
科学家发现，君主斑蝶的身体为适应迁徙做出了一些“反蝶性”的改变。
其他蝴蝶早已在春夏完成传宗接代使命，然后在秋天随落叶入土，而此时要迁徙的君主斑蝶却“清心寡欲”。秋天降低的气温和缩短的日照让君主斑蝶体内的保幼激素（Juvenile hormone）水平下降，这会抑制蝴蝶的繁殖本能，把所有精力都放在长途迁徙上。
在繁殖欲望降低的同时，这些南迁君主斑蝶的寿命也延长到了9个月。实际上，夏季出生的君主斑蝶自然寿命仅几周。很多地区的君主斑蝶只进行小幅迁徙或根本不迁徙。只有那些HP值大幅增加后的君主斑蝶才可能顺利飞往数千千米之外的目的地。
南迁的君主斑蝶在11月到达墨西哥松林中的过冬地点。它们停歇在树冠上层层叠叠，像从树上长出来的茂密黄叶，就这样静待冬天过去。
待到3月春暖花开，这些君主斑蝶才终于开起了求偶盛会。心系故土的它们并不打算把后代产在这里，而是带着腹中的卵再次出发北上。
君主斑蝶从春季到秋季的迁徙路线 | 图源：Wikipedia
但雌蝶已经等不到归乡产子。出发不久后，它们就会寻找乳草属植物生长茂盛的落脚点，在这些鲜嫩多汁的植物上产卵，好让娃出生后吃喝不愁。
第二代羽化成蝶后继续背负着上一代的使命北上，然而这些夏季出生的后代寿命不到两个月，它们又会在中途繁衍下一代，让第三代继续接力这场马拉松。
君主斑蝶经历4代的迁徙接力 | 图源：Wikipedia
经过整整四代，这场史诗般的大迁徙才完成一轮循环。
这场迁徙别说在昆虫界，就是在整个动物界也堪称奇观。在震撼之余，科学家更困惑的是，这些小飞虫如何能在这么长的路线中不迷失方向？毕竟对人类而言，即使开着导航在城市里依然可能迷路。
在跟踪研究君主斑蝶几十年之后，科学家终于摸清了它们的一些导航机制，这其中涉及了相当复杂的调控系统。
看路最直接的当然是眼睛，但昆虫能感知到我们看不见的光。许多昆虫包括蝴蝶、蜜蜂、蚂蚁的复眼能够探测偏振光，帮助定位方向。偏振光指的是光波朝特定方向振动的光。阳光混合了朝各个方向振动的光，它们被大气中的微粒散射，产生偏振光。这些偏振光以一定模式分布于天穹，并随着太阳方位角变化。
君主斑蝶借助偏振光定向机制 | 图源：iBiology
君主斑蝶复眼探测到的偏振光信息会输入到脑袋里的太阳罗盘系统（suncompass system），它位于脑中央复合体（central complex）。这一脑区能够整合偏振光来源等信息，判断太阳方位角，进而指挥身体的前进方向。
君主斑蝶脑中央的太阳罗盘系统（CC）| 图源：iBiology
这个导航系统的准确性还非常依赖生物钟。科学家曾做过一个实验，打乱君主斑蝶的自然生物钟看它们是否还能够准确导航。
美国马萨诸塞州的研究者用人工光源在室内模拟白天光照，饲养君主斑蝶。对照组按自然规律，早上7点到晚上7点开灯。让蝴蝶适应一周后，上午10点放到户外飞行模拟器中观察蝴蝶的飞行方向，大多数蝴蝶都会按预期朝西南方向，即墨西哥的方向飞行。
君主斑蝶正常节律对照组（蓝点）和节律打乱实验组（红点）的飞行方向 | 图源：iBiology
而实验组则是每天凌晨1点到下午1点让它们处于模拟白天环境下。同样在一周后的上午10点进行相同的实验，结果蝴蝶们开始朝东南方向飞行。这是因为此时蝴蝶的生物钟对应的是下午4点，而非实际时间上午10点，所以它们的太阳罗盘系统是根据下午4点的太阳方位角来判断飞行方向的。
所有动物都有自己的生物钟，这决定了我们的昼夜节律，包括什么时候醒来，什么时候入睡。
动物调控生物钟的结构通常在脑部。君主斑蝶脑部的生物钟同样起着感知昼夜和季节变化的作用，让它们知道何时该迁徙，但对导航起关键作用的生物钟却位于触角。
触角完整的君主斑蝶对照组（蓝点）和触角缺失的实验组（红点）的飞行方向 | 图源：iBiology
君主斑蝶的触角能够感光，而且每根触角都能独立辅助导航。被移除或涂黑触角的君主斑蝶仍能在大脑太阳罗盘系统的指挥下朝特定方向飞行，但各自方向都不一致。
最近还有证据显示，在缺少阳光的情况下，君主斑蝶也能像一些鸟类和哺乳动物那样通过地磁系统导航。
无论是君主斑蝶爆发，还是云南箭环蝶爆发，都多少令人期待，但另一些动物的爆发事件就没那么美好了。
比如蝗虫大爆发。上世纪50年代成千上万的沙漠蝗虫（Schistocerca gregaria）乌云压城般从阿拉伯半岛飞了5000千米，到达非洲西海岸，沿途的庄稼无不遭殃。最近几年，蝗灾又有卷土重来的趋势。
而在今年5月到6月的北美地区，17年蝉的幼虫即将结束17年周期的地下生活，数十亿只蝉破土而出，难以想象到时候的蝉鸣大合唱将会有多震耳欲聋。
17年蝉破土而出 | 图源：Wikipedia 其实动物爆发事件在我们身边并不少见，比如节假日的景区。
