Во время типичного лета на юго-востоке США потоки посетителей направляются в национальный парк Грейт-Смоки-Маунтинс, чтобы увидеть одно из самых захватывающих явлений света в природе: тысячи самцов светлячков, мигающих вместе в почти идеальной гармонии.
«Это самое прекрасное биологическое явление, которое я когда-либо наблюдала», - сказала Орит Пелег, доцент кафедры компьютерных наук и института BioFrontiers Университета Колорадо в Боулдере.
В исследовании, опубликованном сегодня в Journal of The Royal Society Interface, она и члены ее лаборатории пролили новый свет на это прекрасное явление, стремясь понять, как относительно простым насекомым удается координировать такие подвиги синхронизации.
Команда обнаружила, что световые шоу могут быть более сложными, чем предполагали ученые: вместо того, чтобы мигать в соответствии с каким-то врожденным ритмом, светлячки, кажется, наблюдают за тем, что делают их соседи, а затем корректируют свое поведение в соответствии с ними.
Команда Пелега надеется, что исследование вдохновит гражданских ученых во всем мире выйти и помочь защитить популяции этих харизматичных существ. Некоторые из этих видов насекомых, которые используют свое свечение для привлечения партнеров, конкурируют за внимание с человеческими источниками света.
"У многих людей был положительный опыт общения со светлячками", - сказал Рафаэль Сарфати, ведущий автор нового исследования и научный сотрудник CU Boulder. «Кроме того, они очень хрупкие. Многие виды по всему миру вымирают из-за все большего и большего светового загрязнения».
Один в стае
Как описывает это Пелег, шоу светлячков заканчивается почти сразу же, как начинается. Самцы, принадлежащие к виду Photinus carolinus, вспыхивают только около двух недель каждый июнь, а затем всего на несколько часов ночью.
Изучение их - «это постоянная гонка со временем», - сказал Пелег.
Тем не менее, это зрелище обязательно нужно увидеть: во время спаривания стаи самцов держатся низко над землей, чтобы лучше хвастаться перед самками, прячущимися в опавших листьях внизу. Они также вспыхивают с отчетливым ритмом: несколько быстрых вспышек света, за которыми следует пауза в несколько секунд, затем еще несколько вспышек. Лично дисплей выглядит как волна света, проходящая над склоном холма.
На сегодняшний день ученые изо всех сил пытаются объяснить, как работает эта синхронизация.
"Это что-то запрограммированное в светлячках, что заставляет их синхронизироваться?" - сказал Сарфати. «Или это что-то более контекстно-зависимое, возможно, основанное на их окружении?»
Чтобы это выяснить, исследователи отправились в национальный парк Грейт-Смоки-Маунтинс в июне 2019 года. Там они установили две 360-градусные камеры в лесистой местности - новый технологический подход, который позволил команде наметить местоположения. жуков, мигающих поблизости. Группа также установила поп-палатку на месте и выпустила несколько светлячков в изолированную среду за раз.
"Это было, по сути, как будто мы были одними из светлячков в рое", - сказал Сарфати.
Следуйте за лидером
Исследователи, ставшие светлячками, нашли то, что искали: самцы светлячков P. carolinus, как сообщает команда, ведут себя неодинаково, когда они одни, и в большой группе.
Когда исследователи, например, помещали одного самца в поп-палатку в одиночестве, этот жук мигал без хорошего чувства ритма - несколько вспышек здесь, несколько вспышек там. Однако увеличилось количество светлячков, и все начало меняться.
«Когда вы начинаете собирать вместе 20 светлячков, тогда вы начинаете наблюдать за тем, что видите в дикой природе», - сказал Сарфати. «У вас регулярные вспышки вспышек, и все они синхронизированы».
Светлячки, другими словами, скорее всего, не запрограммированы на мигание по определенному шаблону. Вместо этого их световые дисплеи кажутся более социальными. Насекомые наблюдают за тем, что делают их соседи, и пытаются следовать за ними. Выводы группы, по словам Пелега, могут помочь исследователям узнать больше о ряде других видов синхронного поведения в природе и, возможно, когда-нибудь спроектировать роящихся роботов, которые будут действовать в тандеме.
«Такая синхронность встречается во многих природных системах», - сказал Пелег. «Все клетки нашего сердца изгибаются и сокращаются одновременно. Нейроны в нашем мозгу также синхронизируются».
По ее словам, исследователям также сложно отслеживать популяции светлячков в дикой природе. Ее команда считает, что подход с 360-градусной камерой может стать решением, возможно, позволяя любому отправиться в лес, чтобы следить за местными светлячками. Пелег, по крайней мере, не хочет, чтобы свечение этих насекомых исчезло.
"Всегда были эти последние полчаса ночью, когда мы устали и сидели в лесу, ожидая, когда светлячки перестанут мигать", - сказала она. «Это была самая расслабляющая часть этой работы».
Другими соавторами нового исследования являются Джули Хейс, бывшая студентка CU Boulder, получившая степень бакалавра, и Эли Сарфати из Supinfogame Rubika во Франции.