Ежегодно в течение всего двух коротких недель в июне в лесах на юго-востоке США происходит невероятное явление. Стаи тысяч самцов светлячков взлетают в сумерках, их животы ярко вспыхивают в захватывающем дух синхронизированном брачном шоу.

Это так же загадочно, как и красиво. На протяжении как минимум столетий люди во всем мире задавались вопросом, как эти жуки координируют свой танец света. Объяснения варьировались от ветра, обнажающего светящиеся животы, до простого совпадения. Один известный автор для журнала Science в 1917 году даже предположил, что это была иллюзия, порожденная собственным морганием зрителя.

С тех пор исследования показали, что синхронизация действительно существует. А математические модели показали, как синхронность вспышек светлячков развивается с течением времени. Но механизм, посредством которого произошла эта синхронизация, оставался неуловимым.

«Это что-то встроенное в светлячков, что заставляет их хотеть синхронизироваться?» - сказал физик Рафаэль Сарфати из Университета Колорадо в Боулдере. «Или это что-то более зависящее от контекста, возможно, от их среды?»

Теперь новое исследование, проведенное Сарфати, добавило недостающий ингредиент: трехмерное пространство.

После создания стереоскопического видео роя светлячков (Photinus carolinus) в национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс в Теннесси в США, исследовательская группа восстановила мигание в трехмерном пространстве. И они обнаружили, что не существует какого-то странного врожденного ритма светлячков; скорее, светлячки синхронизируются, копируя светлячков вокруг себя.

Сбор данных проходил в июне прошлого года. Сарфати и его коллеги вышли в национальный парк, установили палатки и две камеры с обзором на 360 градусов.

Они записали столько проявлений спаривания, сколько смогли. В течение примерно 90 минут в день, начиная через полчаса после захода солнца, они записывали, как светлячки начали светиться, а затем вспыхивали в повторяющейся схеме: несколько коротких мерцаний в кластере, за которыми следовала пауза в несколько секунд, а затем еще мерцание. Когда светлячки синхронизируются, кажется, что свет волнами пробегает по местности.

Команда также заметила, что рой оставался на расстоянии примерно двух метров от земли, и форма стаи точно соответствовала форме местности - тем лучше, чтобы не упускать из виду самок, которые остаются ближе к земле.

Когда команда выявила отдельных жуков в палатках, все стало интересно. Они потеряли всякий смысл происходящего снаружи ритма. Они время от времени мигали, совершенно не синхронизировавшись с основным роем. Все стало еще интереснее, когда в палатку добавили небольшое количество светлячков. Приблизительно с 15 светлячками мигание все еще было беспорядочным. Но при более высоких цифрах они снова начали синхронно вспыхивать вместе.

«Когда вы начинаете собирать 20 светлячков вместе, тогда вы начинаете наблюдать за тем, что видите в дикой природе», - сказал Сарфати. «У вас есть регулярные вспышки, и все они синхронизированы».

Составное изображение светлячков, вспыхивающих в лесу в национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс. Фото: Peleg Lab

Это говорит о том, что синхронность носит социальный характер. Светлячки видят, что делают другие светлячки в непосредственной близости от них, и отвечают тем же, в результате чего возникает световая рябь, немного похожая на стадионную волну.

Что касается того, почему, это до сих пор загадка. Есть одна теория, согласно которой синхронность возникла потому, что периоды темноты позволяют самцам обнаруживать более слабую вспышку самок жуков, когда они реагируют на световое шоу - своего рода световой сигнал и ответ.

Математическое моделирование, полученное в результате этого исследования, станет ценным инструментом для изучения моделей вспышек других видов светлячков. Выяснение того, как это происходит и почему возникло, также может помочь нам понять другие примеры синхронности в природе.

«Такая синхронизация наблюдается во многих природных системах», - сказал физик Орит Пелег из Университета Колорадо в Боулдере. «Клетки в наших сердцах сгибаются и сокращаются одновременно. Нейроны в нашем мозгу также синхронизируются».

Возможны и практические применения. Синхронизация жизненно важна для многих технологий, таких как радиосвязь, GPS и параллельные вычисления. Растущая область - это групповая робототехника, где рой маленьких роботов можно синхронизировать, чтобы они работали вместе, как насекомые, для выполнения задачи.

И если узнать немного больше об этих, казалось бы, волшебных существах, это также поможет защитить их.

«Так много людей имели положительный опыт общения со светлячками», - сказал Сарфати.

«Они также очень хрупкие в нашем мире. Многие виды сокращаются по всему миру, потому что световое загрязнение становится все больше и больше».

Исследование было опубликовано в журнале Journal of the Royal Society Interface.

Источник: Science Alert