Сегодня редкие Дымчатые горные светлячки являются туристической достопримечательностью. Двадцать лет назад наука не верила в их существование.
Ровно в 9:27 вечера, когда сумерки переходят в темноту в национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс, начинается “световое шоу”. Сейчас июнь, и в течение двух недель в Элкмонте, штат Теннесси, светлячки объединяют свои усилия. Вместо рассеянных вспышек света в летнем небе светлячки—тысячи из них—пульсируют так часами, вместе в жуткой, тихой гармонии. Это как если бы на деревьях были развешаны рождественские гирлянды: яркие в течение трех секунд, темные в течение шести, а затем снова яркие, снова и снова. Так продолжается несколько часов.
В детстве собиралась со своей семьей на крыльце хижины, чтобы посмотреть на это зрелище. Они сидели, загипнотизированные “барабанным боем без звука". И хотя они ценили шоу на протяжении многих поколений, Фауст никогда не думал, что это событие достойно новостей. “Я предполагала, что есть только один вид светлячков, и думала, что они устроили хорошее шоу в Смоки”, - говорит она.
Мир природы давно очаровал меня. В колледже она специализировалась на судебной антропологии и специализировалась на лесном хозяйстве. В свои двадцать лет она три года путешествовала по земному шару, посещая острова, до которых можно было добраться только на лодке, изучая культуры до того, как они исчезли, занимаясь подводной фотографией. Сегодня, в 60 лет, она натуралист, которая пишет научные статьи и полевые руководства о светлячках. Но она не всегда была одержима насекомым. На самом деле ее академический интерес начался только в 90-х годах, когда она прочитала статью Стивена Строгаца, математика из Корнелла, в которой он восхищался видом светлячка из Юго-Восточной Азии, который синхронизировал свои вспышки. Подчеркивая, насколько редким было это явление, Строгац отметил, что в Западном полушарии не было синхронных светлячков.
Это показалось Фаусту странным. Это противоречило световым шоу, которые она видела в детстве. По мере того, как она копала глубже, Фауст обнаружила, что, хотя в разговорной речи о североамериканских светлячках, мигающих синхронно, насчитывалось более 100 лет, ученые игнорировали эти сообщения, приписывая их знаниям или оптической иллюзии. Фауст знал правду: ее светлячки-тенниссе были такими же особенными, как и другие виды в Азии. Но как она могла это доказать?
Светлячки—или светлячки—молнии-возможно, самое близкое, что есть у природы, к волшебному трюку: освещению мира изнутри. Технически это биолюминесцентные жуки. Их свечение происходит в результате внутренней химической реакции, которая сочетает кислород и кальций с рядом ферментов, в том числе ключевым источником света, называемым люциферином. Жуки мигают по множеству причин: для общения, для привлечения партнеров, для отпугивания хищников. Но для существ столь поразительных они также обычны. Во всем мире насчитывается примерно 2000 видов, а в одной только Северной Америке-125 или более, где их отлов является детским обрядом посвящения.
Более 20 лет назад Фауст написал Строгацу письмо после прочтения его статьи. Он связал ее с Джонатаном Коуплендом, биологом и профессором Южного университета Джорджии, который изучал поведение светлячков в Малайзии и Индонезии. Коупленд скептически отнесся к рассказу Фауста. Сообщения о синхронности уже попадали на его стол раньше, но никогда не появлялись. “Догма гласит, что они не синхронизируются в Северной Америке”, - говорит он.
Тем не менее, он потакал Фаусту, прося ее описать то, чему она стала свидетелем, нарисовав “музыкальную партитуру”. В детстве Коупленд, тубист, мечтал играть с Бостонским симфоническим оркестром. С тех пор музыка доминировала в его подходе к миру природы. В аспирантуре он изучал и документировал ритмичные выпады и удары богомолов. Он придерживался аналогичного взгляда на поведение светлячков и обнаружил, что если бы люди отображали синхронные ритмы, свидетелями которых они были, он мог бы отделить поддельную учетную запись от реальной. Прикладывая карандаш к бумаге, Фауст нервничал. “Смотреть на это с научной точки зрения очень отличается от того, чтобы сидеть в своем кресле-качалке с одеялом и наслаждаться этим”, - говорит она. “Я не хотел выглядеть полным идиотом”.
Когда пришла ее записка, “это выглядело как синхронность на бумаге”, - говорит Коупленд. В июне 1993 года он был достаточно заинтригован, чтобы совершить восьмичасовую поездку в Элкмонт. Он въехал на подъездную дорожку к коттеджу, когда наступили сумерки, не было видно никаких следов насекомых, и быстро заснул—только для того, чтобы проснуться от вспышек света вокруг него. “Это было совершенно очевидно—никаких сомнений!” - вспоминает он. Он бросился искать телефон-автомат, чтобы позвонить своему коллеге Энди Мойсеффу. “Должно быть, было около полуночи”, - говорит он. “Я сказал: "Энди, Энди, ты должен это видеть, они мигают синхронно!’ Энди засмеялся и сказал:”Докажи это", как любой хороший ученый". Следующим летом именно это и намеревались сделать Коупленд, Фауст и Мойсефф, профессор физиологии в Университете Коннектикута. Это было маловероятное партнерство, но из этой троицы получилась грозная команда. Коупленд—нейроэтолог, он изучает нейронные основы поведения животных. Фауст, невозмутимая путешественница и внимательный наблюдатель, знает местность и ее дикую природу как свой дом. А Мойсефф-компьютерный гений, со склонностью придумывать теории и создавать устройства для их проверки.
Все трое доставили лабораторное оборудование, микроскопы, видеокамеры, компьютеры и образцы насекомых на места по всему Смоки. Они начали в Элкмонте, но быстро разветвились, чтобы определить, насколько широко распространено это явление. Они притащили жучков обратно в лабораторию, чтобы провести покадровый анализ вспышек. В дикой природе “они явно были синхронизированы", - говорит Коупленд. Но когда они повторили тест с отдельными светлячками в одногаллонных морозильных пакетах, поведение изменилось. Если насекомое не могло видеть другое, они больше не мигали синхронно. К 1995 году у команды были необходимые данные.
“Это была горячая новость в сообществе светлячков”,-говорит Коупленд. В Азии известно четыре синхронных вида светлячков, и они меньше, чем вид команды, Photinus carolinus. “Их вспышка слаба по интенсивности, но то, чего им не хватает по интенсивности вспышки, они компенсируют цифрами”, - говорит Коупленд. Они обычно остаются неподвижными на деревьях вдоль реки, в отличие от каролинусов, которые летают по лесу. “У нас все сложнее", - говорит Фауст.
Доказать существование синхронности у светлячков в Западном полушарии было захватывающе, но это вызвало вопросы о том, почему они так вспыхивали. И чем это отличалось от того, что делали их когорты в Азии, или, если уж на то пошло, от того, как вели себя их родственники-асинхроны в Северной Америке и даже в других местах парка? В течение следующих двух десятилетий Коупленд и Мойсефф каждое лето вместе с Фаустом изучали светлячков, полные решимости понять этих волшебных существ. Но как только они приблизились, все в Элкмонте изменилось.
Поначалу лес был в полном распоряжении команды. “В прежние времена нас было бы трое и странный незнакомец, который рыбачил”, - говорит Мойсефф. На самом деле, когда Фауст впервые сообщил чиновникам парка о световом шоу, они ей не поверили. В 1992 году ее семье пришлось отказаться от своего коттеджа, когда правительство взяло под контроль аренду курортного сообщества. К тому времени Фауст заметил, что поведение светлячков, казалось, было локализовано: световое шоу, казалось, не происходило даже в полумиле от этого населенного пункта. Она предположила, что синхронное поведение может быть связано с необычными условиями вблизи домов. Но когда она указала на это, чиновники парков предположили, что ее заявления были сфабрикованной попыткой сохранить ее домик.
Наконец, в 1996 году администрация парка отправила рейнджера в лагерь исследователей для расследования. “Это была забавная ночь", - вспоминает Фауст. “У нас был этот древний компьютер, установленный на крыльце, и рождественские гирлянды, развешанные по всему холму, чтобы посмотреть, сможем ли мы контролировать ритм вспышек светлячков при выключении и включении света. Он такой: "Где они?" И вдруг они оказались там. Парень говорит: "О, Боже мой". Он повторил это примерно шесть раз”, - говорит Фауст. На следующую ночь за ними наблюдали 20 рейнджеров.
К началу 2000-х годов слухи распространились. По словам одного из надзорных рейнджеров парка, Кента Кейва, “Были изгибы крыльев, ярость на дорогах, толпы людей”. Дымчатые горные светлячки стали настоящей достопримечательностью для туристов. В 2006 году парк организовал троллейбусное сообщение от парковки до смотровой площадки в пиковые ночи, закрыв доступ отдельным автомобилям. “Подъезжали люди. Они могли проехать пять часов из Алабамы или из Лексингтона и не смогли попасть внутрь”, - говорит Кейв.
Сегодня туристы заранее бронируют места для парковки онлайн. После того, как был предсказан пик появления светлячков в этом году, бронирование на просмотры в июне начинается в конце апреля. Места занимают считанные минуты. Световое шоу стало крупнейшим из специальных мероприятий парка, в котором за последние годы приняли участие до 12 000 человек. Но, как говорит Кейв, “Наша самая большая головная боль-предсказывать, когда эти маленькие жукеры вспыхнут”. Для этого тоже есть система. “Давление, с которым я говорю людям, когда прийти посмотреть на светлячков, началось 20 лет назад”, - говорит Фауст. “Как и все в природе, это не совсем предсказуемо, но я разработал математический способ выяснить это”.
Сегодня энтомолог парка Бекки Николс полагается на модель Фауста "День ученой степени", чтобы определить, когда появятся светлячки. Уравнение специфично для Photinus carolinus и полагается на данные о температуре, которые Фауст и Николс начинают собирать в начале марта. “Вы берете высокие и низкие температуры и включаете их в формулу, чтобы определить накопление роста личинок”, - объясняет Николс. “Проблема в прошлом заключалась в том, что у нас не было хороших данных о температуре”. Крошечные регистраторы температуры, прикрепленные к деревьям для определения температуры воздуха и к земле для определения температуры почвы, устранили эту проблему. У Фауста также есть свой собственный регистратор данных, и две женщины сравнивают результаты по мере роста числа, надеясь независимо прийти к одному и тому же прогнозу.
Хотя они рады, что публика ценит световое шоу, его популярность горько-сладка. Мероприятие слишком переполнено, чтобы ученые могли продолжить исследования на месте, поэтому они перебрались в другие районы в Аппалачских горах. Как печально говорит Коупленд, “Мы больше не можем там работать, потому что это туристическая достопримечательность, и мы в значительной степени несем за это ответственность”.
Так почему же Фотин каролинус вспыхивает вместе? Никто до конца не разобрался в этом, говорит Фауст. Но есть теории. В статье 2010 года, опубликованной в журнале Science Мойсефф и Коупленд предполагают , что синхронность не позволяет самке светлячка запутаться при поиске партнера. В эксперименте с использованием электронного симулятора со светодиодами они обнаружили, что несогласованные стимулы-слишком много света, исходящего из слишком многих мест в разное время,—подавляли реакцию самки светлячка. Когда вспышки были скоординированы, самки могли четко отправлять свои сообщения самцам. Фауст согласен с тем, что синхронность у каролинуса связана со спариванием.
Мойсефф, который больше всего интересуется мозгом и нервными клетками светлячка, задается вопросом, что в глазах насекомого помогает ему обрабатывать информацию. Некоторые данные показали, что при определенных обстоятельствах светлячок может определить, откуда исходит вспышка. Он говорит, что это может означать, что мозг насекомого может распределять информацию по различным путям обработки—то, что делают приматы и люди, но мы не думаем, что это делают насекомые. Это проблема, которую он все еще изучает: “Как простая нервная система приспосабливается к этому? Каков механизм?”
Моисефф также указывает, что синхронность Фотина важна не потому, что это явление настолько редкое, а потому, что оно меняет нашу точку зрения на многие способы взаимодействия живых существ. Имея всего один доказанный случай в США, ворота широко открылись для открытия других. В 1998 году Коупленд и Моисефф показали, что вид на побережье Джорджии и Южной Каролины, Photuris frontalis, также был синхронным. Кроме того, вид Photinus pyralis Коупленд говорит, что это “слабо синхронно”. Как только вы обнаружите, что другие виды делают это, “внезапно они перестают быть причудой природы. Вместо этого у них есть решение конкретной экологической проблемы”, - говорит Моисефф.
Последние несколько лет Мойсефф и Коупленд держали свои исследования светлячков ближе к дому. “В течение первых 10 лет мой супруг очень поддерживал меня", - говорит Коупленд о своей работе в Теннесси. “Затем она начала задавать вопросы о значении”. В этом году он уходит со своей должности в Южной Джорджии и, шутя в сторону, рассматривает возможность идентификации Фотинаэта синхронность станет одним из самых ярких событий его жизни. “Я вырос в пригороде, когда боялся темноты, и я оказался [один] в лесу со светлячками”, - говорит он. “Прозорливость—и мышление, которое уводит вас от кабельного телевидения,—играют определенную роль в науке”.
Фауст, со своей стороны, все еще связана со светлячками. Она работает над полевым руководством, которое будет включать изображения из ее коллекции из более чем 60 000 фотографий. И ее семейный домик по-прежнему гордо стоит на том же месте, где она впервые увидела световое шоу. Но это не совсем то же самое. Хижина теперь принадлежит парку, и она и ее семья больше не сворачиваются калачиком на этом крыльце под толстыми одеялами, ожидая начала пульсирующего зрелища. Однако одна вещь не изменилась: независимо от того, сколько раз Фауст видел шоу, Фотин Каролинусвозвращение каждое лето по-прежнему вызывает трепет. “Самый большой удар-это пытаться предсказать первую ночь", - говорит она. “Увидеть это первое и подумать: ‘Ого, это снова случилось”"