Каждый май в национальном парке Конгари в Южной Каролине происходит редкое явление: тысячи самцов светлячков Photuris frontalis вспыхивают одновременно, создавая завораживающее световое шоу. Исследование ученых из Университета Колорадо (США), опубликованное на сервере препринтов bioRxiv, раскрывает, какие правила лежат в основе этой синхронности и как их можно применить в робототехнике.
Как светлячки подстраиваются друг под друга
Исследователи наблюдали за индивидуальными самцами, помещенными в затемненные палатки, и направляли на них светодиод, имитирующий мигание других светлячков. В ответ насекомые меняли частоту своих вспышек: если свет мигал быстрее, они ускоряли ритм; если медленнее — замедляли.
«В определенное время ночи у светлячков вырабатывается единый ритм для всей группы, и они очень пунктуальны», — говорит Орит Пелег, доцент кафедры компьютерных наук и Института биофронтиров.
Математически исследователи описали поведение с помощью кривой фазового отклика — формулы, показывающей, как светлячки корректируют свой ритм под внешние сигналы. Эксперимент напоминал зрителя в переполненном зале, пытающегося хлопать в такт музыке.
Древние ритмы на болоте
Для наблюдений аспирант Оуэн Мартин проводил ночи среди болот Конгари, где высокие кипарисы и тупело отражают мерцающий свет.
«Есть ощущение, что все здесь древнее. Иногда кажется, что видишь ритмы, существовавшие задолго до появления людей», — вспоминает он.
В естественных условиях светлячки мигают примерно один-два раза в секунду. Если внешний источник света появляется чуть раньше или позже их вспышки, насекомые корректируют собственный ритм. Игнорировать сигнал они начинают только при сильном расхождении с естественным темпом.
Применение в технологиях
Математическая модель синхронизации светлячков может стать основой для управления роевыми роботами. Каушик Джаярам, инженер из Имперского колледжа Лондона, объясняет, что визуальная синхронизация между дронами может быть более экономной и надежной по сравнению с радиочастотными системами.
«Если роботы действуют одновременно, они добиваются гораздо большего», — добавляет Пелег.
Такие системы помогают понять и другие примеры синхронности в природе: от коллективной активации нейронов до биологических часов клеток организма. Исследования светлячков открывают путь к новым технологиям без централизованного контроля.
Волшебство и наука
Синхронное свечение светлячков Конгари — не только визуальное чудо, но и учебная модель для науки и техники.
«Это исследование открывает двери для обнаружения других примеров синхронизации в природе, которые мы еще не видели. Светлячки учат нас гармонии действий и взаимной подстройки, вдохновляя как на изучение живой природы, так и на создание роботов будущего», — отмечает Мартин.
Животные, которые умеют светиться: самые красивые фотографии
Что такое мурмурация или почему скворцы «танцуют»
Читайте «Мою Планету» в Telegram