какое насекомое светится в темноте
11 крутых фактов о светлячках, которые вы не знали
Вспышки светлячков в теплую летнюю ночь напоминают многим из нас о нашем беззаботном детстве и ощущении чуда. Летними вечерами их видели, я думаю, очень многие, а кто-то, вполне возможно, даже держал в руках эти волшебные сгустки света.
И, возможно, из-за того, что мы часто их встречали в детстве, гоняясь за ними, наблюдали их на картинах, в фильмах и книгах, мы можем подумать, что знаем все об этих простых насекомых. Тем не менее, у наших ярких друзей есть темная сторона, которая включает малоизвестные истории об обмане, отравлении и даже убийствах. И раз до лета осталась пара недель — вот вам 11 классных фактов о светлячках, про которые вы могли не знать.
Светлячки — это жуки. Называете ли вы их светлячками (fireflies) или светящимися клопами (lightning bugs), эти насекомые не являются ни мухами (flies), ни настоящими клопами. Вместо этого они — жуки, как божьи коровки и жуки-носороги. Как и у других жуков, у светлячков есть пара укрепленных передних крыла, называемых надкрыльями, под которыми прячутся задние крылья. Надкрылья поднимаются при взлете, как двери на некоторых автомобилях, освобождая крылья для полета.
В мире существует более 2000 видов светлячков. Светлячки встречаются по всему миру, на всех континентах, кроме Антарктиды, и они невероятно разнообразны. Даже в одной среде обитания может жить сразу несколько их разновидностей. На самом деле, вы, смотря на их огоньки по ночам, скорее всего видите сразу несколько видов этих необычных существ.
Вспышки — это светлячий язык любви. Светлячки используют вспышки в качестве сигналов к спариванию. Вспышки, которые вы видите, как правило, идут от мужчин, ищущих женщин. Во время полета они вспыхивают определенным образом, надеясь на женский ответ. Если женщине, ожидающей в траве или кустах, нравится то, что она видит, она отвечает собственной вспышкой. Они будут участвовать в этом мерцающем «разговоре», пока самец не найдет самку. У каждого вида есть свой собственный паттерн вспышек — код, который позволяет им идентифицировать подходящих партнеров одного и того же вида.
Самые большие в мире светлячки, относящиеся к виду Lamprigera, пусть и выглядят как личинки чужого, пугаться их не стоит, они абсолютно безопасны. Встретить их можно, например, в Тайланде.
Не все светлячки вспыхивают. В то время как все светлячки светятся в своих личиночных формах, есть много видов светлячков, которые не используют свет во взрослом состоянии в качестве сигналов к спариванию. Вместо этого такие «темные» светлячки используют для общения воздушные запахи, такие как феромоны.
Светлячки проводят большую часть своей жизни в личиночной стадии. Хотя не все взрослые особи излучают свет, все светлячки имеют светящиеся личиночные стадии. Бронированные, похожие на гусениц личинки — злобные хищники, выслеживающие и употребляющие в пищу слизней, улиток и дождевых червей. Они могут провести до двух лет в таком состоянии, прежде чем превратятся во взрослых особей. А вот последние могут жить лишь пару недель, и большинство из них не ест в это время — они просто спариваются, откладывают яйца и умирают. Это означает, что светлячки, которых вы увидите в парках этим летом, являются результатом успешных спариваний 2017 года, и они будут родителями светлячков, которых вы не увидите вспыхивающими до 2021 года.
Светлячки вида Photuris заманивают ничего не подозревающих самцов других видов на смерть. Самки одного вида светлячков, Photuris, получили прозвище «роковые женщины». В отличие от большинства видов, эти светлячки питаются, будучи взрослыми. Подражая вспышкам других видов светлячков, самка заманивает к себе ничего не подозревающих самцов. Таким образом, обманутый мужчина станет основным блюдом ее обеда. Охота на самцов других видов позволяет самкам Photuris получать токсины, называемые люцибуфагинами, которые они затем откладывают в свои яйца в качестве химической защиты.
«Роковые женщины» прокрадываются на паутину, чтобы украсть добычу. Хищные представительницы вида Photuris были пойманы на краже запутавшихся в паутине светлячков — такое поведение называется клептопаразитизмом. Вопрос, как они идентифицируют свою недееспособную добычу и выходят из паучьих сетей невредимыми, остается без ответа.
Нет, это не фотошоп, а шоу светлячков в Теннесси, снятое с длинной выдержкой.
Светлячки могут быть больше, чем вы думаете. Самки вида Lamprigera могут вырастать до размера вашей ладони. Они намного крупнее своих мужских собратьев и не имеют крыльев. За их свечение по ночам отвечают два больших световых органа на животе.
Есть зимние светлячки. В то время как светлячки для многих ассоциируются с летом, есть один североамериканский вид, который активен зимой. Будучи взрослыми, эти зимние светлячки не излучают свет и прячутся в коре деревьев, поэтому они долгое время оставались незамеченными. Появляются они в сентябре, чтобы найти места для зимовки, после чего ютятся в бороздчатой коре больших деревьев зимой, где находят друг друга по сигналам феромонов в апреле и мае, спариваются, откладывают яйца и уходят до прибытия своих летних коллег.
Некоторые светлячки вспыхивают в унисон. Некоторые виды светлячков имеют уникальный способ выполнения своих брачных ритуалов: они синхронизируют свои вспышки. По-настоящему синхронные светлячки встречаются в Юго-Восточной Азии. Они собираются в огромные колонии на деревьях и мигают в унисон. Другие виды синхронизируют свои вспышки в течение нескольких секунд, появляясь в виде волн света и тьмы, которые струятся по лесу. Их можно найти на восточном побережье США от Джорджии до северной Пенсильвании. Каждый год тысячи людей совершают поездки, чтобы стать свидетелями «светового шоу» по синхронному мерцанию Photinus carolinus в Элкмонте в Национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс и поучаствовать в фестивале светлячков в Пенсильвании в Национальном лесу Аллегейни.
Популяциям светлячков угрожает световое загрязнение. Наружное освещение не позволяет светлячкам видеть вспышки друг друга. Таким образом, им трудно найти себе пару. Другие потенциальные угрозы включают утрату среды обитания из-за использования пестицидов и изменения климата. Так что если вы живете за городом — выключайте свет по вечерам во время сезона светлячков, и они будут радовать вас своим свечением долгие годы.
Светлячок насекомое. Образ жизни и среда обитания светлячка
Кто наблюдал погожими летними вечерами при первых появлениях сумерек удивительное и необычное свечение в траве? Все вокруг принимает сказочный образ. Какое-то необычайно загадочное излучение исходит от этих светящихся точек.
Постоянно преследует предчувствие чего-то сказочно хорошего. Что это за чудо природы? Это нечто иное, как светлячки, о которых снято много детских мультфильмов и сказок.
Каждый человек знает об этом удивительном насекомом еще с раннего детства. Светлячок в саду интригует и завораживает, манит и привлекает своими необычными способностями.
На вопрос, почему мерцают светлячки до сих пор нет однозначного ответа. Чаще всего научные сотрудники склоняются к одной версии. Якобы такой сказочный и необычный свет излучает самка светлячка насекомого, которая таким образом пытается обратить на себя внимание противоположного пола.
Такая связь любви между полами светлячков и таинственное их свечение были замечены еще в далекие времена, почему предки издавна связывают особенное их свечение и праздник Ивана Купала.
А ведь действительно именно в первых числах июля это насекомое наблюдается чаще всего. Раньше светлячков называли ивановыми червячками. Относятся они к отряду жуков лампиридов. Не везде можно наблюдать такую красоту.
Но те люди, которые увидели ее хоть раз в своей жизни с восторгом говорят, что это незабываемое и впечатляющее зрелище. Фото светлячков не настолько шикарно передает всю их прелесть, но на него тоже можно долго смотреть с замиранием сердца. Это не только красиво, но и романтично, впечатляюще, завораживающе, маняще.
Особенности и среда обитания
В настоящие дни в природе насчитывается около 2000 видов светлячков. Их невзрачный внешний вид в дневное время никак не ассоциируется с той красотой, которая излучается от светлячков ночью.
Размеры насекомого небольшие, они колеблются от 2 мм до 2.5 см. На их небольшой головке видны крупных размеров глаза. Тело светлячка узкое и продолговатое. Их небольшие, но хорошо заметные усики и такая форма тела часто заставляют многих людей сравнивать светлячков с тараканами.
Но это только небольшое внешнее сходство. Кроме этого абсолютно ничего общего у насекомых нет. У разных видов по-разному развиты отличительные черты между самцами и самками. Есть такие, которые практически ничем не отличаются.
А есть светлячки с особо хорошо выраженным диморфизмом. В таких случаях самцы имеют настоящий облик светлячков, а самки больше напоминают их собственные личинки.
Есть крылатые светлячки, которые прекрасно умеют летать, а есть и червеобразные самки, которые предпочитают поменьше двигаться. В окрасе светлячков насекомых преобладает черный, серый, коричневый оттенки.
Основной особенностью светлячков является их светящийся орган. Почти у всех их видов расположение этих светящихся «приборов» наблюдается в конце брюшка. Есть и такие светлячки, у которых «фонарики» светятся вдоль их тела.
У всех этих органов принцип маяка. С помощью групп клеток-фитоцидов, которые находятся в тесном соседстве с трохеями и нервными клетками освещение поступает к основной «лампе» на насекомом.
У каждой такой клетки есть свое вещество, являющееся топливом с названием люциферин. Вся эта сложная система светлячка работает при помощи дыхания насекомого. При его вдохе происходит перемещение воздуха по трахеям в орган свечения.
Там происходит окисление люциферина, что высвобождает энергию и дает свет. Фитоциды насекомого устроены настолько продуманно и тонко, что в них даже не расходуется энергия. Хотя об этом им не стоит беспокоиться потому, что работает данная система с завидной трудоемкостью и отдачей.
ККД этих насекомых приравнивается к 98%. Это значит, что только 2% может израсходоваться в напрасных целях. Для сравнения технические изобретения людей имеют ККД от 60 до 90%.
Победители над тьмой. Это не самое последнее их и важное достижение. Они без особого труда умеют управлять своими «фонариками». Только некоторым из них не дано умение регулировать подачу света.
Все остальные же умеют изменять степень свечения, то разжигая, то гася свои «лампочки». Это не просто для насекомых игра бликов. С помощью таких действий они отличают своих от чужих. Особенно совершенны в этом плане светлячки, живущие в Малайзии.
У них зажигание и притупление свечения происходит синхронно. В ночных джунглях такая синхронность вводит в заблуждение. Кажется, что кто-то повесил праздничную гирлянду.
Нужно отметить, что такая удивительная способность светить в ночи присуща не всем светлячкам. Есть среди них и такие, которые предпочитают вести дневной образ жизни. Они не светятся вовсе, или их слабое свечение замечается в густых лесных дебрях и пещерах.
Широкое распространение светлячков наблюдается в северном полушарии планеты. Территория Северной Америки и Евразии их любимая среда обитания. Им комфортно в лиственных лесах, на лугах и болотах.
Характер и образ жизни
Это не совсем коллективное насекомое все же чаще всего собирается в массовые скопления. В дневное время наблюдается их пассивное сидение на травке. Приход сумерек вдохновляет светлячков на движение и полеты.
Летают они плавно, размеренно и быстро одновременно. Нельзя назвать личинок светлячков оседлыми. Они предпочитают вести бродячий образ жизни. Им комфортно не только на земле, но и в воде.
Светлячки любят тепло. В зимнее время года насекомые прячутся под корой дерева. А с приходом весны и после хорошего питания они окукливаются. Интересно то, что некоторые самки кроме всех вышеперечисленных достоинств обладают еще и хитростью.
Они знают, каким светом может светиться какой-нибудь определенный вид. Начинают светиться также. Естественно самец того вида замечает знакомое свечение и приближается для спаривания.
Но заметившему подвох самцу-чужаку не дают уже возможности скрыться. Самка пожирает его, получая при этом достаточное количество полезных веществ для своей жизни и для развития личинок. До сих пор светлячки не полностью изучены. Впереди еще много научных открытий по этому поводу.
Питание
Этих насекомых можно смело отнести к хищникам. Питаются светлячки самой разнообразной животной пищей. Любят они муравьев, паучков, личинок своих собратьев, улиток и подгнившие растения.
Не все светлячки хищники. Есть среди них и такие виды, которые предпочитают пыльцу и нектар растений. Виды светлячков в фазе имаго, к примеру, и вовсе ничего не едят, у них вообще отсутствует рот. Те светлячки, которые обманным путем завлекают к себе представителей других видов и тут же поедают их выбрали самый сложный способ добычи еды.
Размножение и продолжительность жизни
Мерцание светлячков – это одно из основных их достижений. Они не только заманивают таким образом потенциальную еду, но и привлекают противоположный пол. Больше всего это наблюдается в начале летнего периода. Светлячки зажигают свои искорки любви и ищут среди огромного множества насекомых своего партнера.
Спаривание не заставляет себя долго ждать. После него у самки появляется задача отложить в землю яйца. Из яиц через некоторое время появляются личинки. Они больше напоминают червей и очень прожорливы. Способность свечения присуща буквально личинкам всех видов. И все они по сути своей являются хищниками.
Во время своего созревания личинка предпочитает прятаться среди камней, в почве и между корой. На развитие личинок уходит немало времени. Одним нужно перезимовать, другие же виды находятся в стадии личинки в течение нескольких лет.
Затем личинка преобразуется в куколку, которая через 1-2.5 недели становится настоящим светлячком. Светлячок в лесу живет недолго. Средняя продолжительность жизни этих насекомых около 90 – 120 дней.
Танцующие огоньки и «живые алмазы». Что светится в темноте?
Случайно увидела в интернете фото целой стаи светлячков, которые облепили дерево, украсив его, словно лампочки новогоднюю ёлку. Нахлынули воспоминания детства, захотелось побольше узнать об этих удивительных созданиях природы.
Оказалось, что в наших широтах живут лишь немногие представители семейства Светляков (Lampyridae) — жуков, способных светиться в темноте и ведущих ночной образ жизни. В семействе насчитывается более 2000 тысяч видов, обитающих преимущественно в тропических и субтропических регионах планеты.
У жуков этого семейства имеются специальные органы свечения, так называемые лантерны, которые состоят из крупных фотогенных клеток. Под этими клетками расположены клетки, наполненные мочевой кислотой и способные отражать свет.
Свечение жуки используют как средство коммуникации, в основном для привлечения особей противоположного пола. У некоторых видов светятся только самки, у других — оба пола. У многих видов свечение наблюдается не только у жуков, но также у личинок и яиц.
Интересен вид светляков Photuris — их самки умеют копировать тип свечения других видов, таким образом они обманывают самцов, которые устремляются на свидание, а попадают в желудок коварных дамочек.
Жизненный цикл светляков составляет 1−2 года. Личинки живут несколько месяцев, они хищники, питаются моллюсками и часто прячутся в их раковинах. Поскольку светляки любят влажность, то личинки некоторых видов развиваются в воде и имеют жабры.
Куколки светляков живут несколько недель, а вот жуки большинства видов живут всего несколько дней и даже не питаются: их цель — продолжение рода.
Светляки, живущие в наших краях, невелики — 5−8 мм, но при этом они довольно ярко светятся: освещения, получаемого от 5−6 особей, достаточно, чтобы разобрать текст книги. Как правило, каждый вид светляков излучает свет определённого цвета.
Различают четыре типа свечения: непрерывное, прерывающееся, пульсация, вспышка. Чаще всего наблюдается вспышка.
В наших регионах распространён светляк обыкновенный, способный переносить суровые зимы. В народе его нарекли «Иванов червь». Такое имя он получил благодаря самкам, которые не имеют крыльев, а в брачный период сидят в траве и непрерывно излучают зеленоватый свет.
Светляки с наступлением темноты в июне-июле выползают из укрытий и зажигают яркие фонарики. Их можно встретить в лесах, канавах, в садах, на пустырях, в сельских дворах.
Кроме светляков есть виды других семейств, обладающие способностью излучать свет. Среди них наиболее известны огненосные щелкуны, в частности, род кукухо из семейства Жуков-Щелкунов, обитающие в тропических регионах Америки.
Местное население использовало этих жуков в качестве фонариков. Первые европейцы, поселившиеся в Америке, освещали ими жилища. В конце 19 столетия парижанки украшали себя кукухо, называя их «живыми алмазами». В прошлые времена мексиканские модницы составляли из этих жуков ожерелья, украшали ими головные уборы и причёски.
По словам историков, при свете кукухо в испано-американскую войну даже оперировали раненых.
А японцы, которые любят созерцать природу, в июне-июле, когда начинается сезон дождей и самое благоприятное время для светляков, выезжают за город и часами наблюдают волшебное лесное представление в исполнении светящихся жучков.
Особенно интересны некоторые виды тропических жуков, которые любят собираться в огромные стаи и устраивать массовые световые выступления. При этом они одновременно вспыхивают и гаснут, интервал свечения составляет около полутора секунд. Во время свечения они то взмывают ввысь, то стремительно устремляются к земле, исполняя фантастический светящийся танец.
В Малайзии и Индонезии жуки иногда собираются на деревьях и так же устраивают световые концерты. В Новой Зеландии есть известная туристам пещера, в которой проживают тысячи светляков, освещающая пещеру таинственным сине-зелёным светом.
Интересный факт: такие природные способности насекомых заинтересовали калифорнийских учёных-генетиков. Они выделили ген, ответственный за свечение, и внедрили его в листья табака. В результате растения засветились в темноте. Возникает вопрос, почему именно в лист табака? Оказывается для учёных, работающих с представителями растительного мира, табак является «подопытной крысой».
И в заключение примета: много светляков — к хорошей погоде.
Танец света: секрет синхронизации светлячков
Насекомые по праву считаются самыми многочисленными и разнообразными представителями фауны. Они живут во всех уголках нашей планеты: от тропических джунглей Амазонки до каменистых берегов Гренландии. Среда обитания в сопряжении с эволюционными изменениями породили множество уникальных видов, чей внешний вид, повадки или гастрономические предпочтения не перестают удивлять. Одними из самых необычных представителей класса насекомых можно с уверенностью назвать светляков, способных излучать свет за счет специальных органов (лантерн). Но не только сам факт свечения удивителен, но и то как он применяется. Ученые из университета Колорадо (Боулдер, США) попытались понять, как у светляков вида Photinus carolinus происходит синхронизация свечения. Как проводилось исследование, чем отличается поведение роя светляков от одиночных особей, и в чем же секрет синхронизации свечения? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.
Основа исследования
Как мы уже поняли, в мире удивительных видов насекомых полно, особенности которых способны поразить воображение даже самого искушенного энтомолога: жук-бомбардир выстреливает горячей жидкостью для самозащиты, палочник в ходе эволюции стал мастером камуфляжа, муравьи столь многочисленны, что занимают около 25% от общей биомассы планеты, а осу вида Ampulex compressa можно легко сравнить с ксеноморфом. Список интересных фактов можно продолжать бесконечно, учитывая что на Земле обитает порядка 6-8 миллионов видов.
Видео о том, как именно светлячки излучают свет.
Светляки это не отдельный вид, а целое семейство, насчитывающее порядка 200 видов. Обитают они как в тропиках / субтропиках, так и в умеренном климатическом поясе, хоть и в меньшем числе. Светляки по большей степени являются ночными насекомыми, что вполне логично, учитывая их особенность (кому нужен фонарик средь бела дня).
На теле светляков имеются специальные органы свечения (лантерны от итальянского lanterna, т.е. лампа). Это может быть либо одиночный крупный орган на конце брюшка, либо множество более мелких органов, расположенных в определенном порядке по всему телу.
Назначение свечения достаточно поэтично — поиск партнера. Когда наступает закат самцы светляков начинают летать и светиться, тем самым привлекая внимание самок. Дамы, чаще всего лишенные крыльев, наблюдают за шоу и выбирают самого подходящего кандидата для спаривания.
Что происходит дальше, зависит от вида светляков. Дело в том, что сигнатура свечения у разных видов разная, от чего и «язык» общения внутри вида разный. Сгруппировать сигналы можно в такие категории: поисковые, призывные, отказные, агрессивные, посткопулятивные (после спаривания). Самцы одних видов испускают призывные и поисковые сигналы, а самки только призывные. А вот самцы вида Lampyris noctiluca испускают исключительно призывные сигналы. У других же видов отличий в сигналах может и не быть вовсе.
На фото представлены личинка (сверху слева), самец (снизу слева) и самка (справа) светляков вида Lamprohiza paulinoi.
Нестандартное поведение наблюдается в сигналах самок из рода Photuris. Они способны излучать свечение, призывающее самцов из другого рода (Photinus). Делают они это не из-за романтических побуждений. Самки Photuris являются хищниками, а самцы Photinus, одурманенные их свечением, становятся ужином. Любопытно, что самцы рода Photuris призывают своих кровожадных дам, излучая свечение самцов Photinus. Когда самка находится достаточно близко, самец переключает «подставное» свечение на свое собственное. Таким необычным образом самыца используют гастрономичсекие предпочтения самок в своих «романтических» целях. Главное вовремя совершить переключение, иначе можно быть съеденным самкой из своего же вида.
Самка Photuris, поедающая самца Photinus.
Другими словами, свечение для светляков это самый настоящий язык, т.е. инструмент коммуникации. Тем интереснее синхронное свечение.
Лишь небольшое число видов обладает способностью синхронно светиться. Когда начинается закат, начинается и свечение, достигающее апогея синхронизации спустя 10-15 минут. Столь красивое явление было впервые описано немецким путешественником и натуралистом Энгельбертом Кемпфером (1651-1716), который наблюдал его во время своего путешествия в Таиланд в 1680 году.
Свечение Photinus carolinus, национальный парк Грейт-Смоки-Маунтинс (Great Smoky Mountains National Park).
В рассматриваемом нами исследовании главным героем является вид Photinus carolinus, особи которого обладают даром синхронного свечения.
Ранее проведенные наблюдения за колониями P.carolinus показали, что самцы этого вида синхронно мигают каждые Tf 0.5 с в течение нескольких секунд, а затем коллективно прекращают это делать. Такие циклы происходят каждые Tb ≃ 12-14 с в течение 3 часов после захода солнца.
В попытках понять суть синхронного свечения были созданы математические модели. Как показано в этих моделях, для всестороннего понимания коллективного поведения светлячков требуется не только временная, но и пространственная информация о вспышках, которой у исследователей ранее не было. Именно этот пробел и решили заполнить авторы рассматриваемого нами исследования.
Для этого они засняли процесс синхронного свечения с разных ракурсов одновременно, что позволило смоделировать трехмерную модель сего процесса. Во время наблюдений использовались камеры кругового обзора (т.е. 360°).
Изображение №1
Как заявляют ученые, подобный подход не использовался ранее в изучении светляков. Обычные камеры позволяют получить достаточно данных в условиях небольших скоплений светляков, но не дают полной картины поведения многочисленных групп особей, так как камеры необходимо размещать за пределами коллективной динамики, а в кадр попадает лишь часть происходящего (1а). Камеры кругового обзора можно размещать буквально посреди роя и получать полноценную информацию о происходящем.
Видео №1: поведение светляков в естественной среде, зафиксированное 360°-камерой.
Наблюдения за светляками проводились как в естественной среде, так и в контролируемых условиях. Также велось наблюдение и за поведением особей в зависимости от численности роя (1, 5, 15 и 40 особей).
Результаты исследования
Трехмерная реконструкция вспышек в естественной среде обитания (5-минутный интервал, начиная с 22.00) показывает, что рой P. carolinus точно следует по склону окружающей местности и, в частности, мигает почти исключительно на высоте 2 м над землей (2d–2g; видео №2).
Изображение №2
При рассмотрении сверху существуют ограничения техники визуализации: вспышки дальше 10 м не фиксируются, а визуальная окклюзия создает значительные «слепые зоны». Однако в триангулированных положениях видны четкие полосы света (2d).
Видео №2: реконструкция поведения светляков и их свечения (соответствует изображению №2).
На каждом кадре видеозаписи фиксировалось 0, одна или несколько световых вспышек. Временной ряд количества вспышек (2i и 2j) демонстрирует двойной периодический характер. Вспышки происходят через равные промежутки времени (интервалы между вспышками Tb; 2i), при этом записывается максимум около 15 одновременных вспышек, разделенных периодами абсолютной темноты.
Приблизившись к этим вспышкам (2j), можно увидеть иную временную картину: вспышки (общее для роя) состоят из последовательности нескольких мерцаний (отдельно для особи), происходящих синхронно с четко определенным интервалом между Tf 0.5 с.
Частотный спектр (преобразование Фурье) временного ряда мерцаний дополнительно подтверждает регулярность этих двух процессов, демонстрируя ярко выраженные пики на частотах 1/Tb = 0.08 Гц и 1/Tf = 1.75 Гц (периоды 12.5 с и 0.57 с соответственно; 2k и 2l). Тот факт, что эти частоты появляются в виде резких пиков в спектре, указывает на то, что эти два процесса происходят в четко определенные интервалы времени.
Эти простые количественные результаты демонстрируют, что мерцание P. carolinus является синхронным, прерывистым и точным. Подобные выводы уже делались ранее. Тем не менее ранее считалось, что вспышки прекращаются внезапно, но в ходе наблюдений были отмечены треугольная форма вспышек и периоды медленного затухания свечения (2j). Наличие треугольного узора в свечении может свидетельствовать о распространении информации внутри роя. Опыты в лабораторных условиях подтвердили, что подобные наблюдения не являются погрешностями оценки данных или нарушением работы оборудования.
Эти результаты показывают, что стая самцов P. carolinus представляет собой сильно коррелированную систему. Механизмы, лежащие в основе их коллективного поведения, такие как распространение информации, могут быть раскрыты путем изучения пространственно-временных корреляций.
Каждая из записанных вспышек привязывалась к времени ti и трехмерной позиции xi. Затем для каждой пары вспышек (i, j) вычислялись разделение σij = |xj — xi| и задержка τij = |tj — ti|.
Изображение №3
Коррелированные пики возникают каждые 12.5 с (3a), что соответствует вспышкам, и каждый из них состоит из серии высоких и низких полос каждые 0.55 секунды (3b), что соответствует интервалам между вспышками. Пространственные корреляции между всплесками (3a) распространяются по всему рою (пик в диапазоне 0–10 м). Следовательно, всплески вспышек охватывают весь рой.
Также стоит отметить, что наблюдения показали отсутствие взаимодействия между двумя светляками, которые находились слишком близко друг к другу. Это можно объяснить визуальной окклюзией.
Изображение №4
Трехмерная реконструкция наблюдаемого роя также дала возможность понять кинематику движущихся светлячков.
Анализ отдельных периодов (вспышки, охватывающих не менее четырех последовательных кадров) показывает широкий диапазон движений светлячков.
Скорости свечения (v) показывают континуум между неподвижностью и быстрыми полетами со скоростью до 30 см/с (4a). Радиусы кривизны (rc) также весьма разнообразны, демонстрируя как крутые повороты, так и пролеты по прямой траектории (4b). Ускорение (a = v 2 /rc) охватывает два порядка величин с верхним пределом, сравнимым с силой тяжести Земли (4c). Интересно, что распределение rc по сравнению с v показывает две четко определенные ограничивающие ветви (4d). Нижняя ветвь (большая v, маленькая rc) отмечает режим «высокого ускорения», соответствующий резким и быстрым поворотам. Верхняя ветвь предполагает, что медленные и прямые траектории невозможны при движении светлячка.
Далее рассматривались траектории, длящиеся не менее 2 секунд, в течение которых происходило как минимум 4 свечения. Эти траектории демонстрируют разнообразие моделей.
Принимая во внимание горизонтальный ход (δrxy) между конечными точками траекторий, на 4e можно увидеть континуум между почти стационарными траекториями и другими траекториями, которые покрывают расстояние до 1 м. Вертикальный ход (δz) распределяется асимметрично (4f), при этом нисходящие траектории обычно проходят дальше. Траектории никогда не бывают полностью вертикальными (большое значение |δz| и малое δrxy), но иногда полностью горизонтальными (4h). Это может свидетельствовать о наличии определенных ограничений в возможностях полета насекомых.
Кроме того, отношение длины пути траектории (s) к ее сквозному расстоянию (δr) показывает (4g): хотя большинство траекторий довольно прямые, значительная часть кажется очень искривленной и петлеобразной.
Суть разных траекторий полета заключается в разных коммуникационных сигналах и поведенческих особенностях светляков. Например, длинные и нисходящие траектории наблюдались у самцов, ухаживающих за отвечающей самкой, расположенной на земле. А большие горизонтальные траектории могут соответствовать процессу исследования территории.
Следующий этап исследования перенес наблюдения за насекомыми из естественной среды в контролируемые условия. В небольшую камеру (5b) было размещено несколько самцов светляков, что позволило наблюдать за их поведением в зависимости от численности.
Изображение №5
График 5с демонстрирует трехмерную реконструкцию световых вспышек, записанных в камере в течение 15 минут при наличии 40 особей.
За исключением небольшой части точек (около 1%), которые были расположены намного выше других и были удалены с графика, триангулированные точки определяют объем, который очень напоминает геометрию палатки. Массив точек, соответствующий светлякам, практически идеально повторяет форму тестовой камеры. Заметна даже изогнутость крыши камеры (ткань провисает под собственным весом; 5b).
Ученые не отрицают, что тестовая камера радикально отличается от естественной среды. Однако доступный объем камеры был достаточно большим (около 4 м 3 ), чтобы светляки могли свободно перемещаться и летать, как показывают траектории на 6c.
Изображение №6
Если же в камере находился один самец, он непрерывно генерировал световые вспышки в течение всех 15 минут эксперимента (6a1), даже в отсутствии самки. Продолжительность вспышек обычно составляла от 0.10 с до 0.15 с (5–10 кадров), хотя также регистрировались и более короткие / длинные вспышки (7a).
Изображение №7
Свечения происходили сериями из 1 до 6 вспышек (чаще всего было 4 вспышки; 7b). Независимо от траектории полета, временной интервал между двумя последовательными вспышками был равен около 0.45 с (25–30 кадров). Это видно и по распределению интервалов между вспышками (7c), и по пику 1.75 Гц в частотном спектре (6b1). Вспышки происходили и во время полета, и когда особи просто сидели на стенках камеры (6c1).
Важным наблюдением ученые называют факт того, что временные интервалы между последовательными свечениями (т.е. между сериями вспышек) не имели какой-либо схемы, в отличие от интервалов между отдельными вспышками. Время между свечениями варьировалось от 12 секунд до 1 минуты (7d).
Если же в камере находилось 5 самцов, свечение также происходило на протяжение всего периода наблюдения, но добавились и множественные полеты (6a2 и 6c2). Похоже, что светлячки пытались синхронизировать свое свечение, о чем свидетельствует временное распределение вспышек.
Действительно, большинство свечений состояло из как минимум двух одновременно активных светлячков, вспышки которых происходили синхронно (6a2).
Идентификация траектории, обеспечиваемая пространственной локализацией полос вспышек, позволяет лучше понять возникновение коллективной синхронизации.
Изображение №8
На изображении выше показано, что светлячок, который инициирует свечение, имеет тенденцию мигать дольше всех, а последователи начинают свои собственные вспышки уже синхронизированными.
Последователи могут либо остановиться перед мигающим лидером (8b), либо продолжить движение за ним (8a). Это предполагает, что мигающая информация может передаваться ретрансляционным способом внутри многочисленного роя.
Важно и то, что этапы свечения кажутся апериодическими (например, большой промежуток при t = 200 с на 6a2), однако появление пика на низких частотах (6b2) намекает на некоторую регулярность в схеме коллективного свечения.
Эта закономерность становится более выраженной, когда в камере находится 15 особей. В таком случае свечения возникают в определенном периодическом временном ряду (6a3), а заметные пики (и их гармоники) появляются в частотном спектре при 1/Tb = 0.08 Гц (6b3). Замеренная частота совпадает с той, что была получена во время наблюдений в естественной среде. Любопытно, что эта частота отсутствовала в опытах с одним светляком в тестовой камере. Интервал между вспышками на 1.75 Гц остается таким же, как и у одиночного светлячка (6b3).
Следовательно, это предполагает, что появление четко определенного интервала между всплесками является эмерджентным* свойством коллективного поведения.
Эмерджентность* — появление у системы (в данном случае — рой светляков) свойств, которыми не обладают ее отдельные элементы (в данном случае — один светлячок).
Еще одним важным наблюдением является коллективная кинематика роя во время коллективного свечения. В большинстве свечений виден только один летающий светлячок, в то время как другие стоят или ходят по стенкам камеры (изображение №9 и видео №3).
Изображение №9
Видео №3: реконструкция траекторий полета светляков (соответствует изображению №9).
Траектория полета обычно начинается раньше всех и включает в себя наибольшее количество вспышек. Это наблюдение может быть связано с механизмом, который оптимизирует передачу информации при сохранении коллективных энергетических ресурсов группы. С другой стороны, это может выявить поведенческую дифференциацию.
Когда в камере находилось 40 особей, результаты наблюдений были схожи с теми, что и при наличии 15 особей. Однако в таких условиях имеется больше циклов свечения и больше отдельных вспышек, что позволяет более точно проанализировать процесс.
Вспышки возникают сериями, регулярно растянутыми во времени. Каждая серия состоит из нескольких синхронных вспышек и имеет ту же треугольную форму, что и в дикой природе, при этом количество вспышек медленно увеличивается, достигает максимума и затем медленно уменьшается (6a4). Подобное поведение можно назвать расширением парной синхронизации, наблюдаемой в камере с 5 особями.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.
Эпилог
Важным отличием данного исследования от предшественников является наличие 360° камеры, что позволила запечатлеть куда больше информации, чем обычные камеры. Получив больше данных в естественной среде, ученые перепроверили их в контролируемых условиях.
Результаты наблюдений в контролируемых условиях с прогрессирующим увеличением численности наблюдаемого роя показывают, что синхронное, прерывистое свечение P. carolinus в дикой природе является результатом индивидуального и коллективного поведения. Хотя интервал между вспышками на 1.75 Гц идентичен для одного светлячка и для группы светлячков, появление четко определенного интервала между вспышками требует наличия множества особей.
Периодичность свечений проявляется, когда в камере находится более 15 особей. В ранее проведенных исследованиях утверждалось, что именно это число особей является минимальным порогом для проявления коллективного поведения.
Каждое свечение состоит из нескольких синхронных вспышек и имеет треугольную форму, аналогичную наблюдаемой в дикой природе. В синхронном свечении всегда участвовало подавляющее большинство особей, чего нельзя сказать про полет, так как лишь некоторые летали, пока остальные оставались неподвижны либо просто ползали по стенкам камеры. Также стоит отметить, что синхронное свечение самцов происходит даже в отсутствии самки, а его продолжительность составляет порядка 15 минут.
Ранее создавались математические модели, которые пытались описать синхронное свечение у светляков. Однако, учитывая ограниченность данных, эти модели не были точны. Хотя многие годы они считались абсолютно достоверными.
Полученные в ходе данного исследования сведения позволяют пересмотреть эти модели, улучшить и доработать их в будущем. Светлячки не синхронизируются за счет какой-то особенной нейронной связи, их поведение является простым копированием того, что делают другие особи в рое. Стоит одному светляку задать ритм, как его тут же подхватывают другие.
Ранее считалось, что синхронное свечение связано с ритуалом ухаживания самцов за самками. Однако тесты показали, что отсутствие самки в камере никак не помешало самцам синхронно светиться. Возможно, суть синхронного свечения заключается не в привлечении самок, а в конкурентной борьбе между самцами. Так или иначе, этот аспект поведения столь удивительных созданий еще предстоит изучить, чем ученые и намерены заняться в будущем.
Кому-то подобные исследования покажутся пустой тратой времени, однако такое утверждение будет слишком радикальным. Мы живем не в отрыве от мира, окружающего нас, а внутри него. Человек от природы любопытное создание, и отрицание проявлений любопытства близко к отрицанию собственной природы. Познание мира не всегда должно иметь какой-то практический смысл и капиталистический подтекст. Порой достаточно того, что мы узнали что-то новое, что-то удивительное и интересное. Знания в большинстве случаев это уже достаточная награда.
Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! 🙂