Похожие статьи
Новое исследование математиков из Питта показывает, что математика, заимствованная из неврологии, может описать, как рои светлячков координируют свое световое шоу, улавливая ключевые детали их поведения в природе.
«У светлячка есть быстрая последовательность вспышек, а затем большая пауза перед следующей вспышкой, — делится Джонатан Рубин, профессор и председатель кафедры математики в Школе искусств и наук имени Кеннета П. Дитриха. — Мы знали хорошую структуру для моделирования этого, которая могла бы охватить множество функций, и нам было интересно, как далеко мы сможем зайти».
Самцы светлячков испускают свечение из своего брюшка, чтобы позвать потенциальных товарищей, посылая в темноте мигающие узоры, привлечь самок своего вида. Синхронные светлячки вида Photinus carolinus делают еще один шаг вперед, координируя свое мигание по всему рою. Это редкая особенность — в Северной Америке существует всего несколько таких видов — и яркий свет, который они излучают, привлекает толпы людей в места скопления этих насекомых.
Они также привлекли интерес математиков, стремящихся понять, как они синхронизируют свои вспышки. Это лишь один из примеров того, как синхронизация может развиваться из случайности — процесс, который интриговал математиков на протяжении веков. Один известный пример 1600-х годов показал, что часы с маятником, подвешенные рядом друг с другом, синхронизируются благодаря вибрациям, проходящим через стену, и тот же раздел математики может быть использован для описания всего — от действия кишечника до хлопанья зрителей.
«Синхронность важна для многих вещей, хороших и плохих, — отмечает соавтор Бард Эрментроут, заслуженный профессор математики в Школе Дитриха. — Физики, математики, мы все заинтересованы в синхронности».
Чтобы разгадать световое шоу светлячков, команда Питта использовала более сложную модель под названием «эллиптический всплеск», которая используется для описания поведения клеток мозга. Исследование опубликовано в журнале «Интерфейс» Королевского общества.
Первым шагом было моделирование мигания одного светлячка, а затем расширение модели до пары, чтобы увидеть, как они согласовывают частоту мигания друг с другом. Затем команда перешла к более крупному рою имитируемых насекомых, чтобы посмотреть, как количество, расстояние и скорость полета влияют на результирующие вспышки.
Они обнаружили, что изменение расстояния, на котором каждый светлячок мог «видеть» друг друга и отвечать друг другу, меняло световое шоу насекомых: изменяя параметры, они могли создавать мигающие узоры, похожие на рябь или спирали.
Результаты согласуются с несколькими недавно опубликованными наблюдениями о настоящих синхронных светлячках — например, что отдельные светлячки непостоянны, в то время как группы мигают более регулярно, и что когда новые светлячки присоединяются к рою, они уже точно в срок.
Математика также делает некоторые предсказания, которые могут помочь в исследованиях светлячков — например, световое загрязнение и время суток могут изменить узоры, создаваемые светлячками, меняя то, насколько хорошо они могут видеть моргания друг друга.
Эксклюзивный перевод*
Фото: Unsplash / CC0 Общественное достояние
О светлом будущем заботятся политики, о светлом прошлом – историки, о светлом настоящем – журналисты.
