Стивън Strogatz ритъм на вселената
Светулки и неизбежността на синхронност
"Преди около двадесет години видях - и ми се стори - синхронен, или едновременно, трептене светулки. Не можех да повярвам на очите си, защото възможността за такова явление сред насекоми, разбира се, е в противоречие с всеки закон на природата. "1
В продължение на няколко десетилетия, никой не можеше да формулира достатъчно правдоподобна теория, която ще хвърли светлина върху мистериозния феномен. Само през 1961 г., Джой Адамсън в продължението на романа си Born Free ( «Born Free") се чудеха и също явление, което се наблюдава на африканския континент 6 (между другото, описание на синхронни светулките трептене на африканския континент е първата).
ширина светлина ивица от около десет фута формира от хиляди хиляди светулки, зелен фосфоресциращ блясък, който създава чудесно прикритие красота на висока талия-трева. Флуоресцентна лента, създадена от тези малки организми, неколкократно мига и излиза с потресаващ в своята прецизност синхрон. Можем само да се чудя какво комуникационните медии трябва да имат тези малки същества, така че те да могат да координират своите трептене, сякаш те са контролирани от някои механично устройство.
До края на 1960 от отделните фрагменти от пъзела започва да се оформя един вид картина. Един от съветите е толкова очевидно, че почти никой не обърна внимание на това. Синхронни светулки не трепнаха само в унисон - те светеха в определен ритъм, при постоянна скорост. Дори когато те са били изолирани един от друг, те продължиха да трептят в синхрон. От това следва, че всеки трябва да има насекоми свои собствени средства за определяне на хода на времето, нещо като вътрешен механизъм часовник. Тази хипотетична осцилатор все още не е определена анатомично, но почти сигурно той трябва да представят себе си група от неврони, разположени някъде в една малка мозъка на насекомите. В много отношения, подобни на естествения ритъм определяне елемент в човешкото сърце, този генератор работи при определена честота, производство на електрически сигнали ритъм които пристигат на светулка светлинен елемент 7 и да доведе до неговото периодично задействане ( "на").
Втората следа се съдържа в работата на биолог Джон Бък, който е направил повече от всеки друг, за да се гарантира целостта на научните изследвания се опитват да обяснят синхронност действия на светулки. В средата на 1960, Джон Бак и съпругата му Елизабет първи път отидох в Тайланд с надеждата да го видя със собствените си очи един мистериозен феномен. В неформална, но много полезна съпругата експеримент хванат по бреговете на реките в района на светулки Банкок и ги е пуснал в хотелската си стая, предварителното му потъмнява 8. Насекоми държат много нервно, но след това постепенно се разпространява в стените и тавана, като освен най-малко 10 см. В началото те проблесна безразборно. Скоро резервоара за двойка, в тих изумление гледа светулките сте забелязали, че първата двойка, а след тройни светулките започват да мигат в унисон. Групи синхронни светулки трептене стават все повече и повече.
Тези наблюдения показват, че светулките трябва по някакъв начин "настройка" на техните ритми в отговор на други светулки трептене. За да се изследва директно тази хипотеза, Buck и колегите му проведени лабораторни тестове впоследствие 9. при което те създават за светулка трептене изкуствена светлина (така симулиране на светлината на друг светулка) и наблюдаваха реакцията му. Те открили, че отделно взети светулка моменти коригира неговото последващо излъчване добре дефинирана, предвидим начин, както и че големината и посоката на тази корекция в зависимост от външното въздействие се наблюдава при известно време в цикъла. В някои видове светулки външно влияние винаги се измества ритъм експериментален светулка малко напред, като че ли превода стрелите на вътрешния си часовник напред, докато в други видове светулки външно влияние се е подхлъзнал ритъм експериментален светулка или повече напред или по-назад в зависимост от това как е експериментален светулка близо да бъде да мига (това е едно нещо, ако светулка беше буквално на ръба на друг мига, а друг - ако той е бил само на половината път към следващия мига).
Взети заедно, тези два съвета приеме, че трептене ритъм регулира от вътрешната, които биха могли да бъдат нулирани осцилатор 10. Това е пряко указано на възможното наличие на определен механизъм за синхронизация: всеки член на общността на блещукащите светулки непрекъснато изпраща и получава сигнали, променящи ритми на други светулки и изместват своя собствен ритъм въздействието от тяхна страна. От общото количество от тези смущения някак спонтанно възниква синхрон.
Така стигаме до обяснение, което сякаш немислимо само преди няколко десетилетия: светулки се организират. Те не се нуждаят от проводник, а времето не е от значение за тях. Синхронизмът се дължи на обмен за сигнали - по същия начин, като членове на оркестъра може да се постигне перфектен синхрон на действията си без помощта на проводник. Въпреки това, в случай на светулки изследователи озадачени от факта, че интелектът не е длъжен да предостави съвпадение тези насекоми. Те имат всички необходими съставки за това: всеки светулка има осцилатор, нещо като малко метроном моменти генерира сигнали, които се настройват автоматично в отговор на други светулки трептене. Това е всичко.
С едно изключение: в никакъв случай не е ясно, че този сценарий е в действие. Може перфектен синхрон възникнат от какофонията на хилядите безмозъчни метрономи? През 1989 г. аз, заедно с колегата си Рени Mirollo потвърдиха верността на отговора. Горният сценарий не е само функционален - това със сигурност ще бъде функционален при определени условия.
1. Филип Лоран, "The трябвало synchronal мигането на светулки," Науката 45 (1917), стр. 44.
2. Един от първите препратките възникне в борда на списание експедицията на сър Франсис Дрейк в 1577: "Нашият генерал посети малкия остров на юг от Целебес (Целебес, Сулавеси е сега - на остров в Индонезия -. Забележка Транс ..), покрити с непроходими гъсталаци , Всяка вечер цялата земя сред гъсталаците и самите храстите са пълна с огромно разнообразие от насекоми (не по-големи от нормалните мухи), светещ в тъмнината. Те излъчват светлина толкова силно, че всеки храст или дърво става като горяща свещ »[R. Hatduyt, 1589 г. ASelection от Основните пътешествията, Traffiques и открития на английския народ. Редактирано от Лорънс Irving (Ню Йорк; Knopf, 1926), стр. 151]. Едновременно аспект на тази радиация е описан много по-детайлно в 1680 от холандски физик Енгелберт Kaempfer след пътуването си в река Мейн, от Банкок до морето: "Тези светещи насекоми накацали по дърветата, създават впечатление за огнен облак. Най-изненадващото обаче е, че разположените на клоните на едно дърво, като всички те в един момент изведнъж се погасява и след една-две секунди, просто свети заедно. И като приятелски и може да продължи с часове ритмично трептене, сякаш ние сме свидетели на безкрайната Редуването на систола и диастола ". [Engeibert Kaempfer, 1727. Историята на Япония (с описание на Кралство Сиам). Превод от J. G. Scheuchzer. Лондон: Ханс Слоун. Два тома в едно. Cm. Том 1, стр. 45, или PP. 78-79 1 обеми отново издание от 1906 гр. Провежда издател J. McLehose и Sons, Глазгоу.]
4. Джордж Х. Хъдсън, "Съгласувана мигане на светулки," Наука 48 (1918), стр. 573-575.
5. Хю М. Smith, "Синхронно мигане на светулки," Science 82 (1935), стр. 151-152. В този кратък, но достоверни статия Смит също така дава един от най-подробните описания на явлението: "Представете си, високо дърво 30-5 до четиридесет фута гъсто покрити с малки овални листа, който седи в светулките и всички листа на всеки лист блясък съвършен в унисон с размер на около три пъти по две секунди, а разстоянието между две вълни дърво е в пълен мрак. Представете си една река дължина от около една десета от една миля, силно обрасъл с мангрови гори. На всеки лист от всяко дърво в гората е строго синхронни светулки се включват и изключват. Насекоми по дърветата растат в далечния край на блясъка на горите в перфектна хармония с светулките, осеяни с дървета по-близо до вас. Ако имате въображение, можете да имате някаква представа за този възхитителен и завладяващ спектакъл. "
6. Джой Адамсън, Living Free (Лондон: Колинс и Харвил, 1961). Цитат на стр. 29.
8. Джон Бък и Елизабет Бък, "Механизъм на ритмична синхронно мигане на светулки," Наука 159 (1968), стр. 1319-1327.