На что похож светлячок

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.

Источник

Как выглядит светлячок и отчего светится: интересные факты

К этим светящимся жучкам многие относятся гораздо благожелательнее, чем к большинству их «родственников». Даже называют этих насекомых ласково – светлячки. Наверное, потому, что в местах своего обитания они по ночам создают особую таинственную и романтическую обстановку.

Как выглядит светлячок и от чего светится? Этот вопрос интересует многих, и в этой статье мы постараемся дать на него исчерпывающий ответ.

Распространение

Светлячки широко распространены в Северной Америке, Азии и в Европе. Их можно встретить в лиственных и тропических лесах, на полянах, лугах и болотах. Это представитель многочисленного семейства из отряда жуков, который обладает поразительной способностью излучать довольно яркий свет.

Светлячок – насекомое, относящееся к семейству Светляки (Lampyridae), отряду жесткокрылых. Семейство насчитывает свыше двух тысяч видов. Особенно широко представлено в субтропиках и тропиках, довольно ограниченно — в умеренном поясе. В странах бывшего Советского Союза обитает семь родов и почти 20 видов. И в нашей стране многие знают, как выглядит светлячок. В России зарегистрировано 15 видов.

К примеру, ночные насекомые ивановские червячки, которые проводят день в опавшей листве и густой траве, а с наступлением сумерек отправляющиеся на охоту. Эти светлячки живут в лесу, где охотятся на мелких паучков, мелких насекомых и улиток. Самка не умеет летать. Она полностью окрашена в буро-коричневый цвет, только на нижней стороне брюшка три членика белые. Вот они-то и излучают яркий свет.

Светлячки, обитающие на Кавказе, светятся в полете. Искорки, пляшут в густой темноте и придают южной ночи особое очарование.

Как выглядит светлячок?

Надо сказать, что при дневном свете эти жучки выглядят довольно скромно, даже, можно сказать, невзрачно. Тело узкое и удлиненное, голова маленькая с короткими усиками. Да и размерами светлячок не может похвастаться – в среднем от одного до двух сантиметров. Тело у разных видов окрашено в темно-серый, черный или коричневый цвет. Многие разновидности имеют ярко выраженные половые различия: самцы крупнее самок. К тому же мужские особи внешне очень напоминают тараканов. Они умеют летать, но при этом не светятся.

Как выглядит светлячок-самка? Она внешне похожа на червячка или личинку. У нее отсутствуют крылья, поэтому она малоподвижна. Но именно самка у большинства видов светится, привлекая к себе самцов. У этих жуков нет легких, а кислород передается по особым трубочкам — трахеолам. Запас кислорода «хранится» в митохондриях.

Образ жизни

Светлячки не относятся к коллективными насекомым, но несмотря на это они нередко образуют довольно крупные скопления. Многие наши читатели не представляют, как выглядят светлячки, поскольку их сложно увидеть днем: они отдыхают, сидя на стебельках растений или земле, а ночью ведут активную жизнь.

По характеру питания тоже отличаются разные виды светлячков. Растительноядные безобидные жучки питаются нектаром и пыльцой. Хищные особи нападают на пауков, муравьев, улиток и многоножек. Существуют виды, взрослые особи которых не питаются вовсе, у них даже нет рта.

Почему светлячки светятся?

Наверное, многим доводилось в детстве, отдыхая у бабушки или в лагере на черноморском побережье, видеть как вечером, когда стемнеет, мелькают светлячки. Дети любят собирать уникальных насекомых в баночки, и любоваться, как светятся светлячки. Органом свечения этих насекомых является фотофор. Он располагается в нижней части брюшка и состоит из трех слоев. Самый нижний из них зеркальный. Он может отражать свет. Верхний — это прозрачная кутикула. В среднем слое расположены фотогенные клетки, которые вырабатывают свет. Как вы догадались, по своему устройству этот орган напоминает фонарик.

Такой вид свечения ученые называют биолюминисценцией, возникающей в результате соединения клетки кислорода с кальцием, пигментом люциферином, молекулой АТФ и ферментом лоюциферазы.

Какой свет излучают светлячки?

В отличие от электрических ламп, где большая часть энергии перетекает в бесполезное тепло, при этом КПД составляет не более 10%, светлячки в световое излучение переводят до 98% энергии. То есть он холодный. Свечение этих жучков относят к видимой желто-зеленой части спектра, соответствующей длинам волн до 600 нм.

Интересно, что некоторые виды светлячков способны увеличивать или уменьшать интенсивность света. И даже излучать прерывистое свечение. Когда нервная система насекомого дает сигнал на «включение» света, в фотофор активно поступает кислород, при прекращении его подачи свет «выключается».

И все-таки почему светлячки светятся? Ведь не ради того, чтобы порадовать взор человека? На самом деле биолюминисценция для светлячков является средством общения между самцами и самками. Насекомые непросто сигнализируют о своем нахождении, но и по частоте мерцания различают своего партнера. Североамериканские и тропические виды нередко исполняют хоровые серенады для своих партнеров, вспыхивая и затухая одновременно всей стайкой. Группа противоположного пола отвечает им таким же сигналом.

Размножение

Когда наступает период спаривания, самец-светлячок находится в непрерывном поиске знака от своей второй половины, готовой к продолжению рода. Как только он его обнаружит, спускается к избраннице. Разные виды светлячков излучают свет с разной частотой, а это, в свою очередь, гарантирует, что спариваются между собой только представители одного вида.

Выбор партнера

У светлячков царит матриархат – партнера выбирает самка. Определяет его она по интенсивности свечения. Чем свет ярче, чем выше частота его мерцания, тем у самца больше шансов очаровать самку. В тропических лесах во время коллективных «серенад» деревья, окутанные такими ожерельями, сияют ярче витрин в мегаполисах.

Зафиксированы случаи и брачных игр со смертельным исходом. Самка, используя световой знак, привлекает самцов другого вида. Когда ничего не подозревающие оплодотворители являются, коварная соблазнительница их съедает.

После оплодотворения из яиц, отложенных самкой, появляются личинки. Как выглядят личинки светлячка? Довольно крупные, прожорливые, окрашенные в черный цвет червячки с отчетливо видимыми желтыми пятнами. Интересно, что они светятся, как и взрослые особи. Ближе к осени они прячутся в кору деревьев, где и зимуют.

Развиваются личинки медленно: у видов, обитающих в средней полосе, личинки зимуют, а у большинства субтропических видов растут несколько недель. Стадия куколки продолжается до 2,5 недель. На следующую весну, личинки окукливаются и из них развиваются новые взрослые особи.

Интересные факты

Надеемся, что вы получили ответы на вопросы, как выглядит светлячок, где он живет и какой ведет образ жизни. Эти интересные насекомые всегда вызывали большой интерес человека и, как видите, совершенно обоснованно.

Источник

Чудо природы — светлячки

Когда темнота опускается над заливами и лесами, крохотные желтые или зеленые огоньки начинают мерцать в своей прекрасной хаотичности. Каждый, кто в детстве наблюдал за этим зрелищем, хранит его в сердце как прекрасное воспоминание.

Однажды днём три грустных светлячка,
Три неприметных маленьких жучка
Уселись на пенёчке поболтать,
Им вздумалось немного помечтать…

Один вздохнул: «Вот быть бы мне пчелой,
И делать мёд, как весь пчелиный рой.
Приятно в жизни пользу приносить,
И друга вкусным мёдом угостить».

Второй светляк мечтательно сказал:
— Я бабочкой прекрасною бы стал!
Сова нам говорила неспроста, —
Что лес спасут добро и красота.

А третий светлячок шепнул тогда:
— Хочу светить, мерцая, как звезда,
Все звёздочки загадочно блестят,
Мне кажется волшебным их наряд…

Но вскоре завершился летний день,
Накрыла тёмный лес ночная тень,
Вдруг видят среди мрака светлячки:
Лисёнок горько плачет у реки.

— Я мамочку не слушался в пути,
Теперь тропинку к дому не найти!
Ах, как мне быть? От мамы я отстал,
Мой лес родной вдруг очень страшным стал…

И словно по команде, светлячки
Взлетели, рассыпая огоньки:
— Не бойся, с нами лёгким будет путь.
Но впредь, лисёнок, ты послушным будь!

Как в сказке, заискрился тёмный лес!
Страх малыша немедленно исчез.
Тропинка засверкала серебром.
Лисёнок без труда нашёл свой дом.

Жучки с тех пор раздумали грустить:
— Мы тоже можем пользу приносить!
Хотя от звёзд блестящих далеки,
Но светим ярко,— мы же светляки!

Сбываются порою все мечты…
Читатель, а о чём мечтаешь ты?
Пришла пора сказать, откуда свет.
У светлячков есть маленький секрет:

Природа очень щедрой к ним была,—
Лантерны в дар жучкам преподнесла,
Когда они вдыхают кислород,
Свет от лантерн мерцающий идёт.

И светлячки, как лампочки горят,
Магически притягивая взгляд,
Свой свет они на радость раздают,
Как новогодний праздничный салют!

А вы знаете, что светлячки…
…это многочисленное семейство из отряда жуков, обладающее удивительной способностью излучать свет.
… обитают на территории Северной и Южной Америки, Европы и Азии. Африки, Австралии и Новой Зеландии.
…тенелюбивые.…любят тепло.
…не любят жить группами, они одиночки, но при этом часто образуют временные скопления.
…ночные животные. Но среди них есть и такие, которые активны в светлое время суток. Днём насекомые отдыхают на траве, прячутся под корой, камнями или в иле, а ночью те из них, что способны летать, летают плавно и быстро.
…светят, но не греют. Свет, испускаемый светлячками, не тёплый, а холодный.
…очень горькие на вкус. Они бывают даже токсичными. Большинство животных знают это и избегают жевать светлячков. Поэтому у них мало врагов.

А вы знаете, что у светлячков…
… удлинённое и узкое тело, совсем маленькая голова, небольшие усики и большие глаза.
… в окрасе преобладают чёрный, серый и коричневый оттенки.
… размеры тела небольшие – в среднем от 4 мм до 2 сантиметров.
…cамцы многих видов похожи на обычных жуков. Они сильно отличаются от самок, которые больше напоминают личинок или маленьких червячков с ножками.
… имеются специальные органы свечения — лантерны. Лантерны располагаются на последних брюшных сегментах, и представляют собой скопление световых клеток – фотоцитов. Через эти клетки проходят множественные трахеи и нервы.

По трахеям к фотогенным клеткам поступает кислород, необходимый для происходящих здесь окислительных процессов. Благодаря тому, что через световые клетки проходят нервные окончания, светлячок способен самостоятельно регулировать интенсивность и режим свечения. Это может быть непрерывное свечение, мигание, пульсация или вспышки.
… cредняя продолжительность жизни составляет 90-120 дней.
… свечение служит для коммуникации между особями.
…самка откладывает яйца, из которых выходят активно питающиеся личинки. Выросшая личинка окукливается под камнями или под корой деревьев. Куколка зимует, а весной из неё появляется жук.
…жизненный цикл состоит из 4 стадий: яйцо (3-4 недели), личинка, или нимфа (от 3 месяцев до 1,5 лет), куколка (1-2 недели), имаго или взрослая особь (3-4 месяца).
…коэффициент полезного действия фонариков необыкновенно высок. Если в лампе накаливания в видимый свет превращается лишь 5 % энергии (остальная рассеивается в виде тепла), то у светлячков в световые лучи переходит от 87 до 98 % энергии.

А вы знаете, что…
… в природе насчитывается около 2040 видов светлячков.
… в Новой Зеландии есть пещера светлячков. Она очень популярна у туристов. Пещеру населяют Arachnocampa Luminos. Это вид светляков, обитающий только в Новой Зеландии. Увидеть звёздное небо под землей — удивительное зрелище!
…способность к сумеречному свечению (биолюминесценции), в первую очередь, необходима светлячкам для выбора пары — чтобы найти в группе насекомых своих сородичей.
…не все светлячки имеют «огонь». Небиолюминесцентные светлячки, которые не производят свет, как правило, не являются ночными жуками — они наиболее активны в течение светового дня.
… одни виды светлячков питаются пыльцой и нектаром растений, а другие, это маленькие хищники. Они едят муравьев, паучков, личинок своих собратьев, улиток и подгнившие растения.
…у одних видов светлячков светятся только самцы, у других — только самки. Но есть виды, у которых способностью светиться обладают и самцы, и самки (например, итальянские светляки). Самцы испускают яркий свет в полёте. Самки малоподвижны и обычно ярко светятся на поверхности почвы. Также существуют светлячки, у которых совсем нет такой способности. А у многих видов свет исходит даже от личинок и яиц.
… в тропиках многие виды светлячков из семейства Lampyridae как бы светят совместно. Они одновременно зажигают свои «фонарики» и так же одновременно гасят их. Это явление учёные назвали синхронным вспыхиванием светляков. Процесс синхронного вспыхивания ещё до конца не изучен. Существует несколько версий касательно того, как насекомым удается светить одновременно. По одной из них, внутри группы жуков одного вида есть лидер, который. «командует» светлячкам, когда им засветиться а когда — погаснуть.
…когда у переселенцев из Европы в Америку не было свечей, они освещали свои дома при помощи светлячков, помещённых в банки. Ими же заполняли лампады рядом с иконами.
…в Вест-Индии в старые времена причёски женщин украшали светлячками. Это было очень модно.
… c давних времен в Японии почитают светлячков и в былые времена им даже давали имена, словно домашним животным.
…в Японии XVII- XVII вв. светлячков даже ловили и продавали на рынках в больших городах. Но в 1924 году был введен запрет на ловлю светлячков.
…индейцы и в наше время, собираясь ночью в джунгли, привязывают к рукам или к обуви крупных светящихся жуков.
…В Японии ежегодно отмечают Хотаругари — праздник любования светлячками.
…светлячков в мире становится всё меньше. Это происходит из-за изменения климата, а также из-за того, что места обитания светлячков занимает человек. Эти насекомые не могут мигрировать. Если настают неблагоприятные времена, то они просто вымирают.

Источник

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 T_f 0.5 с в течение нескольких секунд, а затем коллективно прекращают это делать. Такие циклы происходят каждые T_b ≃ 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 T_b; 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 T_f 0.5 с.

Частотный спектр (преобразование Фурье) временного ряда мерцаний дополнительно подтверждает регулярность этих двух процессов, демонстрируя ярко выраженные пики на частотах 1/T_b = 0.08 Гц и 1/T_f = 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 σ_ij = |x_j — x_i| и задержка τ_ij = |t_j — t_i|.

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 (r_c) также весьма разнообразны, демонстрируя как крутые повороты, так и пролеты по прямой траектории (4b). Ускорение (a = v 2 /r_c) 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 r_c) 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 (δr_xy) 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 δr_xy), 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/T_b = 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! 🙂

Немного рекламы

Источник