同様のシナリオが 1990 年代に繰り広げられ、テネシー州のナチュラリストが リン・ファウスト という名前の科学者の自信を持って発表された主張を読む ジョン・コープランド 北アメリカには同調するホタルは存在しなかった。 ファウストはその時、彼女が近くの森で何十年も見続けてきたものが驚くべきものであることを知っていました.
ファウストは、コープランドと彼の共同研究者であるモイセフを、グレート スモーキー マウンテンに生息する、 フォチヌス・カロリヌス. オスのホタルの雲が森や空き地を埋め尽くし、人間の高さほどの高さに浮かんでいます。 これらのホタルは、緊密に連携してまばたきをする代わりに、数秒以内に素早い閃光を放ち、その後、別のバーストを失う前にその数倍静かになります。 (パパラッチの群れが有名人が定期的に登場するのを待ち、登場するたびに一斉に写真を撮り、休憩時間に親指をいじっていると想像してみてください。)
コープランドとモイセフの実験は、 P. カロリヌス ホタルは実際に、近くの瓶の中で隣のホタル (または LED の点滅) に合わせて点滅しようとしました。 チームはまた、閃光を記録するために、野原や森林伐採地の端に高感度ビデオ カメラを設置しました。 コープランドはフッテージをフレームごとに調べ、各瞬間に照らされたホタルの数を数えました。 この入念に収集されたデータの統計分析により、シーンのカメラの視野内にあるすべてのホタルが、実際に一定の相関間隔でフラッシュ バーストを放出したことが証明されました。
20 年後、ペレグと彼女のポスドクである物理学者の ラファエル・サルファティ、ホタルのデータを収集するために着手したとき、より優れた技術が利用可能でした。 彼らは、数フィート離して配置された 2 台の GoPro カメラのシステムを設計しました。 カメラは 360 度のビデオを撮影したため、ホタルの群れのダイナミクスを横からだけでなく内部からも捉えることができました。 手で閃光を数える代わりに、Sarfati は処理アルゴリズムを考案しました。このアルゴリズムは、両方のカメラで捉えたホタルの閃光を三角測量し、それぞれの瞬きがいつ発生したかだけでなく、3 次元空間で発生した場所を記録します。
Sarfati は、2019 年 6 月にテネシー州でこのシステムを初めてフィールドに導入しました。 P. カロリヌス ファウストが有名にした蛍。 その光景を自分の目で見たのは初めてだった。 彼はアジアのホタルの同期のタイトなシーンのようなものを想像していましたが、テネシー バーストはもっと乱雑で、約 4 秒間に最大 8 回のクイック フラッシュのバーストが約 12 秒ごとに繰り返されました。 それでも、その乱雑さは刺激的でした。物理学者として、彼は激しい変動を伴うシステムは、完全に動作するシステムよりもはるかに有益であると証明できると感じました。 「それは複雑で、ある意味で混乱を招きましたが、美しいものでもありました」と彼は言いました。
ランダムだが同情的な露出狂
同期するホタルに関する学部生の筆記で、ペレグは日本人物理学者によって定式化されたモデルを通じてホタルを理解することを最初に学びました。 倉本芳樹、理論生物学者 Art Winfree による以前の研究に基づいています。 これは同調性の元モデルであり、人間の心臓のペースメーカー細胞のグループから交流電流に至るまで、どのようにして同調性がしばしば容赦なく発生するかを説明する数学的スキームの元祖です。
最も基本的な同期システムのモデルでは、2 つのプロセスを記述する必要があります。 1 つは、孤立した個人の内部ダイナミクスです。この場合は、瓶の中で孤独なホタルであり、いつ点滅するかを決定する生理学的または行動規則によって支配されています。 2 つ目は、数学者が結合と呼ぶもので、1 つのホタルの閃光が隣のホタルに影響を与える方法です。 これら 2 つの部分の偶然の組み合わせにより、さまざまなエージェントの不協和音は、すぐにきちんとしたコーラスに引き込まれます。
倉本風の説明では、個々のホタルは固有の好みのリズムを持つ振動子として扱われます。 ホタルは、ホタルの中で安定して揺れる隠れた振り子を持っていると想像してください。 振り子が弧の底を通過するたびにバグが点滅することを想像してみてください。 また、近くの閃光を見て、ホタルのペース設定の振り子を少し前後に引っ張ったとします。 ホタルが互いに同期していなくても、またはホタルの好みの内部リズムが個々に異なっていても、これらのルールによって管理される集団は、調整されたフラッシュパターンに収束することがよくあります.
この一般的なスキームのいくつかのバリエーションが何年にもわたって出現しており、それぞれが内部ダイナミクスとカップリングのルールを微調整しています. 1990年、ストロガッツと彼の同僚 レニー・ミローロ ボストン大学の教授は、ホタルのような発振器の非常に単純なセットが、それらを相互接続すれば、含めた個人の数に関係なく、ほぼ常に同期することを証明しました. 翌年、Ermentrout は、 プテロプティクス・マラッカ 東南アジアのホタルは、内部周波数を加速または減速することで同期できます。 2018 年には、 ゴンサロ・マルセロ・ラミレス・アビラ ボリビアのサンアンドレス高等大学の研究チームは、ホタルが「充電」状態と「放電」状態の間を行ったり来たりして点滅するという、より複雑なスキームを考案しました。