数学生物学家最新研究：萤火虫如何同步闪光？同步现象的创新模型(3)

夜间萤火虫在森林中移动的合成镜头摄影，它们的同步闪光以条纹的形式出现。Photinus carolinus物种的萤火虫是已知的少数几个能同步闪光的物种之一。这张萤火虫的照片是由多张30秒的曝光照片合并而成的。
佩莱团队开始收集萤火虫数据时，有了更好的技术。他们设计了一个由两个GoPro相机组成的系统，相隔几英尺。因为这些相机可以拍摄360度的视频，他们可以从内部而不是从侧面捕捉萤火虫群的动态。研究人员设计了处理算法，可以对两台相机捕捉到的萤火虫闪光进行三角测量，然后不仅记录每个眨眼发生的时间，还记录它在三维空间中的位置，而不是用手计算闪光。

藏本模型（Kuramoto model）是一种用来描述同步的数学模型，由京都大学的物理学教授藏本由纪（Kuramoto Yoshiki）在20世纪70年代开发的最有名的同步化模型，并在2001年共同发现了嵌合状态。具体说来，它描述了大量耦合振子的同步行为，从人类心脏的起搏器细胞群到交变电流。
从最基本的方面来讲，同步系统的模型需要描述两个过程。一个是孤立个体的内部动态。在这种情况下，是罐子里的一只孤独的萤火虫，由决定它何时闪光的生理或行为规则所支配。第二种是数学家所说的耦合，即一只萤火虫的闪光影响其邻居的方式。通过这两部分的偶然组合，不同萤火虫的闪光可以迅速拉成一个整齐的“合唱”。

在藏本模型的描述中，每个单独的萤火虫都被视为一个具有内在偏好节奏的振荡器。把萤火虫想象成有一个隐藏的钟摆在里面稳定地摆动；想象每当它的钟摆扫过它的弧形底部时，一只虫子就会闪烁。还假设看到邻近的闪光会将萤火虫的节奏设置的钟摆向前或向后拉动一点。即使萤火虫开始时彼此不同步，或者它们喜欢的内部节奏各自不同，受这些规则支配的集体往往会汇聚到一个协调的闪光模式上。