萤火虫的同步闪烁：随机中怎样涌现出秩序？

原创 Joshua Sokol 集智俱乐部

导语
“雨打灯难灭，风吹色更明。若飞天上去，定作月边星。”一首李白的《咏萤火》展现了他将萤火比星光的无限遐想。说到萤火虫，我们可能想起夏夜树荫里的星光点点，抑或是幽静树梢间的微光阵阵。你是否曾对这种闪烁着丝丝微芒的生物产生过好奇？它们闪光的背后存在怎样的机制和规律？近期，来自科罗拉多大学的计算生物学家 Orit Peleg 及其团队自主研发了高精度360度摄像机和三角测量方法，清晰地记录了散落在各地的不同萤火虫物种闪光的数据。通过这些数据，Peleg 发现了特定物种萤火虫同步闪烁的奥秘，同时还记录到了自然界中罕见的奇异同步状态。
研究领域：同步，自组织，群体行为，涌现
Joshua Sokol | 作者
牛晓杰 | 译者
邓一雪 | 编辑
1. 同步闪烁的萤火虫
日本民间传统中，萤火虫象征着离去的灵魂或沉默而汹涌的爱；秘鲁安第斯山脉的一些土著文化中，它被视为幽灵之眼；各式各样的西方文化中，萤火虫及其他发光昆虫已经与种种令人眼花缭乱的隐喻联系在一起，甚至这些隐喻之间是相互矛盾的：童年、庄稼、厄运、精灵、恐惧、田园、爱、幸运、死亡、淫乱、夏至、星辰、只言片语（Stefan Ineichen，2016）……
物理学家对萤火虫的关注来自同样神秘的原因：记录显示在散落于世界各地的 2200 多个萤火虫物种中，有少数种类具有同步闪烁的能力。在马来西亚和泰国，布满萤火虫的红树林会像挂着圣诞灯一样随着节拍闪烁；在阿巴拉契亚（Appalachia）的每个夏天，田野和森林会荡漾着看上去有些许阴森的荧光波浪。这场荧光表演秀除了吸引萤火虫配偶和大量观赏者外，还激发了人类对于解释同步（synchronization）现象的初步尝试——即从非常简单的要素中涌现出神奇的协同现象的炼金术。（*在古代欧洲，萤火虫曾因能发光而被称为“炼金术士”：或许它们不会真正把其他金属转变成为金子，但是确实不可思议地创造出了光。）
Orit Peleg 还记得她第一次与萤火虫同步的邂逅。那是在她使用的《非线性动力学与混沌》课程教材（数学家 Steven Strogatz 编写）上，萤火虫作为“简单系统如何实现同步”的例子之一出现。当时 Peleg 甚至从未见过萤火虫，这种昆虫在她的家乡以色列并不常见。