萤火虫的同步闪烁：随机中怎样涌现出秩序？(2)

“它实在太美丽了，即使很多年过去我仍无法忘怀。”但当 Peleg 在科罗拉多大学（University of Colorado）和圣塔菲研究所（Santa Fe Institute）尝试将计算方法应用于生物学研究时，她发现尽管萤火虫启发了很多数学研究，但描述昆虫实际行动的定量数据却很少。

科罗拉多大学的计算生物学家 Orit Peleg（左）和她实验室的一名博士后 Raphaël Sarfati 开发了用于捕捉有关野外萤火虫闪光的高分辨率数据的复杂系统。| 来源：Glenn Asakawa
于是她开始着手解决这个问题。过去的两年里，Peleg 实验室的一系列论文已经收集了多个地点、多个萤火虫物种的同步数据，并且清晰度要比之前的生物学家高得多。匹兹堡大学的数学生物学家 Bard Ermentrout 用“相当令人惊讶”形容这些研究成果；康涅狄格大学的生物学家 Andrew Moiseff 说：“我被震惊到了”。
论文表明，真实的萤火虫群体行为并不像几十年来期刊和课本上那样的理想化。例如，几乎所有关于萤火虫同步的模型都假设，每只萤火虫有自己的“节拍器”（metronome）。但是，Peleg 实验室在今年3月发布的预印本显示，不是所有的萤火虫都有自己的节拍器。对于没有节拍器的萤火虫而言，只有在许多只萤火虫聚集的时候才会出现集体性的节拍 (Sarfati, R. et al., 2022)。除此之外，Peleg 还记录到了一种罕见的同步类型[1]，数学家称之为“嵌合体状态”（chimera state）。在现实中，除非是经过精心设计的实验，几乎从未在自然状态下观察到这种同步类型（Bansal, K. et al.）。
生物学家希望找到新的方法来重塑关于萤火虫的科学、呼吁对萤火虫的保护。同时，当数学家们尝试构建类似 Steven Strogatz 教材中的同步理论时，从诸如萤火虫这样的同步生物那里得到真实数据的反馈并不多。“这是一个大突破”，康奈尔大学数学系教授 Strogatz 说，“现在我们可以开始尝试打通生物学家和数学家之间关于萤火虫研究的阻碍关卡了。”