CIENCIA

Una nueva explicación de cómo las luciérnagas parpadean sincronizadas

Un escenario similar se desarrolló en la década de 1990 cuando un naturalista de Tennessee nombró lynn fausto lea la confiada declaración publicada de un científico nombrado Juan Copeland que no hay luciérnagas sincrónicas en América del Norte Entonces Faust se dio cuenta de que lo que había estado observando durante décadas en los bosques cercanos era algo notable.

Faust invitó a Copeland y Moisef, su socio, a ver un espectáculo en las Grandes Montañas Humeantes llamado fotina carolina.. Nubes de luciérnagas macho llenan bosques y claros, flotando a la altura de una persona. En lugar de destellar en estrecha coordinación, estas luciérnagas emiten una ráfaga de relámpagos rápidos en unos pocos segundos, luego se extinguen varias veces antes de perder otra ráfaga. (Imagínese una multitud de paparazzi esperando que aparezcan celebridades a intervalos regulares, tomando una andanada de fotos en cada aparición y luego moviendo los pulgares en la pausa).

Los experimentos de Copeland y Moiseff demostraron que están aislados P. carolinus las luciérnagas intentaron parpadear al ritmo de una luciérnaga vecina, o un LED parpadeante, en un frasco cercano. El equipo también colocó cámaras de video de alta sensibilidad en los bordes de los campos y claros de los bosques para registrar los rayos. Copeland revisó el metraje cuadro por cuadro, contando cuántas luciérnagas se encendieron en un momento dado. El análisis estadístico de estos datos minuciosamente recopilados demostró que todas las luciérnagas dentro del campo de visión de las cámaras en una escena determinada estaban emitiendo ráfagas de rayos. a intervalos regulares y correlacionados.

Dos décadas más tarde, cuando Peleg y su posdoctorado, el Dr. Rafael Sarfatise dispuso a recopilar datos de luciérnagas, había mejor tecnología disponible. Diseñaron un sistema de dos cámaras GoPro colocadas a unos pocos pies de distancia. Debido a que las cámaras capturaron video de 360 ​​grados, pudieron capturar la dinámica del enjambre de luciérnagas desde adentro, no solo En lugar de contar los destellos a mano, Sarfati diseñó algoritmos de procesamiento que podían triangular los destellos de luciérnagas capturados por las dos cámaras, y después de registrar no solo cuándo ocurrió cada parpadeo, sino también dónde ocurrió en el espacio tridimensional.

Sarfati presentó por primera vez este sistema en Tennessee en junio de 2019 para P. carolinus luciérnagas que Fausto había hecho famosas. Por primera vez vio el espectáculo con sus propios ojos. Se había imaginado algo así como las escenas de síncopa apretada de las luciérnagas asiáticas, pero las ráfagas de Tennessee eran más confusas, con ráfagas de hasta ocho destellos rápidos con una diferencia de cuatro segundos, repitiéndose aproximadamente cada 12 segundos. Sin embargo, este lío fue emocionante: como físico, pensó que un sistema que fluctúa salvajemente podría ser mucho más informativo que uno que se comportaba perfectamente. «Fue complicado, confuso en cierto modo, pero también hermoso», dijo.

Intermitentes aleatorios pero lindos

En su trabajo de pregrado sobre la sincronización de las luciérnagas, Peleg primero aprendió a entenderlas a través de un modelo formalizado por el médico japonés. yoshiki kuramotobasándose en un trabajo anterior del biólogo teórico Art Winfrey Este es el modelo ur de la sincronía, el abuelo de los esquemas matemáticos que explican cómo puede surgir la sincronía, a menudo inexorablemente, en todo, desde grupos de células marcapasos en corazones humanos hasta corriente alterna

En su forma más básica, los modelos de sistemas síncronos deben describir dos procesos. Uno es la dinámica interna de un individuo aislado, en este caso, una luciérnaga solitaria en un frasco, gobernada por una regla fisiológica o de comportamiento que determina cuándo parpadear. El segundo es lo que los matemáticos llaman acoplamiento, la forma en que el destello de una luciérnaga afecta a sus vecinos Con combinaciones aleatorias de estas dos partes, una cacofonía de diferentes agentes puede ensamblarse rápidamente en un coro ordenado.

Yoshiki Kuramoto, profesor de física en la Universidad de Kioto, desarrolló el modelo de sincronización más conocido en la década de 1970 y participó en el descubrimiento del estado quimera en 2001.

Foto: Tomoaki Sukezane

En la descripción al estilo de Kuramoto, cada luciérnaga individual se trata como un oscilador con un ritmo preferido inherente. Piense en las luciérnagas como si tuvieran un péndulo oculto que se balancea constantemente dentro de ellas; imagina que un insecto parpadea cada vez que su péndulo pasa por el fondo de su rosa. Además, ver un destello vecino empuja el péndulo que determina el tempo de la luciérnaga un poco hacia adelante o hacia atrás. Incluso si las luciérnagas se desincronizan entre sí o si sus ritmos internos preferidos varían individualmente, el colectivo gobernado por estas reglas es diez en un patrón de relámpagos coordinado.

A lo largo de los años han aparecido varias variantes de este esquema general, cada una de las cuales cambia las reglas de la dinámica interna y el acoplamiento. En 1990, Strogatz y su colega Reni Mirolo del Boston College han demostrado que un conjunto muy simple de osciladores similares a luciérnagas casi siempre se sincronizará si los conecta, sin importar cuántas personas incluya. al año siguiente, Ermentrout describió cómo grupos de Pteroptyx malaccae Las luciérnagas del sudeste asiático pueden sincronizarse acelerando o ralentizando sus frecuencias internas. Recientemente, en 2018, un grupo dirigido por Gonzalo Marcelo Ramírez-Ávila de la Universidad Superior de San Andrés en Bolivia desarrolló un esquema más complejo en el que las luciérnagas alternaban entre un estado «cargado» y un estado «descargado», durante el cual parpadeaban.

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