Steven Strogatz ritm al universului
Fireflies și inevitabilitatea sincronismului
„Acum vreo douăzeci de ani, am văzut - și am crezut că am văzut - sincron, sau simultan, pâlpâitoare licuricii. Nu am putut crede ochilor mei, pentru că posibilitatea unui astfel de fenomen printre insecte, desigur, este contrară oricărei legi a naturii. „1
Timp de mai multe decenii, nimeni nu a putut formula o teorie suficient de plauzibilă, care ar pune în lumină asupra fenomenului misterios. Numai în 1961, Joy Adamson în continuarea romanului lui Born Free ( «Born Free") se întreba același fenomen, care se observă pe continentul african 6 (de altfel, o descriere a licuricii sincrone pâlpâitoare de pe continentul african este primul).
lățime dungă de lumină de aproximativ zece picioare, format de mii de mii de licurici, strălucire verde fosforescent, care creează un capac de frumusețe încântătoare pe talie mare-iarbă. benzi fluorescente create de aceste organisme mici, în mod repetat, flash-uri și iese cu uimitoare în sincronicitate lor de precizie. Ne putem întreba doar ceea ce mijloacele de comunicare trebuie să aibă aceste creaturi mici, astfel încât acestea să poată coordona pâlpâirea lor ca în cazul în care acestea sunt controlate de un dispozitiv mecanic.
Până la sfârșitul anului 1960 de fragmente individuale ale puzzle-ului au început să apară un fel de imagine. Unul dintre sfaturile a fost atât de evident că aproape nimeni nu a acordat o atenție la ea. licuricii nu sincrone clipit numai la unison - Străluceau într-un anumit ritm, într-un ritm constant. Chiar și atunci când acestea au fost izolate una de alta, au continuat să pâlpâie în sincronizare. Din aceasta rezultă că fiecare insectă trebuie să aibă propriile sale mijloace de determinare a lungul timpului, un fel de mecanism de ceas intern. Acest oscilator ipotetic nu a fost încă stabilită anatomic, dar aproape sigur că trebuie să se reprezinte un grup de neuroni situate undeva intr-un creier mic de insecte. În multe privințe similar cu ritmul natural element de setare în inima omului, acest oscilator funcționează la o anumită frecvență, producând semnale electrice ritm care sosesc pe elementul licurici luminos 7 și să conducă la declanșarea sa periodică ( „on“).
Al doilea indiciu este conținută în lucrarea lui biolog John Buck, care a făcut mai mult decât oricine altcineva pentru a asigura integritatea științifică a cercetării care încearcă să explice acțiunile sincronismul licurici. La mijlocul anilor 1960, Dzhon Bak și soția sa, Elizabeth mai întâi a mers la Thailanda, în speranța de a vedea cu ochii mei un fenomen misterios. Într-o soție informală, dar foarte util experiment prins pe malurile râurilor, în vecinătatea multor licurici Bangkok și le-a pus în camera lui de hotel, sa pre-întunecare 8. Insecte comportat foarte nervos, dar apoi sa raspandit treptat pe pereți și tavan, fiind în afară cel puțin 10 centimetri. La început, au pâlpâit la întîmplare. Curând rezervorul de cuplu, în uimire tăcut uitam licuricii au observat că primul cuplu, iar apoi triple licuricii au început să clipească la unison. Grupuri licuricii sincrone pâlpâiri devin tot mai mult.
Aceste observații au indicat că licuricii trebuie cumva „ton“ ritmurile lor ca răspuns la alte licuricii pâlpâirea. Pentru a testa această ipoteză direct, Buck si colegii sai au efectuat teste de laborator, ulterior, 9. în care au creat pentru pâlpâirea licurici lumină artificială (simulând astfel strălucirea unui alt licurici) și privit reacția lui. Ei au descoperit că momentele de licurici luate separat corectează cu scintilație ulterioare bine definite, mod previzibil, și că magnitudinea și direcția această ajustare depinde de impactul extern a fost văzut într-un anumit moment al ciclului. În unele specii de licurici influență externă a fost întotdeauna trecerea de ritm experimental înainte licurici puțin, ca și în cazul în care traducerea săgețile ceasului intern înainte, în timp ce în alte specii de licurici influență externă a alunecat ritm experimental licurici sau mai înainte sau mai înapoi, în funcție de modul în care a fost licurici experimentală aproape de a fi să clipească (acesta este un lucru în cazul în care un licurici a fost literalmente pe punctul de alt pulsatorie, iar altul - dacă el a fost doar pe jumătate la următorul intermitent).
Luate împreună, aceste două sfaturi presupune că pâlpâirea ritmul guvernat de interne care ar putea fi resetat oscilator 10. Acest lucru este indicat în mod direct posibilă existența unui anumit mecanism de sincronizare: fiecare membru al comunității de licurici clipind continuu trimite și primește semnale, deplasând ritmuri ale altor licurici și deplasând un ritm propriu impactul asupra partea lor. Din totalitatea acestor interferențe apare într-un fel spontan sincronism.
Astfel, am ajuns la o explicație care părea de neconceput în urmă cu doar câteva decenii: licuricii se organizează. Ei nu au nevoie de un conductor, iar vremea nu contează pentru ei. Sincronismul se datorează interschimba semnale - în același mod ca și membrii orchestrei se poate realiza o sincronie perfectă a acțiunilor lor, fără ajutorul unui conductor. Cu toate acestea, în cazul licuricilor cercetători uimit de faptul că intelectul nu este obligat să furnizeze aceste insecte se potrivesc. Ei au toate ingredientele necesare pentru acest lucru: fiecare licurici are oscilator, ceva de genul un pic de momente Metronome generează semnale care sunt reglate în mod automat, ca răspuns la alte licuricii pâlpâirea. Asta e tot.
Cu o singură excepție: în nici un caz clar că acest scenariu este operațional. Poate un sincronism perfect, provin din cacofonia multe mii de metronoame fără minte? În 1989 am, impreuna cu colegul sau Rennie Mirollo a demonstrat corectitudinea răspunsului. Scenariul de mai sus nu este numai funcțional - este sigur pentru a fi funcțional în anumite condiții.
1. Philip Laurent, "Presupusa intermitent synchronal de licurici," Știința 45 (1917), p. 44.
2. Una dintre primele referințe au loc în expediția revista la bordul lui Sir Francis Drake, în 1577, „generalul nostru a vizitat mica insula de sud a Celebes (Celebes, Sulawesi este acum - o insulă din Indonezia. - Nota Trans ..), acoperite cu desișuri de nepătruns . În fiecare noapte, tot pământul printre tufișurile și tufișuri înșiși sunt pline cu o mare varietate de insecte (nu mai mari de muste normale), strălucind în întuneric. Ele emit lumină atât de puternică încât fiecare tufiș sau copac devine ca o lumânare aprinsă »[R. Hatduyt, 1589. ASelection a Voyages principale, Traffiques și Descoperiri ale națiunii engleze. Editat de Laurence Irving (New York, Knopf, 1926), p. 151]. aspect simultană a acestei radiații a fost descrisă în detaliu mult mai mare în 1680 de fizicianul olandez Engelbert Kaempfer după călătoria lui pe râul Maine, de la Bangkok la mare: „Aceste insecte strălucitoare cocoțat pe copaci, da impresia unui nor de foc. Cel mai surprinzător, cu toate acestea, este faptul că, cocoțat pe ramurile unui copac, toate la un moment dat dintr-o dată stins, iar după o secundă sau două, aprins doar împreună. Și astfel prietenos și poate dura ore pâlpâirea ritmic, ca și cum am văzut alternanța nesfârșită de sistola și diastola“. [Engeibert Kaempfer, 1727. Istoria Japoniei (cu o descriere a Regatului Siam). Traducere de J. G. Scheuchzer. Londra: Hans Sloane. Două volume într-o singură. Cm. Volumul 1, p. 45 sau pp. 78-79 1 volume re-ediția din 1906 g. Publisher efectuat J. McLehose and Sons, Glasgow.]
4. George H. Hudson, "clipire de licurici concertate," Știința 48 (1918), pp. 573-575.
5. Hugh M. Smith, "clipire sincrone de licurici," Știința 82 (1935), pp. 151-152. În acest articol scurt, dar credibil Smith oferă, de asemenea, una dintre cele mai detaliate descrieri detaliate ale fenomenului: „Imaginați-vă un copac înalt de treizeci și cinci până la patruzeci de picioare, dens acoperite cu frunze mici ovale, care se află la licurici și toate frunzele de pe fiecare sidefat foaie perfectă unison cu rata de aproximativ de trei ori în două secunde, iar intervalul dintre flash-uri copac este în întuneric total. Imaginați-vă o lungime râu de aproximativ o zecime de milă, puternic prea mare, cu paduri de mangrove. Pe fiecare frunză a fiecărui copac în pădure este licuricii strict sincrone activa și dezactiva. Insecte de pe copaci în creștere de la capătul îndepărtat al licarirea de pădure la unison perfectă cu licurici, presărate cu copaci mai aproape de tine. Dacă aveți imaginație, puteți avea o idee despre acest spectacol încântător și fascinant ".
6. Joy Adamson, Living gratuit (Londra: Collins și Harvill, 1961). Citat din p. 29.
8. John Buck și Elisabeth Buck, "Mecanismul de clipire sincron ritmic de licurici," Știință 159 (1968), pp. 1319-1327.