Tajemství světlušek z Jižní Karolíny: Vědci odhalili, jak synchronizují záblesky a inspirují roboty

Výzkumníci z Coloradské univerzity odhalili matematická pravidla, kterými se řídí synchronní blikání světlušek. Tento objev by mohl vést k vývoji efektivnějších robotických rojů a prohloubit chápání synchronizace v biologii.

V prastarých lesích národního parku Congaree v Jižní Karolíně se každoročně v květnu odehrává fascinující přírodní divadlo. Tisíce samců světlušek druhu *Photuris frontalis* zde blikají naprosto synchronně a dodržují stejný vzor, což je světelná show, kterou lze spatřit jen na několika místech ve Spojených státech. Vědci i milovníci přírody jsou dlouhodobě uchváceni tím, jak takto jednoduchý hmyz dokáže pracovat v dokonalé harmonii.

Nyní inženýři z University of Colorado Boulder odhalili matematická pravidla, kterými se světlušky řídí při synchronizaci svých záblesků. Zjištění týmu by mohla jednoho dne vést k novým návrhům robotů pohybujících se v rojích a pomoci vědcům lépe porozumět dalším příkladům synchronizace v biologii – například současnému spouštění neuronů v mozku nebo synchronizaci buněk s vnitřními hodinami těla, známými jako cirkadiánní rytmus. „Je to magické,“ říká Orit Peleg, docentka z katedry informatiky a BioFrontiers Institute na CU Boulder. „V určitých časech v noci mají světlušky pro celou skupinu jeden rytmus a jsou velmi přesné.“

Ve studii vědci vystavili jednotlivé samce světlušek tlumenému LED světlu, které napodobovalo umělou světlušku. Pokud toto světlo blikalo rychleji než samci, hmyz měl tendenci zrychlit své vlastní blikání. Pokud blikalo pomalu, světlušky zpomalily. Lze si to představit jako diváka v přeplněném koncertním sále, který se snaží připojit k ostatním tleskajícím do rytmu. „Tento výzkum otevírá dveře k objevování dalších příkladů synchronizace v přírodě, které jsme dosud neviděli,“ uvedl Owen Martin, hlavní autor výzkumu, který získal doktorát z informatiky na CU Boulder v roce 2025. Martin strávil několik letních sezón v Congaree během experimentu, v bažinaté oblasti, kde se tyčí staleté cypřiše a tupelové stromy. Vzpomíná, jak trávil noci pozorováním blikajících světel světlušek odrážejících se na vodě Cedar Creek v parku.

Martin a Peleg provedli unikátní experiment: tým jemně odchytil samce světlušek jednoho po druhém a přenesl je do stanu zcela zastíněného od veškerého vnějšího světla. Martin pak seděl v naprosté tmě a svítil LED diodou na samce. Vysvětlil, že za přirozených okolností světlušky blikají asi jednou nebo dvakrát za sekundu. Tým nastavil LED diodu tak, aby blikala kdekoli mezi jednou za sekundu až jednou za 300 milisekund. Světlušky byly nejvíce náchylné ke změně svého rytmu, když LED blikala téměř ve stejnou dobu jako ony, ale jen o vlásek mimo. Pokud LED blikla těsně před světluškou, samec často uspíšil svůj další záblesk, aby se světlu dohnal. Pokud LED blikla těsně poté, světluška počkala o něco déle, než vydala svůj další záblesk. Pokud byla LED dioda výrazně mimo přirozené chování světlušek, obvykle ji ignorovaly. Na základě svých pozorování Martin a Peleg vyvinuli to, co matematici nazývají „křivkou fázové odezvy“ pro záblesky světlušek – v podstatě vzorec, který popisuje, jak vnější světelný zdroj nutí světlušky měnit své vlastní blikací vzory.