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小科普| 科學技術助力螢火蟲研究
長曝光下的P.carolinus螢火蟲，帶狀閃光清晰可見。照片拍攝于美國大煙山國家公園。© Peleg Lab at CU Boulder
小時候，我們總希望黃昏快點到來。暮色之下，我們聚精會神，捕捉隨時可能出現(xiàn)的黃色閃光，也就是我們口中的螢火蟲。螢火蟲在前面飛，我們就在后面追，試圖記住最后亮光出現(xiàn)的地方，這是夏天獨有的儀式感。
世界上有2000多種螢火蟲。在許多地方，人們在自家后院便可享受螢火蟲生物發(fā)光帶來的自然奇觀。
但或許你已經(jīng)意識到，周圍的螢火蟲數(shù)量在不斷減少，甚至再也不見它們的蹤影。這是因為愈發(fā)嚴重的光污染及其他原因威脅著螢火蟲的生存，導致它們正在慢慢消失。
現(xiàn)在有一個項目，可以幫助研究人員更好地了解螢火蟲的交流方式。
同步性
項目負責人Orit Peleg并不是昆蟲學家，一開始學的是計算機科學和物理學。但對她來說，研究螢火蟲也并不是完全轉(zhuǎn)變了研究方向。
Peleg是美國科羅拉多大學博德分校生物前沿研究所的助理教授，她說：“我對動物行為一直很感興趣，我會使用物理學和計算機科學的方法，來更好地理解動物行為。在螢火蟲研究中，就是要探究它們在密集群體中的交流模式。”
追蹤單個螢火蟲的抽象圖。© Peleg Lab at CU Boulder
螢火蟲腹部有一個叫做“燈籠”的發(fā)光器官，能通過生化反應發(fā)光，螢火蟲利用發(fā)光來相互交流。每種螢火蟲都有自己的反應模式。發(fā)光模式的交流用途多樣，經(jīng)常是用于雄性和雌性在交配季節(jié)的交流。
Peleg說：“我們正在將已知的計算機語言，應用在螢火蟲交流的研究上。”
這些閃光單獨看是非常簡單的，但在密集群體中，破譯閃光模式則變得更加復雜。有的螢火蟲會同步閃光。
在這些群體中，個體的閃光模式甚至在自己的種類中都是獨一無二的。要追蹤這些單獨的個體，可是一個不小的挑戰(zhàn)。一片螢火蟲的閃光，看起來非常和諧，可以說是世界上偉大的自然奇觀之一。
這種聚集現(xiàn)象令人嘆為觀止，但也給研究人員帶來了艱難的挑戰(zhàn)，追蹤一只螢火蟲幾乎是不可能完成的任務。
Peleg表示：“在密集群體中追蹤單個螢火蟲，很容易跟丟。所以，我們開發(fā)了簡單易用的螢火蟲行為記錄方法，就像現(xiàn)成的GoPro相機一樣。”
Peleg利用成對GoPro相機，構(gòu)建立體聲環(huán)境。捕捉到的圖像可供研究人員分析。Peleg也因其在螢火蟲交流方面的研究獲得了科特雷爾（Cottrell）學者獎。領獎時，她表示，現(xiàn)場和虛擬現(xiàn)實技術不斷發(fā)展，讓科學家們?nèi)缁⑻硪?，更進一步探究信號設計策略及其廣播和處理等深層問題。
技術問題已經(jīng)取得突破。但問題是，美國各地都有螢火蟲同步閃爍現(xiàn)象，且每年閃光時間段相對較短，Peleg不可能同時出現(xiàn)在所有地方收集數(shù)據(jù)，因而數(shù)據(jù)集建立成了另一個挑戰(zhàn)。
Peleg表示，因為螢火蟲分布廣泛，數(shù)據(jù)收集難度大，我們認為可以動員大眾，釋放群眾的潛力，所以我們正在招募記錄志愿者，為我們的研究工作助力。
Peleg說：“大多數(shù)螢火蟲種類都缺乏足夠的數(shù)據(jù)，我們甚至對本區(qū)域的螢火蟲物種都知之甚少。”
了解螢火蟲的交流方式有多種科學應用，可以幫助我們更好地了解螢火蟲本身，而且這些夏季歡樂記憶的重要標志也需要我們的幫助。
單臺攝像機的視角下（A），自然棲息地（山脊）的螢火蟲閃光，以及三維重建后的視圖（B）。三維視圖中，群體向上的曲率表明，螢火蟲緊隨陡峭的地形活動。該圖是2021年Science Advances論文中圖1的一部分。© Peleg Lab at CU Boulder
危機四伏
西思學會（Xerces Society）和世界自然保護聯(lián)盟（IUCN）發(fā)表的報告顯示，螢火蟲面臨最大的威脅之一是燈光。在美國，真正黑暗的天空變得非常罕見，阻礙了螢火蟲的交流，由于其種群絕大多數(shù)均為夜行，光污染會導致他們的閃光無法吸引伴侶或是威懾捕食者。
Peleg解釋稱：“螢火蟲閃光和背景之間的對比使螢火蟲更難解讀信號，降低了繁殖成功率。”
棲息地破壞和農(nóng)藥是另外的威脅。螢火蟲會在地下度過幼蟲的大部分時間，在這個階段，幼蟲會非常脆弱，而土地開發(fā)和農(nóng)藥過量使用會悄無聲息地消滅整個群體。
另外，氣候變化也會導致棲息地破壞，帶來諸多變化。Peleg表示，適宜螢火蟲生存的溫度和濕度范圍非常狹窄，所以全球變暖可能會產(chǎn)生許多負面影響。
長曝光下的P.carolinus螢火蟲，帶狀閃光清晰可見。© Peleg Lab at CU Boulder
許多人認為自己很熟悉螢火蟲，但是未知的東西還有很多。Peleg指出，就算是自己周圍的螢火蟲，信息也可能非常匱乏。
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