计算生物学家奥利特·佩莱及其团队自主研发了高精度360度摄像机和三角测量方法，清晰地记录了散落在各地的不同萤火虫物种闪光的数据。

佩莱实验室发现，真实的萤火虫群体行为并不像几十年来书本上那样的理想化，并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。除此之外，佩莱还记录到了一种罕见的同步类型，数学家称之为“嵌合体状态”。

“藏本模型”是日本物理学家藏本由纪建立的解释同步现象数学机制的鼻祖。多年来，这种模型出现了几种变体。1990年，斯特罗格茨和他的同事证明，如果将一组简单的类萤火虫振子相互关联，无论数量是多少，它们几乎总会同步。第二年，埃门特劳特描述了东南亚的屈翅萤群体通过加快或减慢内部振荡频率来实现同步的过程。

但是，当佩莱团队的相机在2019年开始从Photinus carolinus（P·carolinus）萤火虫中捕捉三维数据时，他们的分析揭示了新的模式。其中之一是确认了萤火虫生物学家早就提到的事情：一簇闪光往往从一个地方开始，然后以每秒半米的速度在森林中级联扩散开。萤火虫似乎在不同的距离范围内关注其他萤火虫，这可能是因为萤火虫只能看到在持续的视线范围内发生的闪光。

似乎并不符合“藏本模型”的核心前提，田纳西州的P·carolinus萤火虫没有每次闪光的内在周期。把一只P·carolinus萤火虫放在帐篷里时，“有时它等了几秒钟就闪光，而有时会等几分钟。”但一旦放入15只以上的P·carolinus萤火虫，整个帐篷里的虫群就出现间隔几十秒的集体性闪光。和物理学家合作研究，佩莱团队提出了一种新的周期性涌现模型。（如下图所示）

一种同步新模型

随机闪光的萤火虫可以被其他闪光的萤火虫触发而进入同步

（Merrill Sherman制图，牛晓杰）

想象一下，一只孤独的萤火虫在闪光，它将等待一个随机的时间间隔，然后再次闪光。但是，萤火虫需要给它的光器官“充电”，因此存在一个最短等待时间（恢复期）。它也很容易受到同伴的影响：如果它看到另一只萤火虫闪光了，只要自己的身体条件允许，它也会立即闪光。谁先闪了一下，就会激发其他所有的萤火虫立即进入闪光。每次环境变暗时，整个过程重复发生。随着萤火虫数量的增加，至少有一只萤火虫会随机选择在身体允许的情况下再次闪光，而这将引发其他的萤火虫闪光行为。因此，两次闪光之间的时间会缩短为恢复期的时间。认真观察这一幕的研究者都会看到一个稳定的群体节奏：即从闪光步入黑暗，然后从黑暗中突然闪光。

佩莱小组还发现了另一种奇特的模式。虽然大部分萤火虫“合唱团”在有节奏地闪烁，但固执的离群者却拒绝配合。这些离群者处于同一空间，按照自己的周期闪烁，与周围的“交响乐”节奏不相称。有时，这些离群者们之间似乎是同步的；有时它们不顾彼此，只是随机地闪烁。佩莱的研究小组将这描述为一种嵌合体状态，这是同步的一种形式。一些神经科学家的研究表明，在某些实验条件下看到了脑细胞活动中的这种奇异同步状态，但除此之外，此前还没有在自然界中观察到它。

（摘编自Joshua Sokol《萤火虫的同步闪烁：随机中怎样涌现出秩序？》牛晓杰译）

【推荐2】阅读下面的文字，然后完成下列小题。

企鹅的脚为什么不怕冻

王鸣阳   编译

①南极的企鹅在冬季长时间踩在冰雪上，它们的脚为什么不会冻坏？

②企鹅已经适应了寒冷的气候，能够尽可能少地散失热量，保持自己身体主要部分温度在40℃左右。但是它们的脚却很难保暖，因为脚上既不长羽毛，也没有鲸脂一类脂肪的防护，而且还有相对来说很大的面积。

③于是，企鹅通过两种机制来防止脚被冻坏。一种机制，是通过改变向双脚提供血液的动脉血管的直径来调节脚内的血液流量。当寒冷时，减少脚部的血液流量；当比较温暖时，增加血液流量。其实我们人类也有类似的机制，所以我们的手和脚在我们感到冷时会变得苍白；当你觉得暖和时，则变得红润。

④此外，企鹅在其双脚的上层还有一种“逆流热交换系统”。向脚提供温暖血液的动脉血管分叉为许多的小动脉血管，同时，在脚部变冷的血液又通过与这许多小动脉血管紧挨在一起的数目相同的小静脉血管流回。这样，小动脉血管内温暖血液的热量就传递给了与之紧贴的小静脉血管内的逆流冷血，结果，真正带到脚部的热量其实是很少的。

⑤在冬季，企鹅脚部的温度仅保持在冰点温度以上1℃～2℃，这样就最大限度地减少了热量散失，同时也防止了脚被冻伤。鸭子和鹅的脚也有类似的结构，但是，若把它们圈在温暖的室内饲养，过几个星期再把它们放回冰天雪地里，那么它们双脚贴地的一面会被冻坏。这是因为它们的生理活动已经适应了温暖的环境，通向脚部的血流实际上已经被切断，此时再回到寒冷环境，脚部的温度就会下降到冰点以下。

⑥企鹅的脚不会冻坏之谜，是可以从生物化学的角度来加以部分说明的，而且很有意思。

⑦氧与生物体内的血红蛋白结合，通常是一种强烈的放热反应。一个血红蛋白分子吸收和添加氧原子，要释放出大量的热量（DH）。在相反的逆反应中，当血红蛋白分子释放出氧原子时，通常会吸收同等数量的热量。然而，氧化反应和脱氧反应发生在生物体的不同部分，也就是说发生两种反应所在的分子环境不同（比如说酸度不同），整个过程的结果，则是热量的散失或增加。

⑧具体到南极企鹅的情形，在包括脚在内的外围冷组织中，DH值要比人类小得多。这就带来两个好处。首先，在进行脱氧反应时，企鹅的血红蛋白所吸收的热量大为减少，于是，它的双脚就不容易冻坏。第二个好处来自热力学定律。根据热力学定律，任何一种可逆反应，包括血红蛋白的氧化反应和脱氧反应，较低的温度有利于进行放热反应，而不利于反方向进行的吸热反应。因此，在低温下，对于大多数物种，都是吸收氧的反应进行得比较激烈，而不容易进行释放氧的反应。一个物种所具有的DH值如果相对来说不高不低正合适，那么这就意味着，在冷组织中血红蛋白对氧的亲和力不会变高到使氧无法从血红蛋白脱离出来。

（选自《思维与智慧》2021·30）