几万只萤火虫怎么同时发光?

我从小就很喜欢萤火虫，但你见过几万只萤火虫，在东南亚的热带雨林里面一起闪吗，它们是怎么做到的呢？

“自组织”

背后其实是个叫“自组织”的原理，就是一大群个体，按照一些简单的局部规则，就能自发形成一个复杂而有序的模式。

最早是物理学家惠更斯发现的，他把两个摆钟挂到同一个架子上，过一会儿，不管开始怎么摆，它们最后都会同步摆动，因为钟摆的振动通过架子互相传递了点能量，于是俩钟的节奏就慢慢一样了。

萤火虫也一样，每一只萤火虫就是一个“振荡器”，它有自己的闪光节奏，它能看见周围的同伴正在闪光，于是它就会调整自己的节奏，与周围同伴的闪光节奏“耦合”在一起，当这种“耦合”的作用足够强的时候，整个群体就会从一片混乱变成整齐，这就像是一个没有指挥的交响乐团，乐手们相互倾听，最后就达到了完美同步。

这个过程有几个特点：

无中心，缺乏“萤火虫王”发号施令

互动具有局部性，每只萤火虫仅关注其可视范围内的邻居

有一个临界点，萤火虫密度比较小的时候，大家各闪各的，到了密度大到一定程度的时候，就像开关一打开一样，就会出现同步现象。

这种简单的规则却能涌现出复杂的状况，这其实有点像是分布式计算系统，每个节点自己工作，然后靠局部的交流一起把事情干了。

为什么要同步？

同步闪烁既是一种物理现象，也是数百万年自然选择的结果，其直接目的在于求偶。

想象一个漆黑的雨林，一只萤火虫的光很小，很容易被忽视。但是数以千计的萤火虫一起闪，就完全不同，就像一个巨大的“灯塔”，可以吸引远方的雌虫，这是一种集体信号，它向雌性说“这里有大群有活力、健康的雄性。

但此事并非这样简单，其中蕴含着复杂的博弈。

一种可能叫“雌性选择”，雌性会选那些能跟着集体节奏走的雄性，这表示它身体好、反应快，基因也好，同步闪烁就成了展示雄性实力的地方。

另一种可能是“雄性竞争”，竞争太激烈了，你不合群，自己乱闪，光芒很容易被大部队的同步爆发给淹没了，雌性根本看不到你。所以，你必须加入这个同步的集体，才能不被淘汰。

当然也有一些雄性会在集体闪光的基础上搞点小动作，闪的再亮一点，或者提前一点，想在不破坏整个节奏的前提下让自己更加突出。

高效的“冷光”

萤火虫玩得这么开心，还是得感谢它们高效的发光系统，萤火虫的腹部，也就是屁股那里，有许多发光细胞，这些细胞里面藏着一种叫做“荧光素”的化学物质，在一种名叫“荧光素酶”的东西帮忙下，荧光素跟空气中的氧气和身体里的能量分子ATP碰上，就发出了光。

这个过程能量转换效率高得惊人，超过80%，几乎不产生热量，所以叫“冷光”，白炽灯只有5%左右。这种高效的“冷光”，让萤火虫可以反复、精准地控制自己的闪光，不会把自己烤熟。它们靠控制输送到发光细胞的氧气量来调节闪光的亮度和频率，对同伴的闪光作出迅速反应。

并非所有萤火虫都会同步

最后得澄清一个误区： 同步闪烁其实是个“特长”，不是所有的萤火虫都会，全世界2000多种萤火虫，绝大多数都是自己“玩”，用独特的“闪光暗号”来识别同类。

只有极少数特定种类的萤火虫，主要是在东南亚，才演化出了这样一种壮观的群体行为。而且就算是这些“特长生”，也需要在特定的环境条件下，例如种群密度足够高时，才会开始它们的同步表演。

所以萤火虫同步闪烁，是物理规律、进化博弈、生物化学共同作用下产生一个奇迹，是一个去中心化自组织系统，通过简单局部互动，产生惊人集体智慧。