¿Por qué se sincronizan las luciérnagas?

La sincronización de las luciérnagas es un viejo misterio. Desde hace al menos tres siglos, los viajeros que regresaban del sudeste asiático relataban haber observado cómo estos insectos coordinaban sus señales lumínicas y generaban un glorioso e intrigante espectáculo nocturno en la orilla de los ríos. Ya en la década de 1960, los investigadores John y Elisabeth Buck capturaron varias decenas de luciérnagas alrededor de Bangkok y las llevaron a la habitación de su hotel, donde comprobaron que estas criaturas se sincronizaban en la oscuridad, ajustando sus ritmos a los destellos que emitían las demás. E incluso se acoplaban al ritmo de una luz artificial si se hacía lucir esta con una determinada cadencia.

Durante años, estas sincronizaciones fueron interpretadas por muchos biólogos como una mera anécdota. Algunos lo atribuyeron a una ilusión perceptiva inducida por el parpadeo del observador, una curiosidad estadística o incluso el efecto de determinadas condiciones atmosféricas que hacían vibrar la luz en determinada frecuencia a través del bosque. Y hasta se barajó la posibilidad de que los insectos estuvieran coordinados por una luciérnaga maestra a la que el resto seguía como si fuera una directora de orquesta. Pero cuando se empezó a comprender mejor el funcionamiento de los sistemas complejos, se entendió que la sincronización de estas señales era uno de los mejores ejemplos de lo que el matemático Steven Strogatz define como una propensión universal de la naturaleza a sincronizarse.  

En un trabajo publicado este miércoles en la revista Science Advances, el equipo de Raphaël Sarfati, de la Universidad de Colorado Boulder, en Estados Unidos, se ha remangado para resolver el asunto de una vez por todas. Con la intención de reconciliar la teoría con las observaciones, estos científicos grabaron con dos cámaras de 360º los destellos lumínicos de las luciérnagas de la especie Photinus carolinus en el Parque nacional de las Grandes Montañas Humeantes, en Tennessee, durante junio de 2020, en plena temporada de apareamiento. Mediante estas grabaciones estereoscópicas, los autores pudieron reconstruir en tres dimensiones una porción de 30 por 10 metros en forma de cono de los destellos emitidos por miles de luciérnagas cada noche.

Luciérnagas con conexión visual

Tras analizar y visualizar estos datos, los autores vieron que los enjambres de luciérnagas producen estos destellos sincronizados porque cada una de ellas sincroniza el ritmo con el que emite su luz con las compañeras que tiene al alcance de su vista, en las zonas más próximas. Es decir, los machos coordinan sus destellos con los otros machos gracias a la conexión visual, como demuestra el hecho de que no se producía coordinación entre aquellos individuos entre los que se interponía algún obstáculo como el terreno o la vegetación.

“Lo que hemos descubierto es que la sincronización solo sucede en grupos de luciérnagas de alta densidad”, explica Sarfati a Vozpópuli. “A partir de un cierto umbral, la sincronización es casi perfecta. Creemos que esto es porque las luciérnagas necesitan verse unas a otras para poder sincronizarse, pero en el ambiente en el que viven hay tal oclusión visual que solo se pueden ver en distancias cortas. Como consecuencia, hace falta que haya muchas luciérnagas juntas, para que cada una pueda transmitir la información del parpadeo a la siguiente”. 

“Las luciérnagas solo pueden interactuar con aquellas compañeras que están directamente en su campo visual”

Durante los meses de verano los machos de la especie P. carolinus producen pulsos de luz de entre 100 y 150 milisegundos de duración que repiten en secuencias de ocho destellos mientras permanecen inmóviles o mientras vuelan. Según explican los autores, en este periodo de reproducción los insectos están activos durante unas tres horas cada noche, desde que se pone el sol. En el comportamiento sincronizado, los destellos se acoplan dos veces cada 0,55 segundos durante un tiempo de alrededor de 10 segundos, en una especie de acoplamiento intermitente. 

“También observamos un retraso de los destellos desde el principio del enjambre hasta el otro extremo”, añade Sarfati. “Hay una propagación de estos destellos a lo largo del grupo. Los primeros en emitir luz tienden a ser más móviles que los últimos, lo que nos sugiere que puede que haya “líderes” y “seguidores” entre ellas”. Los autores no han determinado un rango de distancias mínimas y máximas para recibir la señal, pero creen que lo determinante no es la agudeza visual de cada insecto, sino la cantidad de obstáculos que se interponen entre ellos. “En otras palabras”, resume el autor principal, “algunas luciérnagas están muy bien conectadas con el resto del grupo, mientras que otras no, un poco como las redes sociales”. 

 “Algunas luciérnagas están muy bien conectadas con el resto del grupo, mientras que otras no, un poco como las redes sociales”

Sobre el motivo biológico por el que varias especies de este insecto presentan estos patrones lumínicos, aún no hay una repuesta clara. “¿Por qué los machos que compiten por la atención de las hembras harían lo mismo?”, pregunta Sarfati. “Estudios anteriores proponen que en grupos muy densos los machos se sincronizan porque de lo contrario no serían capaces de identificar el patrón que emiten las hembras en medio del caos", apunta.

Naturalezas sincronizadas

¿Cuál es la novedad que aporta este estudio en el estudio de la sincronización como fenómeno universal? Para el matemático Steven Strogatz, uno de los investigadores que más ha profundizado en el tema, se trata de un trabajo “maravilloso” y la primera vez que alguien descubre tanta información sobre cómo interactúan las luciérnagas. “Va mucho más allá de todo lo que sabíamos con anterioridad”, asegura a Vozpópuli. “La reconstrucción en 3D de donde están las luciérnagas y cuándo emiten su luz es espectacular”. “Hasta ahora teníamos motivos para creer que las las luciérnagas interactuaban solo con aquellas que podrían ver directamente, así que en ese sentido no es una gran sorpresa”, añade Strogatz. “Pero es fantástico verlo confirmado experimentalmente de una manera tan clara. Y nos dice que nuestros modelos matemáticos necesitan ahora hacerse más complejos para incluir este efecto. ¡Tenemos un emocionante desafío por delante!”.

En este experimento, un grupo de artistas consigue sincronizar los destellos de las luciérnagas en Tailanda con una serie de LEDs que lucen a un ritmo determinado.

Para el matemático español Pablo Rodríguez, especialista en sistemas complejos que trabaja en el Netherlands eScience Center, de Ámsterdam, la manera en que los investigadores han resuelto la cuestión parte de “una idea relativamente sencilla y muy bonita” y prueba que el ejemplo de la sincronización de las luciérnagas no es un mito, como creían algunos biólogos. El estudio de este tipo de problemas, recuerda, se remonta a la creación en el siglo XVII de los primeros relojes de péndulo por el holandés Christian Huygens, quien observó que dos aparatos colocados en la misma barra terminaban oscilando al mismo tiempo a pesar de la tendencia de estos mecanismos a desajustarse con el tiempo. Huygens descubrió que los péndulos se transferían el momento a través del material que los unía o del propio aire, porque en todos estos procesos, apunta Rodríguez, “la comunicación entre ellos, por el medio que sea, es la clave”. “Sin comunicación no hay sincronización”, sentencia.

En el caso de las luciérnagas, el contacto visual hace el papel de transmisor de la señal y facilita el acoplamiento, el mismo rol que juega la señal acústica en los espectáculos donde el aplauso del público se termina sincronizando, la tabla en la que se apoyan varios metrónomos que acoplan sus oscilaciones al cabo de un rato, o la gravedad, cuando lo que se acoplan son dos cuerpos celestes. “Uno de los aspectos que encuentro más interesantes [de la sincronización] es cómo de universal es” aseguraba Strogatz en un reciente vídeo del popular divulgador Veritasium. “Ocurre en todas las escalas de la naturaleza, desde el nivel subatómico al nivel cósmico y utiliza todos los canales de comunicación que la naturaleza ha diseñado, desde las interacciones gravitacionales a las eléctricas, químicas o mecánicas. Cualquier cosa que se te ocurra, si existe alguna manera en que dos objetos puedan influirse mutuamente, la naturaleza la utiliza para sincronizarlos”. 

“Si existe alguna manera en que dos objetos puedan influirse mutuamente, la naturaleza la utiliza para sincronizarlos”. 

“Lo que nos resulta más difícil de creer es que las cosas se sincronicen sin la presencia de un maestro de orquesta”, asegura Pablo Rodríguez. “Pero esto es algo que sucede muy a menudo en la naturaleza”. Nuestra biología hace que cuando vemos un patrón repetitivo en el que los ritmos siguen una coordinación exacta lo atribuyamos a algún tipo de inteligencia, pero en realidad se trata de una característica del propio universo.

“Creo que las luciérnagas son parte, sin duda, de ese enorme conjunto de cosas que tienden a sincronizarse, como describe Strogatz”, concluye Sarfati. “Dependiendo del tipo de interacciones, los patrones de sincronización que se producen pueden ser muy diferentes. Nuestro trabajo muestra que las cosas son más complicadas que la idea de que simplemente “lucen todas a la vez”. Se requiere cierta densidad, se mueve a lo largo del enjambre… De modo que lo que hacen es una de las muchas caras de esta tendencia a la sincronización”. 

Referencia: Self-organization in natural swarms of Photinus carolinus synchronous fireflies (Science Advances) 

* Sugerencia: esta web interactiva permite comprender mejor el proceso por el que se sincronizan las luciérnagas.