Группа ученых из Кембриджа предложила математическую модель, описывающую намагничивание и сход лавины, для объяснения роящихся цикад. По предположению исследователей, когда личинки цикад, находясь под землей, чувствуют потепление, они передают сигнал «выйти» соседям. И так в течение нескольких недель весь выводок выбирается из-под земли.
Жизненный цикл периодических цикад (Magicicada) длится 13 или 17 лет, в зависимости от вида. Проживая подземный этап, насекомые проходят пять стадий развития. В это время они питаются из ксилем в корнях и за счет этого считают сезонные циклы деревьев, что позволяет оставаться под землей нужное число лет.
Весной, когда почва прогревается до 18 градусов Цельсия, весь выводок выходит из подземной стадии развития. И это происходит синхронно — не будет каких-то особей, которые откажутся покидать личиночную стадию. Такая слаженность, как предположили американские биологи, помогает насекомым избегать встреч с хищниками. Однако неясным оставалось то, как цикады, рассредоточенные на большой территории, несмотря на изменения микроклимата (температура почвы не везде одинакова), синхронно выходят на свет.
Исследователи из Кембриджского университета выяснили, что объяснить такое загадочное поведение можно при помощи математической модели коллективного принятия решений. Работа опубликована в журнале Physical Review E.
Ученые предположили, что одновременное появление цикад объясняется быстрыми коммуникациями личинок под землей — это позволяет коллективу принимать решение. Исследователи опирались на уже существующую модель Изинга, с помощью которой описывают намагничивания материала, а также поведение лавины или трейдеров на фондовом рынке. Авторы статьи подставили на место «спинов» не вершины кристаллической решетки, а членов группы цикад. Значения +1 и -1 поменяли на «выйти» и «остаться».
Подобно магнитному полю, локальная температура вокруг зарытых цикад старается выровнять значения «спинов». Цикада переходит в значение «выйти», когда чувствует, что локальная температура достигла плюс 18 градусов. Соседствующие насекомые (среднее расстояние между ними 5-10 сантиметров) общаются и передают значение «спина» — так постепенно и лавинообразно весь подземный рой приходит к согласию в течение нескольких недель.
«Если наше предположение о том, что коммуникация между личинками цикад играет роль в появлении роя, подтвердится, это станет ярким примером того, как дарвиновская эволюция может действовать на благо группы, а не только отдельной особи», — подчеркнул автор исследования Раймонд Голдштейн.
Также ученые предположили, что для общения цикадам не нужны сложные способы коммуникации — для передачи значения «выйти» достаточно обычных акустических сигналов. Для проверки гипотезы коллективного принятия решений у цикад осталось провести полевые исследования.