In het Congaree National Park in South Carolina beschikken de vuurvliegjes over ogenschijnlijk magische krachten: gedurende een kort tijdvenster in het voorjaar kunnen ze in het donkere bos het aan- en uitschakelen van hun lichtschijnsel op elkaar afstemmen. De vuurvliegjes (Photuris frontalis) uit de familie van de glimwormen synchroniseren hun snelle geknipper onderling en behoren daarmee tot slechts een handvol van deze insecten die hun lichtsignalen op elkaar kunnen afstemmen. De mannetjes geven hun signalen – snel opeenvolgende flitsen van bioluminescerend licht – af in de hoop om vrouwtjes aan te trekken. Maar de wetenschap heeft nog geen goede verklaring voor het gedrag.
In 2019 kwamen ruim 12.000 mensen op dit ongelooflijke biologische verschijnsel af, zegt David Shelley, hoofd voorlichting en wetenschap van het Congaree-park. Maar door de coronavirus-pandemie kon niemand dit jaar de lichtshow bijwonen.
Een teleurstelling voor het publiek, maar een uitgelezen kans voor onderzoekers, die dankzij de afwezigheid van mensen het gedrag van de insecten in het Congaree-park en daarbuiten in alle rust konden bestuderen en gegevens konden verzamelen in omstandigheden die misschien nooit meer zo ongerept zullen zijn.
Bovendien zullen de vuurvliegjes zich deze zomer door de afwezigheid van lichtvervuiling en andere verstoringen in het bos ongestoord kunnen voortplanten, wat de populaties van deze insecten, die in hun hele verspreidingsgebied in aantallen teruglopen, ongetwijfeld goed zal doen.
Om de bioluminescerende insecten in deze ongebruikelijk tijd te kunnen bestuderen brachten een onderzoeksteam en National Geographic-onderzoeker Mac Stone halverwege mei ruim een week lang door in het Congaree-park.
“Natuurlijker gegevens als deze kun je volgens ons niet vergaren, aangezien de insecten niet door mensen worden beïnvloed,” zegt Julie Hayes, ecologe en computerwetenschapper aan de University of Colorado in Boulder.
Stone was geïnteresseerd in het project, omdat de vuurvliegjes in opstanden van zeer oude cipressen leven, een zeldzaam en bedreigd type bos dat hij in het hele zuidoosten van de VS fotografeert. Als gevolg van de pandemie moest hij veel van zijn activiteiten en reizen afzeggen, maar het bezoek aan het Congaree-park “maakte alles een beetje goed,” zegt Stone. “Het was een eer” – en een unieke gelegenheid om ’s nachts foto’s te maken, zonder de onderbreking van het flitslicht van bezoekers.
Mysterie in 3D
In mei reisden Hayes en haar collega van de University of Colorado in Boulder, Raphael Sarfati, af naar het Congaree-park om 3D-video’s van de insecten en hun lichtshow te maken.
Shelley was blij dat de onderzoekers van dit unieke moment gebruik konden maken. “Je hebt maar één kans per jaar om zoiets te fotograferen.”
Hoe de vuurvliegjes hun signalen zo precies op elkaar afstemmen, blijft een mysterie. De insecten kunnen verspreid over een groot gebied op ongeveer hetzelfde moment hun lichtsignalen aan- en uitschakelen, ook al kunnen ze alleen soortgenoten in hun directe nabijheid zien.
“Op een of andere manier is dat voldoende om ze allemaal hetzelfde te laten doen,” zegt Sarfati. “Het lukt ze om hun persoonlijke klok op hetzelfde tempo als de rest van de groep in te stellen.”
Sarfati, Hayes en laboratoriumhoofd Orit Peleg hebben het onderzoek van de expeditie in mei nog niet gepubliceerd, maar ze hebben alvast enkele antwoorden op de vraag hoe dicht een zwerm vuurvliegjes moet zijn om signalen te kunnen synchroniseren en hoe die signalen zich over grote afstanden voortplanten.
En de functie van de synchronisatie? “Dat vragen we ons elke dag af,” zegt Peleg.
Volgens de onderzoekers zullen de antwoorden onthullend zijn.
Gesynchroniseerde activiteiten zijn van vitaal belang voor het leven zoals wij dat kennen, van de gecoördineerde samentrekking van spiercellen in het hart tot het gelijktijdig ‘vuren’ van zenuwcellen in de hersenen.
De drie wetenschappers zijn allemaal geïnteresseerd of hebben een achtergrond in natuurkunde en computerwetenschappen, en werken met wiskundige modellen om verklaringen te vinden voor gesynchroniseerd of emergent gedrag dat ze in de natuur observeren.
Dit soort modellen zijn opgesteld door natuurkundigen als Steven Strogatz, die de insecten heeft bestudeerd en vol ontzag is over hun “verbluffende complexiteit,” zoals hij het verwoordt.
“We waden door die verbluffende complexiteit,” zegt Hayes. Het is volgens hem “een lastig proces om een computermodel te laten aansluiten op gedrag dat je in het veld waarneemt, in plaats van dat je van een beproefd theoretisch model uitgaat” dat is gebaseerd op eerdere observaties.
Uniek gedrag
Eén aspect van die complexiteit is het feit dat elke soort weer heel anders te werk gaat.
Zo doen Peleg, Hayes en Sarfati momenteel allemaal onderzoek naar de gesynchroniseerde signalen van Photinus carolinus, een andere soort uit de familie van de glimwormen, die in de Smoky Mountains van Tennessee en North Carolina voorkomt. Anders dan Photuris frontalis zenden deze vuurvliegjes een reeks lichtsignalen uit, waarna ze zes tot acht seconden in duister blijven gehuld, afhankelijk van de temperatuur en de luchtvochtigheid. Daarna beginnen ze weer opnieuw.
De piek in de activiteiten van de vuurvliegjes vindt momenteel plaats, begin juni. “Ik krijg maar vier uur slaap per dag, want ik zit voortdurend achter die vuurvliegjes aan,” zegt Lynn Faust, auteur van het boek Fireflies, Glow-worms, and Lightning Bugs, een gids over deze insecten in het midden en oosten van de VS. “Het is heel intensief, want ze komen nu allemaal in actie.”
Volgens Faust zijn de eerdergenoemde soorten in het Congaree-park en de Smoky Mountains zeer verschillend, niet alleen wat betreft hun lichtsignalen. Photuris frontalis geeft een snel knipperend signaal af, terwijl Photinus carolinus een ritme van gecoördineerde pauzes tussen de signalen door inlast.
Net als van andere leden uit het geslacht Photuris is aangetoond dat de vrouwtjes van Photuris frontalis zich soms voeden met mannetjes van hun eigen of van een verwante soort. Door hun vermogen om nietsvermoedende mannetjes aan te trekken en op te eten worden ze ook wel “femmes fatales” genoemd, zegt Faust.
“Hartslag van het moeras”
Het respijt dat de insecten van menselijke bezoekers hebben gekregen, is niet alleen een zeldzame kans voor onderzoekers maar kan ook de insecten zelf goed doen.
De larven van vuurvliegjes leven een paar jaar in de humuslaag en tussen gevallen bladeren op de bodem voordat ze als volwassen vuurvliegjes tevoorschijn komen. Nu er dit jaar geen mensen in het gebied rondzwerven die de larven vertrappen, zullen er “meer larven tot wasdom komen,” zegt Faust. “Ik zie dat als iets positiefs.”
Volgens Stone was het nog een heel werk om in het bijna-donker door het Congaree-park te lopen, camera’s scherp proberen te stellen en lange sluitertijden te gebruiken, waarbij elke beweging of schijnsel een foto kan ruïneren. Maar de afwezigheid van bezoekers maakte Stone’s werk eenvoudiger, en de kans om de insecten in actie te zien en vast te leggen was uniek.
“Je voelt een grote verantwoordelijkheid” om het goed te doen, zegt Stone. “Het is alsof je de hartslag van het moeras registreert (...) en dat is een ervaring die je verandert.”
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
