Мимолетные светлячки освещают летние ночи Колорадо, и исследователи наблюдают за ними

Биолюминесцентные жуки-светляки (Lampyridae) широко распространены на востоке США, но гораздо реже встречаются к западу от Канзаса. Многие жители Колорадо не знают, что светляки обитают в их штате.

Мы — доцент компьютерных наук и кандидат наук, которые работают над изучением скрытых популяций светляков в Колорадо. В последние годы мы наблюдали и снимали неуловимых биолюминесцентных светляков по всему штату, соревнуясь каждое лето с их коротким и непредсказуемым сезоном свечения.

Взрослые светляки живут и светятся всего около двух недель в году — и даже тогда лишь по несколько часов за ночь. Следующее поколение зимует под землей в стадии личинки, появляясь взрослыми особями в следующем году, хотя в засушливом климате развитие может занять до двух лет. Чтобы максимально использовать это узкое окно, мы полагаемся на волонтеров, которые помогают нам заметить первые вспышки и записать наблюдения по всему Колорадо.

Западные светляки сталкиваются с уникальными экологическими проблемами

Наша работа вливается в растущий хор научных наблюдений за западными светляками, которые появляются в засушливых ландшафтах возле временных водно-болотных угодий, болот, дренажей, пустынных рек и других источников воды. Из-за сухого ландшафта эти популяции, как правило, фрагментированы и изолированы там, где есть вода.

Эта сильная связь с небольшими, нестабильными местообитаниями означает уязвимость для светляков. Если вода иссякнет или их среда обитания будет повреждена из-за загрязнения воды или света, мигающие популяции могут исчезнуть. Пестициды в воде токсичны для личинок светляков и их добычи, а искусственный свет мешает световой коммуникации между самцами и самками, препятствуя успешному размножению. Многие популяции и виды светляков в США находятся под угрозой исчезновения из-за этих факторов.

Организации, такие как наша лаборатория в Университете Колорадо и Xerces Society for Invertebrate Conservation, изучают распространение и прямые угрозы для популяций западных светляков. Многие виды либо находятся под угрозой, либо еще не описаны.

Например, светляки рода Photuris вдоль Передового хребта до сих пор не имеют видового названия и, по-видимому, генетически отличаются от других Photuris по стране. Предварительные генетические результаты предполагают, что здесь может быть обнаружен по крайней мере один новый вид. Генетические данные также указывают на присутствие в Колорадо по крайней мере пяти различных биолюминесцентных видов светляков.

Как рисунки вспышек помогают светлякам (и нам) различать виды

Во время короткого брачного сезона светляки используют свои паттерны вспышек как брачные сигналы.

Самцы производят серию вспышек с определенной длительностью и паузами. Эти сигналы, похожие на азбуку Морзе, сообщают в темноте потенциальным партнерам о виде и качестве самца. Когда самки обнаруживают подходящего самца, они отвечают своим уникальным рисунком вспышек.

Наша работа опирается на эту эволюционную адаптацию. Мы сначала записали популяции по всей территории США с помощью двух видеокамер, что позволило нам точно отслеживать отдельных светляков в трех измерениях и разделять их паттерны вспышек.

Мы использовали данные о поведении вспышек разных видов для обучения нейронной сети, которая может классифицировать паттерн вспышки светляка с высокой точностью. Наш алгоритм изучает уникальные паттерны вспышек из наших данных и может определить вид светляка, присутствующего на видео.

Это мощный инструмент для усилий по сохранению светляков. Видеозапись может охватить больше времени и территории, чем полевые исследования, проводимые людьми, а наш алгоритм может быстрее идентифицировать виды, которым может угрожать опасность.

Привлечение сообщества с помощью гражданской науки

Основываясь на нашем успехе в сборе данных силами сообщества в других штатах, включая Теннесси, Южную Каролину и Массачусетс, мы хотели применить те же принципы к популяциям светляков в Колорадо. Это большая задача: в Колорадо есть десятки разрозненных мест, где активны светляки, и волонтеры сообщают о новых каждый сезон. Наша команда из двух человек не может посетить и обследовать каждое место за короткий сезон светляков.

В 2023 году мы впервые обратились за помощью к волонтерам в Колорадо. С тех пор 18 участников сообщества в Боулдере, Форт-Коллинсе, Дивайде и Лавленде присоединились к съемкам. Мы предоставляем камеры волонтерам, которые приносят их на ближайшие водно-болотные угодья и устанавливают в сумерках.

Прошлым летом мы сотрудничали с местными агентствами по управлению земельными ресурсами в Боулдере, Форт-Коллинсе и Лавленде, чтобы провести информационные мероприятия для сообщества, где мы рассказывали аудитории всех возрастов о биологии и сохранении светляков. Во многие из этих ночей, когда начинались вспышки, мы слышали нарастающее волнение: тихие вздохи, сдержанный энтузиазм и шепот вроде: «Посмотри на эту красивую полоску света!»

Светляки хранят важную историю, и здесь, в Колорадо, эта история только начинается. Их краткие вспышки каждое лето помогают нам узнавать о коммуникации, экологии и о том, как эти хрупкие насекомые реагируют на постоянно меняющийся мир.