蝉在朋友的小小帮助下决定歌唱

夏天常见的一种声音 ，是成群蝉发出的有节奏的嗡嗡声。这种鸣叫在黎明破晓时开始 ，但一直不清楚这合唱是由光线、温度还是其他某种信号触发的。现在一组研究人员研究了野外的音频记录 ，发现蝉鸣与太阳在天空中的特定位置同步 。鸣叫强度的迅速上升表明 ，每只蝉开始鸣叫是对光照水平及其邻居行为的共同反应 。这一结果有助于研究人员开发通用的决策模型 。

雄性蝉通过腹部的膜结构发声 ，以吸引雌性 ，这种小夜曲通常有成千上万只昆虫同时参与 。印度班加罗尔的工程师兼业余科学家拉凯什·坎纳表示 ：“它们的叫声不仅极其响亮 ，而且惊人地同步 —— 以一种尖锐、集体的方式开始和结束 。” 鸟类和其他昆虫也有类似的集体行为 ，但触发蝉合唱的机制此前尚未被研究过 。

出于好奇 ，坎纳几年前开始使用他在班加罗尔周围森林地区设置的音频设备记录蝉声 。为了帮助解读记录的数据 ，坎纳联系了英国剑桥大学的雷蒙德·戈尔茨坦及其同事 ，他们最近发现了周期性蝉出现时间的互动行为 。他们共同分析了蝉鸣记录 ，并开发了一个蝉行为模型 。

研究小组专注于2023年4月和5月跨度两周的记录 ，发现除了一天的开始和结束 ，蝉似乎在随机时间鸣叫 。戈尔茨坦说 ：“最明显的是 ，显然有黎明合唱 ，也显然有黄昏合唱 。” 研究人员发现 ，除了几个多云的早晨 ，黎明合唱始终在太阳在地平线以下3.8度时开始 ，这表明当黎明前天空的亮度达到一定水平时 ，蝉就决定开始鸣叫 。

但如果亮度测量就是全部原因 ，那么人们会预期鸣叫开始时间有很大差异 。戈尔茨坦说 ：“一只蝉看到多少光取决于很多因素 ，比如它们的神经处理以及附近树木的遮挡量 。” 但数据显示开始时间差异很小 。事实上 ，一旦有一只勇敢的蝉打破早晨的寂静 ，其他所有蝉都会在一分钟左右迅速加入 。

为了解释这种行为 ，研究人员设计了一个模型 ，其中一只蝉由磁性材料内的一个磁性粒子或自旋表示 。每个自旋可以向上或向下 ，就像每只蝉可以鸣叫或不鸣叫一样 。最初 ，自旋都向下 ，但随后一个向上的磁场慢慢开启 ，代表天空慢慢变亮 。自旋开始向上翻转 ，人们可以计算所有自旋与磁场对齐需要多长时间 —— 或者等效地 ，直到所有蝉都开始鸣叫需要多长时间 。

如果自旋独立行动 ，那么它们的翻转时间应该差异很大 ，完全对齐需要相对较长的时间 。然而 ，如果自旋相互作用 ，那么对齐可以很快 。研究人员发现 ，自旋相互作用模型比自旋独立模型更符合他们的数据 。这意味着蝉对邻居的鸣叫做出反应 。戈尔茨坦说 ：“它们发出这些声音是有原因的 ，所以当它们听到合唱开始时 ，就会做出反应 。”

基于自旋的模型以前曾被用于研究群体决策 ，比如观众决定何时在表演中鼓掌 。每个个体在了解公共信息的同时 ，与一组也在进行决策的邻居相联系 。关于蝉的感知仍存在问题 ，但这个受物理学启发的蝉鸣模型为更好地理解决策生理学指明了方向 ，戈尔茨坦说 。

至于蝉为什么选择一起鸣叫 ，意大利乌尔比诺大学的生态学家阿尔莫·法里纳说 ，一种解释是这减少了来自捕食者的威胁 。一只独唱的蝉会成为捕食的明确目标 。法里纳说 ：“数量众多是一个主要的进化优势 。” 他认为戈尔茨坦及其同事的模型可以应用于其他生物 。