Lucciole sincronizzate: 5-8 lampi insieme, 8 secondi di buio, una sola specie ci riesce nei Smoky Mountains

Per qualche settimana, ogni anno fra metà maggio e metà giugno, una vasta porzione di foresta nel sud-est degli Stati Uniti si trasforma in uno dei più spettacolari fenomeni di luce naturale del pianeta. Nei boschi umidi del Great Smoky Mountains National Park, al confine tra Tennessee e North Carolina, decine di migliaia di lucciole della specie Photinus carolinus emettono insieme da cinque a otto lampi gialli, seguiti da otto secondi di buio totale. Poi tutto ricomincia. Il fenomeno è così preciso che sembra prodotto da un metronomo invisibile. In realtà, secondo gli ultimi studi di fisica dei sistemi complessi, non c'è nessun metronomo: il ritmo nasce dall'interazione di migliaia di animali che, da soli, lampeggiano in modo irregolare.

Una specie sola, su 2.000

Le lucciole — coleotteri della famiglia Lampyridae — sono circa 2.000 specie nel mondo. Solo una manciata di esse mostra il fenomeno di sincronia di gruppo, e in Nord America le specie note sono tre: Photuris frontalis, Photinus knulli e soprattutto Photinus carolinus, la lucciola sincrona «dei Great Smoky Mountains». Il comportamento di sincronia è legato all'accoppiamento: i maschi volano radenti al suolo e producono il caratteristico pattern luminoso, mentre le femmine, immobili a terra o sui rami bassi, rispondono con due lampi più deboli. Vincono i maschi che riescono ad «agganciarsi» al pattern collettivo, perché il segnale combinato è più visibile e più facile da riconoscere per le femmine della propria specie.

Il pattern: 5-8 lampi, 8 secondi di buio

Il pattern di Photinus carolinus è così tipico che gli entomologi lo descrivono con una sequenza numerica. Si contano:

• una raffica di 5-8 lampi ciascuno della durata di mezzo secondo,
• seguita da una pausa di 6-8 secondi di buio totale,
• e poi il ciclo riparte.

In una notte ottimale, l'osservatore vede simultaneamente migliaia di lucciole accendersi e spegnersi insieme nel buio della foresta, in onde che si propagano da albero ad albero. Il National Park Service degli Stati Uniti pubblica ogni anno le date di picco e organizza un sistema di accesso a lotteria, come spiegato dalla pagina ufficiale Great Smoky Mountains Firefly Viewing Event.

Lo studio Science Advances del 2022

Per molto tempo si è pensato che ogni lucciola avesse un orologio interno e che la sincronia derivasse dal semplice fatto che tutti gli orologi venissero corretti dai vicini, secondo un modello matematico classico di Kuramoto. Ma uno studio pubblicato il 1° ottobre 2021 su Science Advances da Raphael Sarfati, Owen Martin, James Hayes e Orit Peleg dell'Università del Colorado a Boulder, intitolato «Self-organization in natural swarms of Photinus carolinus synchronous fireflies», ha smentito quel modello.

I ricercatori hanno filmato con telecamere a 360 gradi due notti consecutive di sciami nel parco. Hanno scoperto che una singola lucciola isolata, in laboratorio, non lampeggia con periodicità regolare. La precisione del ritmo emerge solo quando il numero di individui supera una certa soglia critica. In altre parole, la sincronia di Photinus carolinus è una proprietà emergente del gruppo, non una proprietà del singolo animale. Il successivo studio del 2023 su eLife ha confermato il quadro, mostrando come la transizione da rumore di fondo a ritmo collettivo segua leggi simili a quelle dei sistemi fisici complessi.

Una lotteria per entrare nel bosco giusto

Il fenomeno attira ogni anno migliaia di visitatori, ma il Great Smoky Mountains National Park deve proteggere le lucciole: rumori, luci bianche di torce e cellulari, calpestio fuori sentiero disturbano il segnale luminoso. Per questo — come spiega la pagina dedicata di Recreation.gov — l'accesso al sito di Elkmont, durante i giorni di picco, è regolato da una lotteria:

• per il 2026 le date dell'evento sono 20-27 maggio;
• la lotteria si svolge tipicamente nell'ultima settimana di aprile;
• la commissione di partecipazione è di 1 dollaro;
• vengono assegnati 120 pass-veicolo per notte (1 veicolo, fino a 7 persone), per un totale di 960 pass sull'intera settimana;
• chi vince paga 29 dollari per il pass parcheggio.

I visitatori devono usare solo torce con filtro rosso a bassa intensità, rimanere sul sentiero, evitare flash fotografici e contenitori per la cattura.

Una storia di chimica e di calore

Quello che genera la luce non è una semplice reazione chimica, ma la reazione chimica modello della biochimica didattica: l'enzima luciferasi ossida la molecola di luciferina in presenza di ATP, magnesio e ossigeno, rilasciando energia sotto forma di un fotone visibile attorno ai 570 nm. L'efficienza della conversione energetica nelle lucciole è il più alto valore mai misurato in un fenomeno bioluminescente: oltre il 90%. In confronto, una vecchia lampadina a incandescenza arriva al 5%: il resto se ne va in calore. La luce delle lucciole non scalda l'animale, ed è per questo che gli antichi la chiamarono luce fredda.

Per amplificare ulteriormente il segnale, ogni lucciola controlla il flash modulando rapidamente il flusso di ossigeno nelle trachee dell'addome luminoso. È un meccanismo neuromuscolare estremamente preciso: aprendo e chiudendo le valvole tracheali in millisecondi, la lucciola può accendere e spegnere la reazione enzimatica con la stessa velocità con cui un computer accende un LED. Da soli, ognuno di questi singoli LED viventi lampeggia in modo irregolare; insieme, da metà maggio nei Smoky, danno vita a uno dei più eleganti esempi naturali di sincronia emergente che la biologia conosca.