Наука о птицах: почему синхронизированные скворцы летят ради своего выживания

Наблюдать за скучающими криками, когда птицы мчатся, ныряют и катятся по небу, - одно из самых больших удовольствий сумеречного зимнего вечера. От Неаполя до Ньюкасла, эти стаи проворных птиц демонстрируют одинаково невероятные акробатические представления, двигаясь совершенно синхронно. Но как они это делают? Почему они не терпят крах? И какой в ​​этом смысл?

Еще в 1930-х годах один из ведущих ученых предположил, что птицы должны обладать экстрасенсорными способностями для совместной работы в стаде. К счастью, современная наука начинает находить лучшие ответы.

Чтобы понять, что делают скворцы, мы начинаем в 1987 году, когда пионер-компьютерщик Крейг Рейнольдс создал симуляцию стая птиц. Эти «взрывы», как Рейнольдс назвал своими созданными компьютером существами, следовали только трем простым правилам, чтобы создать их различные модели движения: соседние птицы будут двигаться дальше друг от друга, птицы будут выравнивать свое направление и скорость, а более отдаленные птицы будут приближаться.

Смотрите также: Вихревые скворцы генерируют «Birdnado» в апокалиптическом Reddit Photo

Некоторые из этих моделей затем использовались для создания реалистичных групп животных в фильмах, начиная с Бэтмен возвращается в 1992 году и его стаи летучих мышей и «армия» пингвинов. Важно отметить, что эта модель не требовала какого-либо дальнодействия или сверхъестественных способностей - только локальные взаимодействия. Модель Рейнольдса доказала, что сложная стая действительно возможна через отдельных людей, следуя основным правилам, и образовавшиеся группы, безусловно, «выглядели» как те, кто в природе.

С этой отправной точки возникла целая область моделирования движения животных. Согласование этих моделей с реальностью было впечатляюще достигнуто в 2008 году группой в Италии, которая смогла снять скандальные звуки вокруг железнодорожной станции в Риме, реконструировать свои позиции в 3D и показать используемые правила. Они обнаружили, что скворцы стремились соответствовать направлению и скорости ближайших семи или около того соседей, а не реагировать на движения всех соседних птиц вокруг них.

Когда мы наблюдаем пульсацию волнения в волнах и превращаемся в массивы фигур, часто кажется, что есть места, где птицы замедляются и становятся плотно упакованными или где они ускоряются и распространяются шире. Фактически, это во многом благодаря оптической иллюзии, создаваемой 3D-стадом, проецируемым на наш 2D-вид мира, а научные модели предполагают, что птицы летают с постоянной скоростью.

Благодаря усилиям ученых-компьютерщиков, физиков-теоретиков и поведенческих биологов мы теперь знаем, как возникают эти мутации. Следующий вопрос: почему они вообще случаются? Что заставило скворцов развивать это поведение?

Одно простое объяснение - это необходимость в тепле ночью в зимний период: птицы должны собираться вместе в более теплых местах и ​​ночевать в непосредственной близости, чтобы остаться в живых. Скворцы могут упаковать себя в место для ночлега - тростниковые заросли, плотные живые изгороди, человеческие сооружения, такие как строительные леса, - со скоростью более 500 птиц на кубический метр, иногда стаями по несколько миллионов птиц. Такие высокие концентрации птиц были бы заманчивой целью для хищников. Ни одна птица не хочет быть той, которую выбирает хищник, поэтому безопасность в цифрах - это название игры, а вихревые массы создают эффект путаницы, предотвращая попадание одного человека в цель.

Тем не менее, скворцы часто добираются до насестов на многие десятки километров, и они сжигают больше энергии на этих рейсах, чем можно было бы сэкономить, разместившись в немного более теплых местах. Поэтому мотивация для этих колоссальных мест должна быть больше, чем температура.

Смотрите также: Огромный рой скворцов затмил небо над Римом

Безопасность в цифрах может повлиять на модель, но интригующая идея предполагает, что могут образовываться стада, чтобы люди могли обмениваться информацией о поиске пищи. Это, «гипотеза информационного центра», предполагает, что, когда еда неоднородна и ее трудно найти, лучшее долгосрочное решение требует взаимного обмена информацией между большим количеством людей. Подобно тому, как медоносные пчелы разделяют местонахождение цветочных участков, птицы, которые находят еду в один день и делятся информацией в одночасье, получат выгоду от подобной информации в другой день. Хотя большее количество птиц присоединяется к насестам, когда еды не хватает, что, по-видимому, обеспечивает некоторую ограниченную поддержку этой идеи, до настоящего времени оказалось крайне трудно правильно проверить общую гипотезу.

Наше понимание движущихся групп животных значительно расширилось за последние несколько десятилетий. Следующая задача состоит в том, чтобы понять эволюционное и адаптивное давление, которое создало такое поведение, и что это может означать для сохранения при изменении этого давления. Возможно, мы сможем адаптировать наше понимание и использовать его для улучшения автономного управления роботизированными системами. Возможно, в час пик поведение автоматических машин будущего будет зависеть от скворцов и их бормотаний.

Эта статья была первоначально опубликована в «Беседе» А. Джейми Вудом и Колином Билом. Прочитайте оригинальную статью здесь.