Szmaragdowe szpony: Nauka stojąca Za Jednym Z Najwspanialszych pokazów Przyrody

Menno Schaefer / Shutterstock

Obserwowanie szpaków, gdy ptaki szybują, nurkują i krążą po niebie, to jedna z największych przyjemności mrocznego zimowego wieczoru. Od Neapolu do Newcastle te stada zwinnych ptaków wykonują ten sam niesamowity pokaz akrobatyczny, poruszając się w idealnej synchronizacji. Ale jak to robią? Dlaczego się nie rozbijają? I jaki jest w tym sens?

W latach 30. XX wieku jeden z czołowych naukowców zasugerował, że ptaki muszą mieć zdolności parapsychiczne , aby działać razem w stadzie. Na szczęście współczesna nauka zaczyna znajdować lepsze odpowiedzi.

Aby zrozumieć, co robią szpaki, cofnijmy się do 1987 r., kiedy to pionierski naukowiec komputerowy Craig Reynolds stworzył symulację stada ptaków . Te „boidy”, jak Reynolds nazwał swoje generowane komputerowo stworzenia, stosowały się tylko do trzech prostych zasad, aby tworzyć różne wzorce ruchu: pobliskie ptaki poruszały się dalej od siebie, ptaki ustawiały swój kierunek i prędkość, a bardziej oddalone ptaki zbliżały się.

Niektóre z tych wzorców zostały następnie wykorzystane do stworzenia realistycznie wyglądających grup zwierząt w filmach, zaczynając od Batman Returns z 1992 roku i jego rojów nietoperzy i „armii” pingwinów . Co najważniejsze, ten model nie wymagał żadnego dalekosiężnego przewodnictwa ani nadprzyrodzonych mocy – tylko lokalnych interakcji. Model Reynoldsa udowodnił, że złożone stado było rzeczywiście możliwe dzięki jednostkom przestrzegającym podstawowych zasad, a powstałe grupy z pewnością „wyglądały” jak te w naturze. Z tego punktu wyjścia wyłoniło się całe pole modelowania ruchu zwierząt. Dopasowanie tych modeli do rzeczywistości zostało spektakularnie osiągnięte w 2008 roku przez grupę we Włoszech, która była w stanie sfilmować pomruki szpaków wokół dworca kolejowego w Rzymie, zrekonstruować ich pozycje w 3D i pokazać stosowane zasady . Odkryli, że szpaki starały się dopasować kierunek i prędkość do najbliższych siedmiu sąsiadów, zamiast reagować na ruchy wszystkich pobliskich ptaków wokół nich.

Kiedy oglądamy, jak mruczenie pulsuje falami i wiruje w szeregi kształtów, często wydaje się, że są obszary, w których ptaki zwalniają i stają się gęsto stłoczone lub przyspieszają i rozprzestrzeniają się szerzej. W rzeczywistości jest to w dużej mierze zasługą złudzenia optycznego stworzonego przez trójwymiarowe stado rzutowane na nasz dwuwymiarowy obraz świata, a modele naukowe sugerują, że ptaki latają ze stałą prędkością.

Dzięki wysiłkom informatyków, fizyków teoretycznych i biologów behawioralnych wiemy teraz, jak powstają te szmerki. Kolejne pytanie brzmi, dlaczego w ogóle się zdarzają – co spowodowało, że szpaki rozwinęły takie zachowanie?

Jednym prostym wyjaśnieniem jest potrzeba ciepła w nocy w zimie: ptaki muszą zbierać się w cieplejszych miejscach i nocować w bliskiej odległości, aby po prostu przeżyć. Szpaki mogą gromadzić się w miejscach noclegowych – trzcinowiskach, gęstych żywopłotach, konstrukcjach ludzkich, takich jak rusztowania – w liczbie ponad 500 ptaków na metr sześcienny , czasami w stadach liczących kilka milionów ptaków. Tak duże skupiska ptaków byłyby kuszącym celem dla drapieżników. Żaden ptak nie chce być tym, którego drapieżnik wyłowi, więc bezpieczeństwo w liczbach jest kluczem do sukcesu, a wirujące masy tworzą efekt dezorientacji, uniemożliwiając wybranie pojedynczego osobnika.

Szpaki nie są jasnowidzami – po prostu dobrze im idzie przestrzeganie zasad. Fotografia: Adri / shutterstock

Jednakże szpaki często dojeżdżają do noclegowisk oddalonych o dziesiątki kilometrów i zużywają więcej energii podczas tych lotów, niż można by zaoszczędzić, nocując w nieznacznie cieplejszych miejscach. Dlatego motywacją do tych kolosalnych noclegowisk musi być coś więcej niż tylko temperatura.

Bezpieczeństwo w liczbach może napędzać ten wzór, ale intrygujący pomysł sugeruje, że stada mogą tworzyć się tak, aby jednostki mogły dzielić się informacjami na temat żerowania. Ta „ hipoteza centrum informacji ” sugeruje, że gdy pożywienie jest nierównomierne i trudne do znalezienia, najlepsze długoterminowe rozwiązanie wymaga wzajemnego dzielenia się informacjami między dużą liczbą jednostek. Podobnie jak pszczoły miodne dzielą lokalizację łat kwiatowych, ptaki, które jednego dnia znajdują pożywienie i dzielą się informacjami przez noc, skorzystają z podobnych informacji innego dnia. Chociaż większa liczba ptaków dołącza do grzęd, gdy pożywienia jest najmniej , co wydaje się zapewniać pewne ograniczone wsparcie dla tej idei, jak dotąd okazało się niezwykle trudne, aby właściwie przetestować całą hipotezę.

Nasza wiedza na temat przemieszczających się grup zwierząt ogromnie się rozwinęła w ciągu ostatnich kilku dekad. Kolejnym wyzwaniem jest zrozumienie presji ewolucyjnych i adaptacyjnych, które stworzyły to zachowanie, oraz tego, co może to oznaczać dla ochrony przyrody, gdy te naciski się zmienią. Być może możemy dostosować naszą wiedzę i wykorzystać ją do poprawy autonomicznej kontroli systemów robotycznych. Być może zachowanie w godzinach szczytu zautomatyzowanych samochodów przyszłości będzie oparte na szpakach i ich pomrukach.