Скворцовое журчание: наука, стоящая за одним из величайших явлений природы

Менно Шефер / Shutterstock

Наблюдать за скворцовыми мурмурациями, когда птицы пикируют, ныряют и кружатся в небе, — одно из величайших удовольствий темного зимнего вечера. От Неаполя до Ньюкасла эти стаи ловких птиц исполняют одно и то же невероятное акробатическое представление, двигаясь в идеальной синхронности. Но как они это делают? Почему они не падают? И в чем смысл?

Еще в 1930-х годах один из ведущих ученых предположил, что птицы должны обладать экстрасенсорными способностями , чтобы действовать сообща в стае. К счастью, современная наука начинает находить некоторые лучшие ответы.

Чтобы понять, что делают скворцы, начнем с 1987 года, когда пионер-компьютерщик Крейг Рейнольдс создал симуляцию стаи птиц . Эти «боиды», как Рейнольдс назвал своих созданных на компьютере существ, следовали всего трем простым правилам для создания различных моделей движения: ближайшие птицы отдалялись друг от друга, птицы выравнивали свое направление и скорость, а более далекие птицы приближались.

Некоторые из этих моделей затем использовались для создания реалистично выглядящих групп животных в фильмах, начиная с «Возвращения Бэтмена» в 1992 году и его стаи летучих мышей и «армии» пингвинов . Что важно, эта модель не требовала никакого дальнего руководства или сверхъестественных сил — только локальные взаимодействия. Модель Рейнольдса доказала, что сложная стая действительно возможна, если отдельные особи следуют основным правилам, и полученные группы, безусловно, «выглядели» как те, что существуют в природе. С этой отправной точки возникла целая область моделирования движения животных. Сопоставление этих моделей с реальностью было впечатляюще достигнуто в 2008 году группой в Италии, которая смогла снять на пленку бормотание скворцов вокруг железнодорожной станции в Риме, реконструировать их положение 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 близлежащих птиц вокруг них.

Когда мы наблюдаем, как мурмурация пульсирует волнами и закручивается в массивы форм, часто кажется, что есть области, где птицы замедляются и становятся плотно сбитыми, или где они ускоряются и расходятся шире. На самом деле это во многом благодаря оптической иллюзии, созданной трехмерной стаей, проецируемой на наше двухмерное изображение мира, и научные модели предполагают, что птицы летят с постоянной скоростью.

Благодаря усилиям компьютерных ученых, физиков-теоретиков и биологов-бихевиористов мы теперь знаем, как генерируются эти мурмурации. Следующий вопрос: почему они вообще происходят – что заставило скворцов развить такое поведение?

Одним из простых объяснений является потребность в тепле ночью зимой: птицам нужно собираться вместе в более теплых местах и ​​ночевать в непосредственной близости, чтобы просто остаться в живых. Скворцы могут собираться в месте ночевки — тростниковых зарослях, густых изгородях, человеческих сооружениях, таких как леса — в количестве более 500 птиц на кубический метр , иногда в стаях из нескольких миллионов птиц. Такая высокая концентрация птиц может стать заманчивой целью для хищников. Ни одна птица не хочет быть той, которую схватит хищник, поэтому безопасность в количестве — это название игры, а кружащиеся массы создают эффект замешательства, не позволяя целиться в одну особь.

Скворцы не экстрасенсы — они просто хорошо следуют правилам. Фотография Адри / Shutterstock

Однако скворцы часто добираются до мест ночлега за десятки километров, и они сжигают больше энергии во время этих перелетов, чем можно было бы сэкономить, ночуя в чуть более теплых местах. Поэтому мотивация для этих колоссальных мест ночлега должна быть не только температурной.

Безопасность в численности может управлять этой моделью, но интригующая идея предполагает, что стаи могут формироваться так, чтобы особи 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 особей. Так же, как медоносные пчелы делят местоположение цветочных пятен, птицы, которые находят еду в один день и делятся информацией ночью, получат выгоду от аналогичной информации в другой день. Хотя большее количество птиц присоединяется к насестам , когда еды меньше всего , что, по-видимому, обеспечивает некоторую ограниченную поддержку этой идеи, до сих пор оказалось чрезвычайно сложным должным образом проверить общую гипотезу.

Наше понимание перемещения групп животных значительно расширилось за последние несколько десятилетий. Следующая задача — понять эволюционные и адаптивные давления, которые создали это поведение, и что это может означать для сохранения по мере изменения этих давлений. Возможно, мы сможем адаптировать наше понимание и использовать его для улучшения автономного управления роботизированными системами. Возможно, поведение автоматизированных автомобилей будущего в час пик будет основано на скворцах и их бормотании.