Бурчання шпаків: наука, що стоїть за одним із найбільших проявів природи

Менно Шефер / shutterstock

Спостерігати за дзюрчанням шпаків, коли птахи злітають, пірнають і кружляють по небу, одне з найбільших задоволень темного зимового вечора. Від Неаполя до Ньюкасла ці зграї спритних птахів демонструють неймовірну акробатику, рухаючись в ідеальній синхронності. Але як вони це роблять? Чому вони не розбиваються? І який сенс?

Ще в 1930-х роках один провідний вчений припустив, що птахи повинні мати психічні здібності , щоб діяти разом у зграї. На щастя, сучасна наука починає знаходити кращі відповіді.

Щоб зрозуміти, що роблять шпаки, ми почнемо з 1987 року, коли піонер-інформатик Крейг Рейнольдс створив імітацію зграї птахів . Ці «боїди», як Рейнольдс назвав своїх створених комп’ютером створінь, дотримувалися лише трьох простих правил для створення різних моделей руху: найближчі птахи рухалися далі один від одного, птахи вирівнювали свій напрямок і швидкість, а більш віддалені птахи рухалися ближче.

Деякі з цих візерунків потім використовували для створення реалістичних груп тварин у фільмах, починаючи з фільму «Бетмен повертається» в 1992 році та його зграї кажанів і «армії» пінгвінів . Вкрай важливо, щоб ця модель не потребувала жодних настанов на великі відстані чи надприродних сил – лише локальні взаємодії. Модель Рейнольдса довела, що складна зграя справді можлива, якщо особини дотримуються основних правил, і отримані групи, безсумнівно, «виглядали» як ті, що є в природі. З цієї відправної точки виникла ціла сфера моделювання руху тварин. Зіставлення цих моделей із реальністю було вражаючим чином досягнуто в 2008 році групою в Італії, яка змогла зняти дзюрчання шпаків навколо залізничного вокзалу в Римі, відтворити їх положення в 3D і показати правила , які використовувалися. Вони виявили, що шпаки прагнули збігатися з напрямком і швидкістю найближчих семи або близько того сусідів, а не реагувати на рухи всіх найближчих птахів навколо них.

Коли ми спостерігаємо, як бурмотіння пульсує хвилями та кружляє у ряди форм, часто здається, ніби є зони, де птахи сповільнюються й щільно збиваються, або де вони прискорюються й розходяться ширше. Насправді це значною мірою завдяки оптичній ілюзії, створеній тривимірною зграєю, яка проектується на наше двовимірне зображення світу, а наукові моделі припускають, що птахи летять зі стабільною швидкістю.

Завдяки зусиллям комп’ютерників, фізиків-теоретиків і поведінкових біологів ми тепер знаємо, як генеруються ці шуми. Наступне питання полягає в тому, чому вони взагалі трапляються – що спонукало шпаків до такої поведінки?

Одне просте пояснення — потреба в теплі вночі взимку: птахам потрібно збиратися разом у тепліших місцях і ночувати в безпосередній близькості, щоб просто залишитися живими. Шпаки можуть скупчуватися на місцях ночівель – очеретах, щільних живоплотах, людських будівлях, подібних до будівельних лісів – більше ніж 500 птахів на кубічний метр , іноді зграями в кілька мільйонів птахів. Така висока концентрація птахів була б спокусливою мішенню для хижаків. Жоден птах не хоче бути тим, кого підбирає хижак, тому безпека в чисельності — це назва гри, а закручені маси створюють ефект плутанини, запобігаючи нападу на одну особину.

Шпаки не екстрасенси – вони просто добре дотримуються правил. Фотографія Адрі / shutterstock

Однак шпаки часто добираються до місця проживання за багато десятків кілометрів, і на цих польотах вони спалюють більше енергії, ніж можна було б заощадити, ночуючи в дещо тепліших місцях. Тому мотивація для цих колосальних ночівель повинна бути не тільки температурою.

Безпека в чисельності може стати причиною такої моделі, але інтригуюча ідея припускає, що можуть формуватися зграї, щоб особини могли обмінюватися інформацією про пошук їжі. Це, « гіпотеза інформаційного центру », припускає, що коли їжа неоднорідна і важко знайти найкраще довгострокове рішення, потрібен взаємний обмін інформацією між великою кількістю людей. Подібно до того, як медоносні бджоли діляться місцем розташування квіткових ділянок, птахи, які одного дня знаходять їжу та обмінюються інформацією протягом ночі, отримають користь від подібної інформації іншого дня. Незважаючи на те, що більша кількість птахів приєднується до сідалок , коли їжі не вистачає , що, здається, надає деяку обмежену підтримку цій ідеї, досі виявилося надзвичайно важко належним чином перевірити загальну гіпотезу.

За останні кілька десятиліть наше розуміння рухомих груп тварин значно розширилося. Наступне завдання полягає в тому, щоб зрозуміти еволюційний та адаптаційний тиск, який спричинив таку поведінку, і що це може означати для збереження, коли ці тиски змінюються. Можливо, ми зможемо адаптувати наше розуміння та використовувати його для покращення автономного керування робототехнічними системами. Можливо, поведінка автоматизованих автомобілів майбутнього в годину пік базуватиметься на шпаках та їхньому бурчанні.