Tiếng kêu của loài sáo: Khoa học đằng Sau một Trong những màn trình diễn vĩ đại nhất của thiên nhiên

Menno Schaefer / shutterstock

Ngắm nhìn tiếng chim sáo rì rào khi những chú chim lao xuống, lặn xuống và lượn vòng trên bầu trời là một trong những thú vui tuyệt vời của một buổi tối mùa đông u ám. Từ Naples đến Newcastle, những đàn chim nhanh nhẹn này đều thực hiện cùng một màn nhào lộn đáng kinh ngạc, di chuyển đồng bộ hoàn hảo. Nhưng chúng làm thế nào? Tại sao chúng không đâm sầm vào nhau? Và mục đích là gì?

Quay trở lại những năm 1930, một nhà khoa học hàng đầu đã đề xuất rằng loài chim phải có sức mạnh tâm linh để hoạt động cùng nhau trong một đàn. May mắn thay, khoa học hiện đại đang bắt đầu tìm ra một số câu trả lời tốt hơn.

Để hiểu được những gì mà loài sáo đang làm, chúng ta hãy quay trở lại năm 1987 khi nhà khoa học máy tính tiên phong Craig Reynolds tạo ra một mô phỏng về một đàn chim . Những "boids" này, như Reynolds gọi những sinh vật do máy tính tạo ra của mình, chỉ tuân theo ba quy tắc đơn giản để tạo ra các kiểu di chuyển khác nhau của chúng: những con chim ở gần sẽ di chuyển xa hơn, những con chim sẽ căn chỉnh hướng và tốc độ của chúng, và những con chim ở xa hơn sẽ di chuyển gần hơn.

Một số trong những mô hình này sau đó đã được sử dụng để tạo ra các nhóm động vật trông giống thật trong các bộ phim, bắt đầu với Batman Returns vào năm 1992 và các đàn dơi và "đội quân" chim cánh cụt . Điều quan trọng là mô hình này không yêu cầu bất kỳ sự hướng dẫn tầm xa hay sức mạnh siêu nhiên nào - chỉ cần các tương tác cục bộ. Mô hình của Reynolds đã chứng minh rằng một đàn phức tạp thực sự có thể xảy ra thông qua các cá thể tuân theo các quy tắc cơ bản và các nhóm kết quả chắc chắn "trông" giống như các nhóm trong tự nhiên. Từ điểm khởi đầu này, toàn bộ lĩnh vực mô hình chuyển động của động vật đã xuất hiện. Việc khớp các mô hình này với thực tế đã được một nhóm ở Ý thực hiện một cách ngoạn mục vào năm 2008, họ có thể quay phim tiếng sáo bay quanh nhà ga xe lửa ở Rome, tái tạo vị trí của chúng ở dạng 3D và hiển thị các quy tắc đang được sử dụng. Những gì họ phát hiện ra là những con sáo tìm cách khớp với hướng và tốc độ của khoảng bảy con hàng xóm gần nhất, thay vì phản ứng với chuyển động của tất cả các loài chim gần đó xung quanh chúng.

Khi chúng ta quan sát một đám mây gợn sóng và xoáy thành các mảng hình dạng, chúng thường xuất hiện như thể có những khu vực mà chim bay chậm lại, và trở nên dày đặc, hoặc nơi chúng tăng tốc và tản ra xa nhau hơn. Trên thực tế, điều này phần lớn là nhờ vào ảo ảnh quang học được tạo ra bởi đàn chim 3D được chiếu lên góc nhìn 2D của chúng ta về thế giới, và các mô hình khoa học cho thấy rằng những con chim bay với tốc độ ổn định.

Nhờ những nỗ lực của các nhà khoa học máy tính, nhà vật lý lý thuyết và nhà sinh học hành vi, giờ đây chúng ta biết được cách tạo ra những tiếng thì thầm này. Câu hỏi tiếp theo là tại sao chúng lại xảy ra – điều gì khiến loài sáo tiến hóa hành vi này?

Một lời giải thích đơn giản là nhu cầu về sự ấm áp vào ban đêm trong mùa đông: các loài chim cần tụ tập lại với nhau ở những nơi ấm hơn và đậu gần nhau chỉ để duy trì sự sống. Chim sáo có thể chen chúc nhau trong một nơi đậu – bãi lau sậy, hàng rào rậm rạp, các công trình của con người như giàn giáo – với hơn 500 con chim trên một mét khối , đôi khi thành đàn lên tới vài triệu con. Mật độ chim cao như vậy sẽ là mục tiêu hấp dẫn đối với những loài săn mồi. Không loài chim nào muốn trở thành mục tiêu bị săn mồi, vì vậy sự an toàn trong số lượng là mục tiêu của trò chơi, và các khối xoáy tạo ra hiệu ứng gây nhầm lẫn ngăn không cho một cá thể nào bị nhắm tới.

Chim sáo không phải là nhà ngoại cảm – chúng chỉ giỏi tuân theo các quy tắc. Ảnh của Adri / shutterstock

Tuy nhiên, sáo thường di chuyển đến nơi đậu từ nhiều chục km xa xôi, và chúng đốt cháy nhiều năng lượng hơn trong những chuyến bay này so với năng lượng có thể tiết kiệm được khi đậu ở những nơi ấm hơn một chút. Do đó, động lực cho những nơi đậu khổng lồ này phải không chỉ là nhiệt độ.

Sự an toàn về số lượng có thể thúc đẩy mô hình này, nhưng một ý tưởng hấp dẫn cho thấy rằng các đàn có thể hình thành để các cá thể có thể chia sẻ thông tin về việc kiếm ăn. Giả thuyết về "trung tâm thông tin " này cho rằng khi thức ăn không đồng đều và khó tìm thì giải pháp lâu dài tốt nhất đòi hỏi phải chia sẻ thông tin lẫn nhau giữa nhiều cá thể. Cũng giống như ong mật chia sẻ vị trí của các đám hoa, những loài chim tìm thấy thức ăn vào một ngày và chia sẻ thông tin qua đêm sẽ được hưởng lợi từ thông tin tương tự vào ngày khác. Mặc dù số lượng chim lớn hơn sẽ tụ tập làm tổ khi thức ăn khan hiếm nhất , điều này dường như cung cấp một số hỗ trợ hạn chế cho ý tưởng này, nhưng cho đến nay, việc kiểm tra đúng giả thuyết tổng thể đã được chứng minh là cực kỳ khó khăn.

Hiểu biết của chúng ta về các nhóm động vật di chuyển đã mở rộng rất nhiều trong vài thập kỷ qua. Thách thức tiếp theo là hiểu được những áp lực tiến hóa và thích nghi đã tạo ra hành vi này, và nó có thể có ý nghĩa gì đối với công tác bảo tồn khi những áp lực đó thay đổi. Có thể chúng ta có thể điều chỉnh hiểu biết của mình và sử dụng nó để cải thiện khả năng kiểm soát tự động của các hệ thống rô-bốt. Có lẽ hành vi vào giờ cao điểm của những chiếc xe tự động trong tương lai sẽ dựa trên tiếng kêu của loài sáo và tiếng kêu của chúng.