jak hejno ptáků může létat a pohybovat se společně

tmavé hejno dunlinů sprintuje přímo nad bažinou-dokud se neobjeví merlin a všichni se ve stejnou chvíli otáčejí, blikají své jasně bílé spodní části a přeskupují svou skupinu do tvaru přesýpacích hodin s šokující rychlostí., Vzdálené tomu migrační formace špačků—a ano, to je opravdu úžasné termín pro skupinu těchto často pomlouval ptáci—10.000 dolarů nebo více, rohlíky „jako opilý otisků prstů po obloze,“ jako básník Richard Wilbur napsal, rozmazání soumrak horizont s rychlost pulzující medúzu.

od pravěku se lidé dívali na masy ptáků pohybujících se jako jeden a přemýšleli, jak to dělají. Starověcí Římané měli své vysvětlení: bohové, věřili, naznačili své záměry ve způsobu, jakým ptáci létali., Vědci z počátku 20. století, možná téměř stejně důvěryhodní, tápali po tak tajemných a dokonce mystických pojmech jako „přirozená telepatie“ nebo „skupinová duše“.““Je to přenesené myšlení, myšlenkový přenos—kolektivní myšlení prakticky. Co jiného to může být?“uvažoval jeden britský přírodovědec, spíše žalostně, v roce 1931.

podívejte se na doprovodnou fotogalerii tohoto článku

mnoho ptáků se samozřejmě hrne., Ale pouze relativní hrstka opravdu létat společně, vytváří to, co University of Rhode Island biolog Frank Heppner, v roce 1970, navrhl volat „letu hejna“: konkrétně, vysoce organizované linky nebo shluky. Pelikáni, husy a další vodní ptáci tvoří linie a Vs, pravděpodobně využít aerodynamických faktorů, které šetří energii. Ale nejpůsobivější flockers jsou pravděpodobně ty, které tvoří velké, nepravidelně tvarované hmoty, jako jsou špačci, shorebirds, a Kosi., Často létají rychlostí 40 mil nebo více za hodinu a v husté skupině může být prostor mezi nimi jen o něco větší než jejich délka těla. Přesto mohou udělat úžasně ostré zatáčky, které se zdají, bez pomoci oka, které mají být provedeny zcela v souzvuku. Představte si, že děláte převlékací úhybné manévry ve shodě s ostatními rychle se pohybující řidiči kolem vás na dálnici a získat představu o obtížnosti.

není divu, že pozorovatelé nechali tápat po vysvětlení., Když Heppner, nyní pološestý, začal studovat holubí hejna před více než 30 lety, navrhl, aby komunikovali prostřednictvím nějakého neurologicky založeného „biologického rádia“.“skutečnost, že jsme nebyli vyhozeni z města, je známkou toho, jak zoufale jsme byli, abychom to vysvětlili,“ říká Nyní.

dnes však technologické inovace, od vysokorychlostní fotografie až po počítačové simulace, umožnily biologům prohlížet a analyzovat ptačí hejna jako nikdy předtím. Stejně tak má nová vlna zájmu od jiných vědců, včetně matematiků, fyziků, dokonce i ekonomů., Výsledkem je, že vědci jsou blíže než kdy jindy, aby se skutečně dostali do mysli hejna.

“ je toho hodně, co teď nevíme, „říká Heppner,“ ale myslím, že budeme skutečně vědět, jak a proč ptáci létají v organizovaných skupinách do pěti let.“

na jedné úrovni je již dlouho zřejmé, co se děje, když zvířata synchronizují své pohyby—ať už jsou to kachny, pakoně, sleď nebo sociální hmyz. Více očí a uší znamená zvýšené příležitosti k nalezení jídla a lepší šance na včasnou detekci dravce.,

to je, když dravec výpady, ačkoli, že je v davu opravdu vyplatí. Četné studie ukázaly, že jednotlivci, kteří cestují ve skupinách, jsou téměř vždy zranitelnější, když se sami zbloudí. To je v nemalé části způsobeno zmatenými věcmi, které může asambláž udělat. Otáčením rychle, nebo pouhým nakloněním trochu na své ose, dunlins jsou schopni posunout vzhled jejich peří z tmavé (h) na světlo (jejich underparts), vytvoření rychlé blikání efekt, který může překvapit nebo zmást dravce., Studie ukázaly, že Merlins lov shorebirds jsou ve skutečnosti nejúspěšnější, když sledují jednotlivce. Sokoli se jít po zhutnění davy dunlins a další shorebirds, ale ty hony jsou s největší pravděpodobností na úspěch, když útok způsobí sólo pták toulavý. Bezpečnost v číslech, jinými slovy: ptáci, kteří zůstávají spolu, mají tendenci přežít společně.

„být svobodný je vždy riskantnější,“ říká Claudio Carere, italský ornitolog, který se podílí na společné studii o hejnech špačků v Římě.,

britský evoluční biolog William Hamilton v roce 1971 vytvořil termín „sobecké stádo“, aby popsal tento jev. Každý člen stáda, napsal, jedná z jednoduchého vlastního zájmu. Když se dravec přiblíží k hejnu, všichni jednotlivci ve skupině se pohybují směrem k nejbezpečnějšímu místu—konkrétně ke středu skupiny -, aby se snížila šance na zachycení. Pozorování mladistvých břehů naznačila, že jim to může chvíli trvat, než se na to dostanou, protože se učí vytvářet soudržné sbory pouze v průběhu času., Stejně jako oni, přirozený výběr diktuje, že ptáci, kteří jsou nejméně schopni viset se skupinou, budou s největší pravděpodobností chyceni dravci.

vlastní zájem sám o sobě může vysvětlit mnoho pozorované dynamiky pohybu hejna, jako je hustota. Ale to nemůže vysvětlit, jak ptáci získat informace, které potřebují k pohybu v synchrony a vyhnout se dravce. Není možné, aby každý člen skupiny viděl rychle létajícího Sokola současně. Jak tedy mohou vědět, jakým směrem se mají pohybovat, aby se tomu vyhnuli?

jedna stopa pochází ze studií ryb., Mnoho školní docházky druhů manévr jako složitě jako nejvíce soudržné ptačí hejna—a oni jsou mnohem jednodušší studovat, protože mohou být sledoval a fotografoval shora v otevřených nádržích. V šedesátých letech ruský biolog Dmitrij Radakov testoval školy a zjistil, že se mohou úspěšně vyhnout predátorům jako celku, pokud každá ryba jednoduše koordinuje své pohyby s pohyby svých sousedů. I když jen hrstka jednotlivců ví, odkud pochází dravec, napsal, mohou vést obrovskou školu tím, že zahájí obrat, který napodobují jejich sousedé—a sousedé jejich sousedů atd., Na rozdíl od lineárních hejn hus, které mají jasného vůdce, jsou klastry demokratické. Fungují od místních; každý člen může iniciovat hnutí, které budou následovat ostatní.

Rafinace Radakov teorie museli počkat až do roku 1980, kdy programátoři začali vytvářet modely, které ukazují, jak simulované skupiny zvířat může reagovat na pohyby jedinců v nich. Ukazuje se, že pouze tři jednoduchá pravidla stačí k vytvoření těsně soudržných skupin., Každé zvíře se musí vyhnout kolizi se svými bezprostředními sousedy, být obecně přitahováno k ostatním svého druhu a pohybovat se stejným směrem jako zbytek skupiny. Zapojte tyto tři vlastnosti do počítačového modelu a můžete vytvořit „virtuální roje“ všech druhů tvorů, které se vám líbí. Mění hustotu, mění svůj tvar a zapínají desetník—stejně jako ptáci v reálném světě. Tvůrci filmů, od Lvího krále až po nalezení Nema, použili podobný software k zobrazení realisticky vypadajících pohybů ve velkých skupinách-ať už jde o stampeding pakoně nebo drifting medúzy.,

skutečný svět však neběží jako software. Jedním z problémů základního modelu je to, že dostatečně nevysvětluje, jak mohou ptačí hejna reagovat tak rychle, jak reagují. To je něco, co si Wayne Potts uvědomil jako postgraduální student na konci 70. let. nyní Biolog na University of Utah, Potts skončil studiem dunlins na Puget Sound. Natáčením filmů o svých hejnech a analýzou, rám po snímku, jak se každý jednotlivý pták pohyboval, dokázal ukázat, že obrat se vlní stádem, stejně jako roztleskávačka prochází sportovními fanoušky na stadionu., Vysvětlil nález jménem své teorie: „hypotéza chorus line.“Individuální tanečnice, která čeká na svého bezprostředního souseda se pohybovat před zahájením její kop bude příliš pomalý; podobně, ptáček sleduje počet ptáků, kteří kolem něj, ne jen své nejbližší sousedy, za podněty. Tento nález dal k odpočinku Starý telepatie nápad.

„vlna se šířila hejnem nejméně třikrát rychleji, než by bylo možné vysvětlit, kdyby jen sledovali své bezprostřední sousedy,“ říká Potts. „Ale pravděpodobně se nestalo nic mimosmyslového.,“

každý rok hejna mnoha tisíců špačků zimují na velkých kohoutech v Římě. Rozmazávají stmívající se oblohu každé odpoledne, těsně před soumrakem, létají z venkovských olivových hájů, kde krmí věrné dojíždějící v opačném směru, jak Rachel Carsonová kdysi psala o předvídatelných návycích ptáků. Tisíce splývají a tvoří husté koule, elipsy, sloupy a zvlněné čáry, postupně mění tvar svých hejn během několika okamžiků. Rozčilují mnoho obyvatel,kteří se unavují trusem, který zanechávají. Jiní milují své propracované displeje.,

“ když se blíží k roostům, špačci jsou pravidelně napadáni sokoly a vykazují úžasné hejnové chování,“ říká Carere. „Kompaktují a dekompaktují, rozdělují a slučují, vytvářejí „teroristické vlny“ – impulsy, které se za zlomek sekundy vzdalují od blížícího se Sokola. „To je něco, co pohledem je fantastické, jako indické kouřové signály.“

V pobřežních mokřadů jihozápadní Dánsko, kde některé starling hejn, na jaře může počet více než milion, místní termín jejich pozdní odpoledne zobrazí „černé slunce“, protože se doslova zatemní oblohu., Špačci v Římě jsou však obzvláště vhodní ke studiu, protože jeden z jejich hlavních kohoutů je v parku mezi hlavním nádražím města a jednou z větví římského Národního muzea.

vědci z kolaborativního, celoevropského projektu s názvem StarFLAG zaznamenali ve dvou posledních zimách spoustu hodin na střeše historického Palazzo Massimo muzea a zaměřili pár vyrovnaných kamer na hejna mnoha tisíců špačků provádějících akrobatické displeje., Někteří vědci dříve používali vysokorychlostní stereoskopickou fotografii k analýze struktury celku, ale dokázali to pouze s relativně malými skupinami. Jakmile hejno překročilo 20 až 30 ptáků, jeho struktura se stala nemožné dráždit od sebe. „Musíte říci, kdo je kdo na snímcích z různých kamer, které vypadají velmi odlišně od sebe,“ říká Andrea Cavagna, italský fyzik pracující s hvězdnou flotilou. „To je velmi obtížné dělat okem, a naprosto nemožné pro tisíc ptáků.,“

pomocí softwaru vypůjčené z oblasti statistické mechanice, která vysvětluje vlastnosti materiálů tím, že zkoumá jejich molekulární struktury, Cavagna a další fyzici dokázali zápas až 2600 špačků v různých fotografiích s jedním další. To jim umožňuje mapovat trojrozměrnou strukturu hejn mnohem přesněji, než kdy bylo možné dříve., Na obrazovce mohou vzít to, co se lidskému oku jeví jako pevná, zaoblená hmota ptáků, a zjistit, zda je to ve skutečnosti míč nebo spíše nějaký jiný komplikovanější tvar, jako je palačinka, sloupec nebo otevřený pohár. Mohou si ji prohlédnout z libovolného úhlu a sledovat, jak mění tvar rychlostí 10 snímků za sekundu.

výsledkem byla infuze kvantifikovatelného pozorování do pole, které je dlouho plné spekulací. Přiblížením trojrozměrných rekonstrukcí mohou vědci začít chápat prostorové vztahy, které mají jednotlivé špačci v sobě., Zjistili, že jakkoli se zvenčí objeví husté hejno, jeho členové nejsou rovnoměrně rozloženi jako body na mřížce. Spíše, každý člen má hodně prostoru za a vpředu. Stejně jako řidiči na dálnici, zdá se, že špačkům nevadí mít sousedy poblíž po stranách—nebo nad a pod, když na to přijde—, pokud mají otevřený prostor před sebou.

to dává smysl, protože přítomnost jasné cesty ve směru jízdy minimalizuje pravděpodobnost kolizí, pokud ptáci potřebují náhle posunout svůj průběh, jak je pravděpodobné, když Sokol zaútočí., Ale co je opravdu šikovný o tom prostorové asymetrie je, že vědci byli schopni ji použít pro výpočet počtu sousedů, které každý špaček věnuje velkou pozornost—kvantifikované zpracování Potts je chorus line nápad. Při pohledu na korelace mezi pohyby sousedních špačků mohou ukázat, že každý pták vždy věnuje pozornost stejnému počtu sousedů, ať už jsou blíž nebo dál.

kolik sousedů to je?, Šest nebo sedm, říká Cavagna, který poukazuje na to, že špačci v hejnech mohou téměř vždy vidět mnoho dalších blízkých ptáků—ale číslo může být úzce spojeno s kognitivními schopnostmi ptáků. Laboratorní testy ukázaly, že holubi jsou snadno schopni rozlišovat až šest různých objektů, ale ne více. Zdá se, že to stačí. Zaměření na více než jednoho nebo dva sousedy umožňuje Špačkovi v případě potřeby rychle manévrovat., Ale omezením na šest nebo sedm počet sousedů to platí pozornost, může se zabránilo nepřehledná svůj mozek s méně spolehlivé, nebo prostě ohromující, informace z ptáků dál.

zda sledování těchto sousedů je vše, co dělají, ačkoli, zatím není známo. Několik StarFLAG spolupracovníci na Univerzitě v Groningenu v Nizozemsku, byly pomocí těchto pozorně sledoval hejna kalibrovat počítačové simulace více sofistikované, než všechny ostatní předtím použity k analýze chování hejna., Snaží se vylepšit modely vytvořené fyziky, aby přesněji odrážely skutečné podmínky, kterým špačci čelí, jako je gravitace a turbulentní vzduch. Vědci se také snaží pochopit, jak špačci v letu komunikují; ačkoli všichni souhlasí s tím, že používají zrak k navigaci v blízkých čtvrtích, to nemusí být vše, co používají.

“ myslím, že je to akustické a vizuální,“ říká Carere, „ale přesný způsob, jakým to funguje, nikdo neví.“Navrhuje, že Špaček může dokonce použít hmatový pocit tryskání vzduchu od blízkých sousedů, aby pomohl řídit jeho směr., Je zřejmé, že je toho ještě hodně, co se od těchto všedních ptáků dá naučit.

Frank Heppner je přesvědčen, že vědci budou brzy schopni vysvětlit mnoho takových záhad, i když nadále zpochybňuje některé z nejzákladnějších předpokladů o hejném chování. Diví se například, proč římští špačci tak velkolepě manévrují nad svými kohoutovými místy po mnoho minut, než se usadí. Pokud se opravdu chtěli sokolům vyhnout, ptá se: nezmizeli by rychleji do stromů? „To, co dělají, není vyhýbání se predátorům,“ říká. „Zve dravce.,“

spekuluje, že se může jednat o nějaké základní matematické chování-něco, co fyzici nazývají „vznikající vlastností“, ve které je celek mnohem větší než součet jeho částí. Špačci mohou dělat to, co dělají, jednoduše proto, že jejich individuální programování činí složité chování, jako hejna, nevyhnutelné., Birders, ze všech lidí, by měl pochopit, že, protože vědí, jak jednoduché biologické pravidla jako základního lidského zájmu v jasně barevné, pohybující se objekty může vést k nepředvídatelným a zdánlivě iracionální chování—jako je tryskání off do Brownsville na místě zlatý korunovaný pěnice.

“ je možné, že tyto typy chování jsou jako matematický vedlejší produkt pravidel, která ptáci dodržují,“ říká Heppner. „Je zcela možné, že dostanete nepředvídatelné chování z předvídatelných pravidel.“Možná římští špačci ještě osvětlí kolektivní rozhodování lidí.,

Někteří vědci spojeni s StarFLAG projektu se zabýváme tím, jak voliči ovlivnit další rozhodnutí, a zda je rozhodnutí o tom, kde najít nové bankovní pobočky představují možný příklad hrnou chování.

takové praktické aplikace porozumění chování hejna by mohly mít pro některé lidi stejnou hodnotu jako znalost záměrů bohů. Přesto jsou pravděpodobně méně cenné než uznání toho, jak lidé již ovlivnili hejna., Špačci v Římě v takových počtech v minulých letech nezimovali, ale změna klimatu v kombinaci s dalšími faktory pro ně učinila město pohodlnějším. Hejna mnoha břehů se zmenšují, protože se mění jejich stanoviště a potraviny. A je to kvůli nám, samozřejmě, že nikdo se už nemůže těšit z pohledu jednoho z největších hromadných druhů: holuba osobního.

nejvíce kvintesenciálně lidské chování hejna odhalit, ačkoli, se může ukázat být snaha oba pochopit a užívat si je., Lidé chtějí vědět, jak funguje svět jako celek, ale také to chtějí jednoduše ocenit. Ty blikající dunlins, a těch špačků víří jako swift černý kouř, zůstane přesvědčivý pohled bez ohledu na to, co počítačové modely postulát. Alespoň částečně, budou pokračovat, jak napsal Richard Wilbur, “ odmítá být chycen.“. . . v sítích a klecích mé myšlenky.“

tento příběh původně běžel v čísle březen-duben 2009 jako „letový plán.“

Leave a Comment