En mørk flokk dunlins spurter rett over en myr til et merlin vises, og de alle dreier i samme øyeblikk, blinkende sine lyse, hvite undersiden og omorganisere sin gruppe i et timeglass form med sjokkerende hastighet., En fjern murmuration av stær—og ja, det er virkelig fantastisk betegnelse for en gruppe av disse ofte baktalt fugler—10.000 eller mer, ruller «som en full fingeravtrykk over himmelen,» som poeten Richard Wilbur skrev, flekker skumringen horisonten med hurtighet av en pulserende maneter.
Siden primeval ganger folk har sett på masser av fugler i bevegelse som ett og lurte på hvordan de gjør det. De gamle Romerne hadde sin forklaring: Guder, de trodde, antydet sine intensjoner i veien fuglene fløy., Forskere fra tidlig i det 20. århundre, kanskje nesten like godtroende, famlet for slike mystiske og selv mystiske begreper som «naturlig telepati» eller en «gruppe sjel.»»Det er transfundert tenkte, trodde overføring—kollektiv tenkning praktisk. Hva annet kan det være?»tenkte en Britisk naturforsker, heller plaintively, i 1931.
Se denne artikkelen er som følger bildegalleri
Mange fugler i flokk, selvfølgelig., Men bare en relativ håndfull virkelig fly sammen, og skaper hva University of Rhode Island biolog Frank Heppner, på 1970-tallet, har foreslått å kalle «flight flokker»: nemlig svært organisert linjer eller klynger. Pelikaner, gjess og andre vannfugler danner linjer og Vs, antakelig for å dra nytte av aerodynamisk faktorer som sparer energi. Men det mest imponerende flockers er uten tvil de som danner store, uregelmessig formet massene, slik som stær, shorebirds, og blackbirds., De ofte fly i hastigheter over 40 km eller mer per time, og i en tett gruppe avstanden mellom dem kan være bare litt mer enn kroppen sin lengde. Men de kan gjøre utrolig skarpe svinger som vises, til uten hjelp som øyet, for å bli utført helt i samklang. Tenk deg å gjøre unrehearsed unnvikende manøvrer sammen med alle de andre i rask bevegelse driverne rundt deg på en motorvei, og du får en idé av de problemer som er involvert.
Ikke rart observatører har vært venstre famlende for en forklaring., Når Heppner, nå semi-pensjonert, begynte å studere due flokker mer enn 30 år siden, foreslo han at de kommuniserer gjennom noen form for neurologically basert «biologiske radio.»
«Det faktum at vi ikke var hylte ut av byen er en indikasjon på hvor desperate vi var til å forklare slike ting,» sier han nå.
i Dag, selv om, teknologiske nyvinninger, fra high-speed fotografering til datasimuleringer, har aktivert biologer til å vise og analysere fugl flokker som aldri før. Så har en ny bølge av interesse fra andre forskere, blant matematikere, fysikere, selv økonomer., Som et resultat, forskerne er nærmere enn noen gang å virkelig komme inn i sinnet av flokken.
«Det er mye vi ikke vet nå,» sier Heppner, «men jeg tror vi er faktisk kommer til å vite hvordan og hvorfor fuglene flyr i organiserte grupper innen fem år.»
På et nivå det har lenge vært åpenbart hva er det som skjer når dyr synkronisere sine bevegelser—være de ender, wildebeest, sild, eller sosiale insekter. Flere øyne og ører betyr økte muligheter for å finne mat og forbedret mulighetene for å oppdage et rovdyr i tid.,
Det er når et rovdyr lunges, skjønt, at det å være i en flokk lønner seg. Tallrike studier har vist at personer som reiser i grupper er nesten alltid mer sårbare når de har veket av av seg selv. Det er grunn ikke i liten grad til den forvirrende ting som en samling kan gjøre. Ved å slå raskt eller bare vippe litt på sin akse, dunlins er i stand til å skifte utseende på sin fjærdrakt fra mørk (deres oversiden) til lys (deres undersiden), og skaper en rask blinkende effekt som kan skremme eller forvirre rovdyr., Studier har vist at shaaark jakt shorebirds er faktisk mest vellykket når de er forfølge enkeltpersoner. Falker går etter fullpakket folkemengder av dunlins og andre shorebirds, men de jakter er mest sannsynlig å lykkes når de angrep fører til en solo fuglen til å løse. Sikkerhet i tall, med andre ord: Fugler som bor sammen har en tendens til å overleve sammen.
«å Være singel er alltid mer risikabelt, sier Claudio Karriére, en italiensk ornitolog som er involvert i et samarbeidsprosjekt studie av flokker stær i Roma.,
Den Britiske evolusjonær biolog William Hamilton, i 1971, innførte begrepet «egoistiske flokken» for å beskrive dette fenomenet. Hvert medlem av en flokk, skrev han, fungerer ut av enkle egeninteresse. Når et rovdyr nærmer seg en flokk, alle individer i gruppen beveger seg mot det tryggeste stedet—nemlig, midt i gruppe—for å redusere sjansene for å bli tatt. Observasjoner av juvenil shorebirds har antydet at det kan ta dem en stund for å få taket på dette, fordi de lærer å danne sammenhengende forsamlinger bare over tid., Når de gjør det, naturlig utvalg tilsier at fugler som er minst i stand til å henge med i den gruppen som er mest sannsynlig å bli tatt av rovdyr.
egeninteresse av seg selv kan forklare mange av de observerte dynamikken i flokk bevegelse, slik som tetthet. Men det kan ikke forklare hvordan fuglene får den informasjonen de trenger for å komme i synkronitet og unngå et rovdyr. Det er ikke mulig hvert medlem av gruppen kan se en rask-flying falk på samme tid. Hvordan, da, kan de muligens vet hvilken retning å bevege seg i for å unngå det?
En anelse kom fra studier av fisk., Mange skolegang arter manøvrere så intrikat som den mest sammenhengende fugl småfe—og de er mye enklere å studere, fordi de kan bli sett og fotografert ovenfra i åpne tanker. I 1960-årene en russisk biolog, Dmitrii Radakov, testet skoler og funnet ut at de kan lykkes med å unngå rovdyr, som en helhet, hvis hver fisk rett og slett koordinerer sine bevegelser med de av sine naboer. Selv om det bare er en håndfull individer som vet hvor en predator kommer fra, skrev han, de kan veilede en stor skole ved å gjennomføre en tur som sine naboer etterligne—og deres naboer’ naboer, og så videre., I motsetning til lineær flokker av gjess, som ikke har en klar leder, klynger er demokratiske. De fungerer fra grasrota; ethvert medlem kan starte en bevegelse som andre vil følge.
Raffinering Radakov teori måtte vente helt til 1980-tallet, da programmerere begynte å lage modeller som viser hvordan simulerte dyr grupper kan reagere til bevegelsene av individer innenfor dem. Det viser seg at bare tre enkle regler nok til å danne en tett sammensveiset grupper., Hvert dyr trenger for å unngå å kollidere med sine nærmeste naboer, for å generelt være tiltrukket av andre av sitt slag, og til å bevege seg i samme retning som resten av gruppen. Koble de tre egenskapene til en datamaskin modell, og du kan også lage «virtuell svermer» av alle slags skapninger du liker. De endrer tetthet, endre sin form, og snu på en femøring, akkurat som i den virkelige verden gjør fugler. Skaperne av filmer, fra Lion King til Finding Nemo, har brukt lignende programvare for å skildre realistisk utseende bevegelser i store grupper—om stampeding wildebeest eller drivende maneter.,
Den virkelige verden, selv om det, ikke kjører som programvare. Ett problem med den grunnleggende modellen er at det ikke tilstrekkelig til å forklare hvordan fugl flokker kan reagere så raskt som de gjør. Det er noe Wayne Potts realisert som en graduate student i slutten av 1970-tallet. Nå en biolog ved Universitetet i Utah, Potts endte opp med å studere dunlins på Puget Sound. Ved å lage filmer av sitt småfe og analysere, ramme for ramme, hvor hver enkelt fugl flyttet, var han i stand til å vise at en slår bølger som sprer seg gjennom en flokk akkurat som en cheerleading bølge passerer gjennom sports fans på stadion., Han forklarte det med å finne navnet på hans teori: den «chorus line hypotese.»En person danser som venter på hennes nærmeste nabo til å flytte før du starter henne kick vil være for treg; på samme måte, en dunlin klokker en rekke fugler rundt det, ikke bare sine nærmeste naboer, for publikum. Dette funnet stedt til hvile på gamle telepati idé.
«bølgen var forplanter seg gjennom flokken av minst tre ganger raskere enn det som kan forklares hvis de bare var å se sine nærmeste naboer, sier Potts. «Men det var sannsynligvis ikke noe extrasensory å gå på.,»
Hvert år flokker på mange tusen stær vinter på store roosts i Roma. Smøre dimming himmelen for hver ettermiddag, like før skumring, de flyr i fra landsbygda og olivenlunder der de beiter—trofaste pendlere i omvendt, som Rachel Carson skrev en gang om fugler’ forutsigbar vaner. Tusenvis smelte sammen og danne tette områder, ellipser, kolonner, og bølgende linjer, sekvensielt endre form av sitt småfe innen kort tid. De exasperate mange beboere, som blir lei av avføring de etterlater seg. Andre elsker sine forseggjorte viser.,
«Som de nærmer roosts, den stær blir jevnlig angrepet av falker og vise utrolig flokker atferd, sier Karriére. «De kompakte og decompact, splitt og flette, form ‘terror bølger’ «—pulser som beveger seg bort fra en nærmer falcon i et brøkdels sekund. «Dette er noe av synet er fantastisk, som en Indisk røyk signaler.»
I kystnære våtmarker av sørvestlige Danmark, der noen starling flokker på våren kan telle mer enn en million, lokalbefolkningen sikt deres sent på ettermiddagen viser «sort sol» fordi de bokstavelig talt mørkere himmelen., Men stær i Roma er spesielt praktisk å studere fordi en av deres viktigste roosts er i en park mellom byens sentrale jernbanestasjon og en av grenene av den Romerske National Museum.
Forskere fra et samarbeid med pan-Europeisk prosjekt kalt StarFLAG logget mange timer på taket av museets historiske Palazzo Massimo i to siste vintrene, som tar sikte på et par justert kameraer i flokker på mange tusen stær utføre aerobatic viser., Noen forskere hadde tidligere brukt high-speed stereoskopisk fotografering for å analysere strukturen av det hele, men de var i stand til å gjøre dette bare med relativt små grupper. Når en flokk overskredet 20 til 30 fugler, dens struktur ble umulig å erte hverandre. «Du har å si hvem som er hvem i bilder fra forskjellige kameraer, som ser veldig forskjellige fra hverandre, sier Andrea Cavagna, en italiensk fysiker arbeider med StarFLAG. «Dette er svært vanskelig å gjøre ved øyet, og helt umulig for en tusen fugler.,»
Ved hjelp av programvare lånt fra feltet av statistisk mekanikk, som forklarer egenskapene til materialer ved å undersøke deres molekylære strukturen, Cavagna og andre fysikere har nå vært i stand til å matche opp til 2,600 stær i forskjellige fotografier med hverandre. Det gir dem mulighet til å kartlegge den tredimensjonale struktur av småfe mye mer presist enn det som har vært mulig før., På skjermen, kan de ta hva som vises til det menneskelige øyet som en solid, avrundet masse fugler og vil vite om det er faktisk en ball eller heller noen andre mer komplisert form, for eksempel en pannekake, en kolonne eller en open cup. De kan se det fra alle vinkler, og se den endre form på 10 bilder per sekund.
resultatet har blitt en infusjon av kvantifiserbare observasjon i et felt, lang fylt med spekulasjoner. Ved å zoome inn på den tredimensjonale rekonstruksjoner, forskerne kan begynne å forstå romlige relasjoner individuelle stær innenfor det har noe med hverandre å gjøre., De har funnet at uansett hvor tett en flokk ut fra utsiden, dens medlemmer er ikke jevnt fordelt som punkter i et rutenett. Heller, hvert medlem har en god del av plassen bak og i front. Som drivere på en motorvei, stær ikke synes å huske å ha naboer i nærheten på sine sider—eller over og under, for den saks skyld—så lenge de har åpent område fremover.
Som gir mening, siden tilstedeværelsen av en klar bane i retning av reise reduserer sannsynligheten for kollisjoner bør fuglene trenger å skifte ut sin kurs og brått, som er sannsynlig når en falcon angrep., Men hva er egentlig kjekk om denne romlige asymmetri er at forskerne har kunnet bruke den til å beregne antall naboer som hver starling betaler nær oppmerksomhet—en kvantifisert utdyping av Potts ‘ s chorus line idé. Ved å se på sammenhenger mellom bevegelser i nærliggende stær, kan de vise at hver fugl alltid betaler oppmerksomhet til det samme antall naboer, enten de er nærmere eller lenger unna.
Hvor mange naboer er det?, Seks eller syv, sier Cavagna, som peker på at stær i flokker kan nesten alltid se mange flere nærliggende fugler—men antallet kan være nært knyttet til fugler’ kognitiv evne. Laboratorietester har vist at duer er lett i stand til å diskriminere mellom opp til seks ulike objekter, men ikke mer. Det synes å være nok. Fokus på mer enn en eller to naboer kan en starling å manøvrere raskt når det trengs., Men ved å begrense til seks eller syv antall naboer det betaler oppmerksomhet til, kan det unngå å fylle hjernen med mindre pålitelige, eller rett og slett overveldende, informasjon fra fugler lenger unna.
Enten du ser på disse personene er alt de gjør, skjønt, er ennå ikke kjent. Flere StarFLAG samarbeidspartnere ved Universitetet i Groningen i Nederland, har vært å bruke disse nøye voktet småfeet for å kalibrere datasimuleringer mer sofistikert enn noen andre har brukt før for å analysere strømmer atferd., De prøver å avgrense modeller som er opprettet av fysikere til mer nøyaktig gjenspeile de reelle forhold stær ansikt, som gravitasjon og turbulent luft. Forskerne er også å prøve å forstå hvordan stær i flukt kommunisere, selv om alle er enig i at de bruker synet til å navigere på nært hold, som kanskje ikke er som de bruker.
«jeg tror det er akustisk og visuell, sier Karriére, «men den nøyaktige måten det fungerer på ingen vet.»Han antyder at en stær kan også bruke den taktile sans for onrushing luft fra nære naboer for å hjelpe sin retning., Klart, det er mye som fortsatt skal være lært av disse mest dagligdagse av fugler.
Frank Heppner er overbevist om at forskerne vil snart være i stand til å forklare mange slike mysterier, samtidig som han fortsetter å stille spørsmål ved noen av de mest grunnleggende forutsetninger om flokker atferd. Han lurer, for eksempel, hvorfor det Romerske stær så godt manøvrere over sine roosting nettsteder for mange minutter før settling ned. Hvis de virkelig ønsket å unngå falker, spør han, ville de ikke forsvinner i trærne mer raskt? «Hva de gjør er ikke å unngå rovdyr,» sier han. «Det er innbydende rovdyr.,»
Han har spekulert i at det kan være noen grunnleggende matematikk-basert atferd gå på—den typen ting som fysikere kaller en «emergent egenskap,» der helheten er større enn summen av dens deler. Stær kan gjøre hva de gjør rett og slett fordi deres individuelle programmering gjør komplekse atferd, som flokker, uunngåelig., Birders, av alle mennesker, burde forstå at, siden de vet hvor enkelt biologiske regler som en grunnleggende menneskelig interesse i fargerike, bevegelige objekter kan føre til uforutsigbare og tilsynelatende irrasjonell atferd—for eksempel på vei til Brownsville til å oppdage en golden-kronet sangfugl.
«Det kan være at disse typer atferd er som en matematisk biprodukt av reglene fuglene følge,» Heppner sier. «Det er helt mulig at du får uforutsigbar atferd ut av forutsigbare regler.»Kanskje Romas stær vil likevel kaste lys på kollektive beslutningsprosesser av folk.,
Noen forskere tilknyttet StarFLAG prosjektet er å undersøke hvordan velgerne påvirker hverandres valg, og om beslutninger om hvor du skal finne nye bankfilialer utgjør en mulig eksempel på flokker atferd.
Slike praktiske anvendelser av forståelse flokk atferd kan være verdt så mye for noen mennesker, som å vite intensjoner om gudene. Men de er sannsynligvis mindre verdifull enn en anerkjennelse av hvordan folk har allerede påvirket flokker., Stær ikke vinteren i Roma i slike tall i tidligere år, men klimaendringer, kombinert med andre faktorer, har gjort byen mer behagelig for dem. Flokker av mange shorebirds er avtagende som deres habitat og mat som er endret. Og det er på grunn av oss, selvfølgelig, at ingen kan lenger nyte synet av et av de største av flokker arter: passasjer due.
Den mest typiske menneskelig atferd flokker avsløre, men kan vise seg å være forsøk på å både forstå og ha glede av dem., Folk ønsker å vite hvordan verden fungerer, men de ønsker også å bare sette pris på det. De blinkende dunlins, og de stær hvirvlende som swift, svart røyk, vil være et spennende syn uansett hva datamaskinen modeller postulat. I hvert fall i en del, de vil fortsette, som Richard Wilbur skrev, «å nekte å bli fanget . . . i nøter og merder av min tanke.»
Denne historien opprinnelig drev i Mars-April 2009-utgaven som «Flight Plan.»