mroczne stado dunlinów sprinty prosto nad bagnem—dopóki nie pojawia się merlin i wszystkie one wirować w tym samym momencie, migając ich jasnymi białymi spodniami i zmieniając swoją grupę w kształt klepsydry z szokującą szybkością., Odległy szmer szpaków-i tak, to naprawdę cudowne określenie dla grupy tych często złośliwych ptaków-10 000 lub więcej, toczy się „jak pijany odcisk palca po niebie”, jak napisał poeta Richard Wilbur, rozmazując horyzont zmierzchu z szybkością pulsującej meduzy.
od czasów starożytnych ludzie patrzyli na masy ptaków poruszających się jak jeden i zastanawiali się, jak to robią. Starożytni Rzymianie mieli swoje wyjaśnienie: bogowie, wierzyli, wskazywali na ich intencje w sposób, w jaki ptaki latały., Naukowcy z początku XX wieku, być może prawie tak łatwowierni, po omacku szukali takich tajemniczych, a nawet mistycznych pojęć, jak „naturalna telepatia” lub ” grupowa dusza.””To transfuzja myśli, transfuzja myśli—myślenie zbiorowe praktycznie. Co jeszcze może być?”w 1931 r. opisał jeden Brytyjski przyrodnik, dość wyraźnie.
Zobacz galerię zdjęć tego artykułu
oczywiście stada wielu ptaków., Ale tylko względna garstka naprawdę lata razem, tworząc to, co biolog z Uniwersytetu Rhode Island Frank Heppner, w 1970 roku, zaproponował nazywanie „stadami lotu”: a mianowicie wysoce zorganizowanymi liniami lub gromadami. Pelikany, gęsi i inne ptactwo wodne tworzą linie i Vs, prawdopodobnie w celu wykorzystania czynników aerodynamicznych, które oszczędzają energię. Ale najbardziej imponujące flockery są prawdopodobnie te, które tworzą duże, nieregularnie ukształtowane masy, takie jak szpaki, ptaki przybrzeżne i kosy., Często latają z prędkością 40 mil lub więcej na godzinę, a w gęstej grupie przestrzeń między nimi może być tylko nieco większa niż długość ich ciała. Mogą jednak wykonywać zdumiewająco ostre zwroty, które wydają się być prowadzone w całości w zgodzie. Wyobraź sobie, że wykonujesz niezbadane manewry unikowe w porozumieniu ze wszystkimi innymi szybko poruszającymi się kierowcami wokół ciebie na drodze ekspresowej, a masz pojęcie o trudnościach z tym związanych.
nic dziwnego, że obserwatorzy zostali po omacku w celu wyjaśnienia., Kiedy Heppner, obecnie na emeryturze, zaczął badać stada gołębi ponad 30 lat temu, zasugerował, że komunikują się one za pomocą pewnego rodzaju neurologicznie opartego ” radia biologicznego.”
dziś jednak innowacje technologiczne, od szybkich fotografii po symulacje komputerowe, umożliwiły biologom przeglądanie i analizowanie stad ptaków jak nigdy dotąd. Podobnie jak nowa fala zainteresowania ze strony innych naukowców, w tym matematyków, fizyków, a nawet ekonomistów., W rezultacie naukowcy są bliżej niż kiedykolwiek naprawdę dostać się do umysłu stada.
„jest wiele rzeczy, których teraz nie wiemy”, mówi Heppner, „ale myślę, że w ciągu pięciu lat dowiemy się, jak i dlaczego ptaki latają w zorganizowanych grupach.”
na jednym poziomie od dawna wiadomo, co się dzieje, gdy zwierzęta synchronizują swoje ruchy—czy to kaczki, dzikie bestie, śledzie, czy owady społeczne. Więcej oczu i uszu oznacza większe możliwości znalezienia pożywienia i większe szanse na wykrycie drapieżnika w czasie.,
kiedy drapieżnik się rzuca, to bycie w tłumie naprawdę się opłaca. Liczne badania wykazały, że osoby podróżujące w grupach są prawie zawsze bardziej narażone, gdy oddalają się same. Wynika to w dużej mierze z oszałamiających rzeczy, które może zrobić asamblage. Obracając się gwałtownie lub po prostu przechylając się nieco na osi, dunliny są w stanie zmienić wygląd swojego upierzenia z ciemnego (ich górne części) na jasny (ich dolne części), tworząc szybki efekt migania, który może zaskoczyć lub zdezorientować drapieżniki., Badania wykazały, że merliny polujące na ptaki przybrzeżne są w rzeczywistości najbardziej udane, gdy ścigają osobniki. Sokoły polują na tłumy dunlinów i innych ptaków przybrzeżnych, ale te polowania najprawdopodobniej odniosą sukces, gdy atak spowoduje, że samotny ptak zbłądzi. Bezpieczeństwo w liczbach, innymi słowy: ptaki, które pozostają razem, mają tendencję do przetrwania razem.
„bycie samotnym jest zawsze bardziej ryzykowne”, mówi Claudio Carere, włoski ornitolog, który jest zaangażowany we wspólne badania szpaków w Rzymie.,
Brytyjski biolog ewolucyjny William Hamilton, w 1971 roku, ukuł termin „egoistyczne stado” na określenie tego zjawiska. Każdy członek stada, pisał, działa z prostego własnego interesu. Kiedy drapieżnik zbliża się do stada, wszystkie osobniki w grupie poruszają się w kierunku najbezpieczniejszego miejsca—a mianowicie środka grupy—w celu zmniejszenia szans na złapanie. Obserwacje młodocianych ptaków przybrzeżnych dowiodły, że może im to zająć trochę czasu, ponieważ uczą się tworzyć spójne zgromadzenia dopiero w czasie., Jak to robią, dobór naturalny nakazuje, że ptaki najmniej zdolne do przebywania w grupie są najczęściej łapane przez drapieżniki.
samo zainteresowanie może wyjaśniać wiele obserwowanej dynamiki ruchu stada, np. gęstość. Ale to nie wyjaśnia, w jaki sposób ptaki zdobywają informacje potrzebne do synchronicznego poruszania się i unikania drapieżnika. Nie ma mowy, żeby każdy członek grupy widział szybko latającego Sokoła w tym samym czasie. Skąd więc mogą wiedzieć, w jakim kierunku się poruszać, aby tego uniknąć?
jedna wskazówka pochodzi z badań nad rybami., Wiele gatunków szkolnych manewruje tak misternie, jak najbardziej spójne stada ptaków—i są o wiele łatwiejsze do zbadania, ponieważ można je oglądać i fotografować z góry w otwartych zbiornikach. XX wieku rosyjski biolog Dmitrij Radakow przetestował szkoły i odkrył, że mogą one skutecznie unikać drapieżników jako całości, jeśli każda ryba po prostu koordynuje swoje ruchy z ruchami swoich sąsiadów. Nawet jeśli tylko garstka osób wie, skąd pochodzi drapieżnik, może poprowadzić ogromną szkołę, inicjując zwrot, który naśladują ich sąsiedzi – i sąsiedzi ich sąsiadów, i tak dalej., W przeciwieństwie do liniowych stad gęsi, które mają wyraźnego przywódcę, skupiska są demokratyczne. Działają od podstaw; każdy członek może zainicjować ruch, za którym podążą inni.
dopracowanie teorii Radakowa musiało poczekać do lat 80., kiedy to Programiści komputerowi zaczęli tworzyć modele pokazujące, w jaki sposób symulowane grupy zwierząt mogą reagować na ruchy jednostek w ich obrębie. Okazuje się, że tylko trzy proste zasady wystarczą do utworzenia ściśle spójnych grup., Każde zwierzę musi unikać kolizji ze swoimi najbliższymi sąsiadami, być ogólnie przyciągane do innych swojego rodzaju i poruszać się w tym samym kierunku, co reszta grupy. Podłącz te trzy cechy do modelu komputerowego, a możesz tworzyć „wirtualne roje” wszelkiego rodzaju stworzeń, które lubisz. Zmieniają gęstość, zmieniają swój kształt i obracają się w mgnieniu oka—tak jak robią to ptaki z prawdziwego świata. Twórcy filmów, od Króla Lwa po znalezienie Nemo, używali podobnego oprogramowania do przedstawiania realistycznie wyglądających ruchów w dużych grupach—czy to stamping wildebeest, czy drifting meduzy.,
jednak świat rzeczywisty nie działa jak oprogramowanie. Jednym z problemów z podstawowym modelem jest to, że nie wyjaśnia on odpowiednio, w jaki sposób stada ptaków mogą reagować tak szybko, jak to robią. Wayne Potts zdał sobie z tego sprawę jako absolwent w późnych latach 70-tych. teraz jako biolog na Uniwersytecie Utah, Potts skończył studiować dunlins na Puget Sound. Kręcąc filmy o ich stadach i analizując, klatka po klatce, jak poruszał się każdy ptak, był w stanie pokazać, że obrót faluje przez stado, tak jak fala cheerleaderek przechodzi przez fanów sportu na stadionie., Odkrycie wyjaśnił nazwą swojej teorii: „hipoteza linii chorus.”Indywidualna tancerka, która czeka na ruch swojego najbliższego sąsiada przed rozpoczęciem kopnięcia, będzie zbyt wolna; podobnie dunlin obserwuje wiele ptaków wokół siebie, nie tylko swoich najbliższych sąsiadów, dla wskazówek. To odkrycie położyło kres starej idei telepatii.
„fala rozprzestrzeniała się przez stado co najmniej trzy razy szybciej, niż można by to wytłumaczyć, gdyby tylko obserwowali swoich najbliższych sąsiadów” – mówi Potts. „Ale prawdopodobnie nie działo się nic pozazmysłowego.,”
każdego roku stada wielu tysięcy szpaków zimują na dużych noclegowiskach w Rzymie. Rozmazując przyciemnione niebo każdego popołudnia, tuż przed zmierzchem, przylatują z wiejskich gajów oliwnych, gdzie żywią się wiernymi dojeżdżającymi w odwrotnym kierunku, jak napisała kiedyś Rachel Carson o przewidywalnych nawykach ptaków. Tysiące łączą się i tworzą gęste kule, elipsy, kolumny i pofałdowane linie, kolejno zmieniając kształt swoich stad w ciągu kilku chwil. Irytują wielu mieszkańców, którzy męczą się odchodami, które po sobie zostawiają. Inni uwielbiają ich wyszukane pokazy.,
„gdy zbliżają się do kogutów, szpaki są regularnie atakowane przez sokoły i wykazują niesamowite zachowania flokacyjne”, mówi Carere. „Zagęszczają się i rozkładają, rozdzielają się i łączą, tworzą „fale terroru „” —impulsy, które oddalają się od zbliżającego się Sokoła w ułamku sekundy. „To jest coś, co przez wzrok jest Fantastyczne, jak indyjskie sygnały dymne.”
na przybrzeżnych mokradłach południowo-zachodniej Danii, gdzie wiosną niektóre stada szpaków mogą liczyć ponad milion, miejscowi nazywają swoje późne popołudnie” czarnym słońcem”, ponieważ dosłownie przyciemniają niebo., Ale szpaki w Rzymie są szczególnie wygodne do nauki, ponieważ jedno z ich głównych noclegów znajduje się w parku między centralnym dworcem kolejowym a jednym z oddziałów Rzymskiego Muzeum Narodowego.
naukowcy ze wspólnego, ogólnoeuropejskiego projektu o nazwie StarFLAG spędzili wiele godzin na dachu zabytkowego Muzeum Palazzo Massimo w ciągu dwóch ostatnich zim, celując parą ustawionych kamer w stada wielu tysięcy szpaków wykonujących akrobatyczne pokazy., Niektórzy badacze wcześniej wykorzystywali szybką fotografię stereoskopową do analizy struktury całości, ale byli w stanie to zrobić tylko przy stosunkowo małych grupach. Gdy stado przekroczyło 20 do 30 ptaków, jego struktura stała się niemożliwa do rozdzielenia. „Trzeba powiedzieć, kto jest kim na zdjęciach z różnych kamer, które wyglądają bardzo różnie od siebie”, mówi Andrea Cavagna, włoski fizyk pracujący z StarFLAG. „Jest to bardzo trudne do zrobienia na oko i całkowicie niemożliwe dla tysiąca ptaków.,”
za pomocą oprogramowania zapożyczonego z dziedziny mechaniki statystycznej, które wyjaśnia właściwości materiałów badając ich strukturę molekularną, Cavagna i inni fizycy byli w stanie dopasować do 2600 szpaków na różnych zdjęciach. Dzięki temu mogą odwzorowywać trójwymiarową strukturę stad o wiele bardziej precyzyjnie niż kiedykolwiek było to możliwe., Na ekranie mogą wziąć to, co wydaje się ludzkim okiem jako solidną, zaokrągloną masę ptaków i dowiedzieć się, czy jest to w rzeczywistości piłka, czy raczej jakiś inny bardziej skomplikowany kształt, taki jak naleśnik, kolumna lub otwarty kubek. Mogą oglądać go pod dowolnym kątem i oglądać, jak zmienia kształt z prędkością 10 klatek na sekundę.
wynik był wlewem wymiernych obserwacji w pole długie pełne spekulacji. Przybliżając trójwymiarowe rekonstrukcje, badacze mogą zacząć rozumieć relacje przestrzenne, które poszczególne szpaki w nim mają ze sobą., Odkryli, że jakkolwiek gęste stado pojawia się z zewnątrz, jego członkowie nie są równomiernie rozłożeni jak punkty na siatce. Raczej każdy członek ma dużo miejsca z tyłu i z przodu. Podobnie jak kierowcy na autostradzie, szpaki nie mają nic przeciwko temu, aby sąsiedzi byli w pobliżu – lub powyżej i poniżej, o ile mają otwartą przestrzeń przed sobą.
To ma sens, ponieważ obecność wyraźnej ścieżki w kierunku podróży minimalizuje prawdopodobieństwo kolizji, jeśli ptaki muszą nagle zmienić kurs, Jak to jest prawdopodobne, gdy atakuje Sokół., Ale co jest naprawdę sprytne w tej asymetrii przestrzennej jest to, że naukowcy byli w stanie użyć go do obliczenia liczby sąsiadów, do których każdy Szpak zwraca szczególną uwagę—ilościowe opracowanie idei chorus line Potts. Patrząc na korelacje między ruchami sąsiednich szpaków, mogą pokazać, że każdy ptak zawsze zwraca uwagę na tę samą liczbę sąsiadów, niezależnie od tego, czy są bliżej, czy dalej.
ilu to sąsiadów?, Sześć lub siedem, mówi Cavagna, który wskazuje, że szpaki w stadach mogą prawie zawsze zobaczyć wiele innych pobliskich ptaków—ale liczba ta może być ściśle związana z zdolnościami poznawczymi ptaków. Badania laboratoryjne wykazały, że gołębie są w stanie łatwo rozróżnić do sześciu różnych obiektów, ale nie więcej. To chyba wystarczy. Skupienie się na więcej niż jednym lub dwóch sąsiadach umożliwia szpakowi szybkie manewrowanie w razie potrzeby., Ale ograniczając do sześciu lub siedmiu sąsiadów, na których zwraca uwagę, może uniknąć zaśmiecania mózgu mniej wiarygodnymi lub po prostu przytłaczającymi informacjami od ptaków dalej.
nie wiadomo jednak, czy oglądanie tych sąsiadów jest wszystkim, co robią. Kilku współpracowników StarFLAG z Uniwersytetu w Groningen w Holandii używa tych ściśle obserwowanych stad do kalibracji symulacji komputerowych bardziej wyrafinowanych niż jakiekolwiek inne używane wcześniej do analizy zachowania stada., Próbują udoskonalić modele stworzone przez fizyków, aby dokładniej odzwierciedlić rzeczywiste warunki twarzy szpaków, takie jak grawitacja i turbulentne powietrze. Naukowcy starają się również zrozumieć, jak szpaki w locie komunikują się; choć wszyscy zgadzają się, że używają wzroku do nawigacji w bliskiej odległości, To może nie być wszystko, czego używają.
„myślę, że to akustyczne i wizualne,” mówi Carere, „ale dokładnego sposobu działania, nikt nie wie.”Sugeruje, że Szpak może nawet używać dotykowego wyczucia powietrza z bliskich sąsiadów, aby pomóc mu w kierowaniu jego kierunkiem., Najwyraźniej wiele jeszcze można się nauczyć od tych najbardziej przyziemnych ptaków.
Frank Heppner jest przekonany, że naukowcy wkrótce będą w stanie wyjaśnić wiele takich tajemnic, nawet jeśli nadal kwestionuje niektóre z najbardziej podstawowych założeń dotyczących zachowań flokujących. Zastanawia się na przykład, dlaczego rzymskie szpaki tak spektakularnie manewrują nad miejscami noclegowymi przez wiele minut, zanim się osiedlą. Gdyby naprawdę chcieli uniknąć Sokołów, pyta: czy nie znikną szybciej na drzewach? „To, co robią, to nie unikanie drapieżników” – mówi. „Przyciąga drapieżniki.,”
spekuluje, że może zachodzić jakieś fundamentalne zachowanie oparte na matematyce-coś, co fizycy nazywają” właściwością wschodzącą”, w której całość jest znacznie większa niż suma jej części. Szpaki mogą robić to, co robią po prostu dlatego, że ich indywidualne programowanie sprawia, że złożone zachowania, takie jak stada, są nieuniknione., Ptasznicy, ze wszystkich ludzi, powinni zrozumieć, że, ponieważ wiedzą, jak proste zasady biologiczne, takie jak podstawowe ludzkie zainteresowanie jasnymi kolorami, poruszające się obiekty mogą prowadzić do nieprzewidywalnych i pozornie irracjonalnych zachowań—takich jak odlot do Brownsville, aby dostrzec warblera o złotej koronie.
„może być tak, że tego typu zachowania są jak matematyczny produkt uboczny reguł, których przestrzegają ptaki”, mówi Heppner. „Jest całkowicie możliwe, że można uzyskać nieprzewidywalne zachowanie z przewidywalnych zasad.”Być może szpaki Rzymu rzucą jeszcze trochę światła na zbiorowe podejmowanie decyzji przez ludzi.,
niektórzy naukowcy związani z projektem StarFLAG badają, w jaki sposób wyborcy wpływają na swoje wybory i czy decyzje o lokalizacji nowych oddziałów banków stanowią możliwy przykład flokowania.
takie praktyczne zastosowania zrozumienia zachowań stada mogą być dla niektórych warte tyle samo, co znajomość intencji bogów. Jednak są prawdopodobnie mniej wartościowe niż uznanie, jak ludzie już wpłynęli na stada., Szpaki nie zimowały w Rzymie w takich ilościach w przeszłości, ale zmiany klimatu, w połączeniu z innymi czynnikami, uczyniły miasto bardziej komfortowym dla nich. Stada wielu ptaków przybrzeżnych maleją wraz ze zmianą ich siedlisk i pokarmu. I to oczywiście dzięki nam nikt nie może już cieszyć się widokiem jednego z największych gatunków flokujących: gołębia pasażerskiego.
najbardziej kwintesencją ludzkich zachowań może okazać się jednak dążenie do ich zrozumienia i cieszenia się nimi., Ludzie chcą wiedzieć, jak działa świat w ogóle, ale chcą też po prostu to docenić. Te migające dunliny i szpaki wirujące jak szybki czarny dym, pozostaną atrakcyjnym widokiem bez względu na to, co postulują modele komputerowe. Przynajmniej częściowo, będą kontynuować, jak napisał Richard Wilbur, ” odmawiając bycia złapanym . . . w sieci i klatkach mojej myśli.”
Ten artykuł pojawił się w numerze Marzec-Kwiecień 2009 jako „plan lotu.”