Como um Bando de Pássaros Podem Voar e se Mover Juntos

Um escuro rebanho de dunlins sprints em linha reta através de um pântano, até um merlin aparece e todos eles veer, no mesmo momento, piscando suas branco brilhante underparts e reorganização de seu grupo em uma forma de ampulheta com rapidez chocante., Um murmúrio distante de estorninhos—e sim, que realmente é maravilhoso, o termo para um grupo de estes muitas vezes criticado aves—10.000 ou mais, rola “como um bêbado de impressão digital em todo o céu”, como o poeta Richard Wilbur escreveu, manchas crepúsculo horizonte com a rapidez de uma água-viva e pulsante.

desde os tempos primitivos as pessoas têm olhado para massas de aves movendo-se como um só e se perguntam como eles fazem isso. Os antigos romanos tinham a sua explicação: deuses, acreditavam, insinuavam as suas intenções na forma como os pássaros voavam., Cientistas do início do século XX, talvez quase tão crédulos, apalparam conceitos misteriosos e até místicos como “telepatia natural” ou “alma de grupo”.””É o pensamento transfuso, a transferência de pensamento—pensamento coletivo praticamente. Que mais pode ser?”mused one British naturalist, rather plaintively, in 1931.veja a galeria de fotos que acompanha este artigo., Mas apenas um punhado relativo realmente voam juntos, criando o que o biólogo da Universidade de Rhode Island Frank Heppner, na década de 1970, propôs chamar “bandos de vôo”: ou seja, linhas altamente organizadas ou aglomerados. Pelicanos, gansos e outras aves aquáticas formam linhas e Vs, presumivelmente para aproveitar os fatores aerodinâmicos que economizam energia. Mas os flockers mais impressionantes são, sem dúvida, aqueles que formam grandes massas de forma irregular, tais como estorninhos, aves costeiras e aves Negras., Eles muitas vezes voam a velocidades de 40 milhas ou mais por hora, e em um grupo denso o espaço entre eles pode ser apenas um pouco mais do que seu comprimento corporal. No entanto, podem fazer curvas espantosamente afiadas que, a olho nu, parecem ser conduzidas inteiramente em uníssono. Imagine fazer manobras evasivas irrefletidas em conjunto com todos os outros motoristas em movimento rápido em torno de você em uma via rápida, e você tem uma idéia da dificuldade envolvida.

não admira que os observadores tenham sido deixados à procura de uma explicação., Quando Heppner, agora semi-aposentado, começou a estudar bandos de pombos há mais de 30 anos, ele sugeriu que eles se comunicassem através de algum tipo de rádio biológico baseado neurologicamente.”o fato de não estarmos fora da cidade é uma indicação de quão desesperados estávamos para explicar isso”, diz ele agora.

hoje em dia, porém, inovações tecnológicas, desde a fotografia de alta velocidade a simulações computacionais, permitiram aos biólogos ver e analisar bandos de aves como nunca antes. Assim como uma nova onda de interesse de outros cientistas, incluindo matemáticos, físicos, até economistas., Como resultado, os pesquisadores estão mais perto do que nunca de realmente entrar na mente do rebanho.

“Há muito que não sabemos agora”, diz Heppner, ” mas eu acho que nós realmente vamos saber como e por que os pássaros voam em grupos organizados dentro de cinco anos.”

em um nível tem sido óbvio o que está acontecendo quando os animais sincronizam seus movimentos—sejam patos, gnus, arenques ou insetos sociais. Mais olhos e ouvidos significam maiores oportunidades de encontrar comida e melhores chances de detectar um predador a tempo.,é quando um predador ataca, no entanto, que estar numa multidão compensa. Numerosos estudos têm mostrado que os indivíduos que viajam em grupos são quase sempre mais vulneráveis quando se afastam por si mesmos. Isso deve-se em grande parte às coisas desconcertantes que uma montagem pode fazer. Girando rapidamente ou simplesmente inclinando um pouco sobre o seu eixo, dunlins são capazes de mudar a aparência de sua plumagem de escuro (seu upperparts) para a luz (sua underparts), a criação de um rápido piscar de efeito que possam assustar ou confundir os predadores., Estudos têm mostrado que merlins caçando aves costeiras são de fato mais bem sucedidos quando estão perseguindo indivíduos. Falcões vão atrás de multidões apertadas de dunlins e outras aves, mas essas caçadas são mais propensos a ter sucesso quando o ataque faz com que um pássaro solo se perca. Segurança em números, por outras palavras: as aves que permanecem juntas tendem a sobreviver juntas.”ser solteiro é sempre mais arriscado”, diz Claudio Carere, um ornitólogo italiano que está envolvido em um estudo colaborativo de flocagem de estorninhos em Roma.,o biólogo evolucionista britânico William Hamilton, em 1971, cunhou o termo “rebanho egoísta” para descrever este fenômeno. Cada membro de um rebanho, escreveu ele, age por Simples interesse próprio. Quando um predador se aproxima de um rebanho, todos os indivíduos do grupo se movem para o lugar mais seguro—ou seja, o meio do grupo—, a fim de reduzir as chances de serem capturados. Observações de aves juvenis têm insinuado que pode levar algum tempo para pegar o jeito disso, porque elas aprendem a formar congregações coesas apenas ao longo do tempo., Como eles fazem, a seleção natural dita que as aves menos capazes de se pendurar com o grupo são mais propensos a serem capturados por predadores.

Auto-interesse por si só pode explicar muitas das dinâmicas observadas do movimento do rebanho, tais como a densidade. Mas não explica como os pássaros conseguem a informação que precisam para se moverem em sincronia e evitarem um predador. É impossível que todos os membros do grupo vejam um falcão voador ao mesmo tempo. Como, então, eles podem saber em que direção se mover para evitá-lo?uma pista veio de estudos de peixes., Muitas espécies escolares manobram tão intrincadamente como os bandos de aves mais coesos—e são muito mais fáceis de estudar, porque podem ser observados e fotografados de cima em tanques abertos. Na década de 1960, um biólogo russo, Dmitrii Radakov, testou escolas e descobriu que elas podem evitar predadores, como um todo, se cada peixe simplesmente coordena seus movimentos com os de seus vizinhos. Mesmo que apenas um punhado de indivíduos saibam de onde vem um predador, ele escreveu, eles podem guiar uma escola enorme iniciando uma virada que seus vizinhos imitam—e vizinhos de seus vizinhos, e assim por diante., Ao contrário de bandos lineares de gansos, que têm um líder claro, os aglomerados são democráticos. Eles funcionam a partir da Base; qualquer membro pode iniciar um movimento que outros seguirão.refinando a teoria de Radakov teve que esperar até a década de 1980, quando os programadores de computador começaram a criar modelos que mostram como grupos animais simulados podem responder aos movimentos dos indivíduos dentro deles. Acontece que apenas três regras simples são suficientes para formar grupos coesos., Cada animal precisa evitar colidir com seus vizinhos imediatos, para ser geralmente atraído por outros de seu tipo, e para se mover na mesma direção que o resto do grupo. Conecte essas três características em um modelo de computador, e você pode criar “enxames virtuais” de qualquer tipo de criatura que você gosta. Eles mudam de densidade, alteram sua forma, e se transformam em um centavo—assim como as aves do mundo real. Os fabricantes de filmes, desde o Rei Leão até encontrar Nemo, têm usado softwares semelhantes para retratar movimentos realistas em grandes grupos-se stampeding gnus ou Jellyfish deriva.,

O mundo real, no entanto, não funciona como software. Um problema com o modelo básico é que ele não explica adequadamente como bandos de aves podem reagir tão rapidamente quanto eles. Isso é algo que Wayne Potts percebeu como um estudante graduado no final dos anos 70. agora um biólogo na Universidade de Utah, Potts acabou estudando dunlins em Puget Sound. Ao fazer filmes de seus rebanhos e analisar, frame a frame, como cada pássaro individual se movia, ele foi capaz de mostrar que uma curva ondula através de um rebanho, assim como uma onda de Líderes de torcida passa através de fãs de esportes em um estádio., He explained the finding with the name of his theory: the ” chorus line hypothesis.”Uma dançarina individual que espera que seu vizinho se mova antes de iniciar seu chute será muito lento; da mesma forma, um dunlin observa um número de pássaros ao seu redor, não apenas seus vizinhos mais próximos, para sugestões. Esta descoberta acabou com a velha ideia de telepatia.

“A onda estava se propagando através do rebanho pelo menos três vezes mais rápido do que poderia ser explicado se eles estavam apenas observando seus vizinhos imediatos”, diz Potts. “Mas não deve ter acontecido nada de extra-sensorial.,todos os anos, bandos de muitos milhares de estorninhos invernam em grandes lugares em Roma. Manchando o céu escurecido todas as tardes, pouco antes do anoitecer, eles voam dos Olivais rurais onde alimentam—se de passageiros fiéis ao contrário, como Rachel Carson escreveu uma vez sobre os hábitos previsíveis dos pássaros. Milhares se unem e formam esferas densas, elipses, colunas e linhas ondulantes, mudando sequencialmente a forma de seus rebanhos dentro de momentos. Eles exasperam muitos residentes, que se cansam dos excrementos que deixam para trás. Outros adoram as suas exibições elaboradas.,”à medida que se aproximam dos postes, os estorninhos são regularmente atacados por falcões e exibem incríveis comportamentos de flocagem”, diz Carere. “Compactam e decompõem, dividem e fundem, formam ‘ondas terroristas’ “—pulsos que se afastam de um falcão que se aproxima em um segundo. “Isto é algo que à vista é fantástico, como sinais de fumo indianos.”

nas zonas húmidas costeiras do sudoeste da Dinamarca, onde alguns bandos de passarinhos na primavera podem chegar a mais de um milhão, os habitantes locais chamam ao final da tarde de “sol negro” porque literalmente escurecem o céu., Mas os estorninhos em Roma são particularmente convenientes para estudar porque um de seus principais postes está em um parque entre a estação ferroviária central da cidade e um dos ramos do Museu Nacional Romano.

Pesquisadores de colaboração, projecto pan-Europeu, chamado StarFLAG registrado um monte de horas no telhado do museu histórico Palazzo Massimo nos dois últimos invernos, visando um par de câmeras alinhadas em bandos de milhares de estorninhos realizando manobras apresenta., Alguns pesquisadores tinham usado fotografia estereoscópica de alta velocidade para analisar a estrutura do todo, mas eles foram capazes de fazê-lo apenas com grupos relativamente pequenos. Uma vez que um rebanho excedeu 20 a 30 aves, sua estrutura tornou-se impossível de separar. “Você tem que dizer quem é Quem nas imagens das diferentes câmeras, que se parecem muito diferentes umas das outras”, diz Andrea Cavagna, um físico italiano que trabalha com a StarFLAG. “Isto é muito difícil de fazer à vista, e totalmente impossível para Mil pássaros.,”

usando softwares emprestados do campo da mecânica estatística, o que explica as propriedades dos materiais examinando sua estrutura molecular, Cavagna e outros físicos têm agora sido capazes de combinar até 2.600 estorninhos em diferentes fotografias um com o outro. Isso lhes permite mapear a estrutura tridimensional dos rebanhos muito mais precisamente do que nunca foi possível antes., Onscreen, they can take what appears to the human eye as a solid, rounded mass of birds and learn whether it is in fact a ball or rather some other more complicated shape, such as a pancake, a column, or an open cup. Eles podem vê-lo de qualquer ângulo, e vê-lo alterar a forma a 10 frames por segundo.o resultado foi uma infusão de observação quantificável num campo repleto de especulação. Ao ampliar as reconstruções tridimensionais, os pesquisadores podem começar a entender as relações espaciais que os estorninhos individuais dentro dele têm uns com os outros., Eles descobriram que por mais denso que um rebanho apareça do lado de fora, os seus membros não estão uniformemente distribuídos como pontos em uma grade. Pelo contrário, cada deputado tem muito espaço atrás e à frente. Tal como os condutores numa auto—estrada, os estorninhos não parecem importar—se de ter vizinhos por perto nos seus lados-ou acima e abaixo, já agora-desde que tenham Espaço aberto à frente.

isso faz sentido, uma vez que a presença de um caminho claro na direção de viagem minimiza a probabilidade de colisões caso as aves precisem mudar seu curso abruptamente, como é provável quando um falcão ataca., Mas o que é realmente nifty sobre esta assimetria espacial é que os pesquisadores têm sido capazes de usá—lo para calcular o número de vizinhos a que cada starling presta atenção-uma elaboração quantificada da idéia de linha de coro de Potts. Olhando para as correlações entre os movimentos dos estorninhos vizinhos, eles podem mostrar que cada pássaro sempre presta atenção ao mesmo número de vizinhos, sejam eles mais próximos ou mais distantes.quantos vizinhos são?, Seis ou sete, diz Cavagna, que aponta que os estorninhos em bandos quase sempre podem ver muitas mais aves próximas—mas o número pode estar intimamente ligado à capacidade cognitiva das aves. Testes laboratoriais mostraram que os pombos são facilmente capazes de discriminar entre até seis objetos diferentes, mas não mais. Parece ser suficiente. O foco em mais de um ou dois vizinhos permite que um starling manobre rapidamente quando necessário., Mas ao limitar a seis ou sete o número de vizinhos a que presta atenção, pode evitar confundir o seu cérebro com informações menos fiáveis, ou simplesmente esmagadoras, de aves mais distantes.

se observar esses vizinhos é tudo o que eles fazem, no entanto, ainda não é conhecido. Vários colaboradores da StarFLAG na Universidade de Groningen, nos Países Baixos, têm usado esses bandos vigiados para calibrar simulações de computador mais sofisticadas do que qualquer outra usada antes para analisar o comportamento do rebanho., Eles estão tentando refinar os modelos criados pelos físicos para refletir com mais precisão as condições reais que os estorninhos enfrentam, como a gravidade e o ar turbulento. Os pesquisadores também estão tentando entender como os estorninhos em voo se comunicam; embora todos concordem que eles usam a visão para navegar De Perto, isso pode não ser tudo o que eles usam.”eu acho que é acústico e visual”, diz Carere, ” mas a maneira exata como funciona ninguém sabe.”He suggests that a starling may even use the tactile sense of onrushing air from close neighbors to help guide its direction., Claramente, ainda há muito a aprender com estes pássaros mais mundanos.

Frank Heppner está confiante de que os pesquisadores em breve serão capazes de explicar muitos desses mistérios, mesmo quando ele continua a questionar algumas das suposições mais básicas sobre o comportamento flocking. Ele se pergunta, por exemplo, por que os estorninhos Romanos tão espectacularmente manobram acima de seus locais de galos por muitos minutos antes de se assentarem. Se eles realmente quisessem evitar falcões, ele pergunta, eles não desapareceriam nas árvores mais rapidamente? “O que eles fazem não é evitar predadores”, diz ele. “É convidar predadores.,”

ele especula que pode haver algum comportamento fundamental baseado em matemática acontecendo-o tipo de coisa que os físicos chamam de “propriedade emergente”, na qual o todo é muito maior do que a soma de suas partes. Os estorninhos podem fazer o que fazem simplesmente porque a sua programação individual torna inevitáveis comportamentos complexos, como bandos., Birders, de todas as pessoas, deve entender que, uma vez que eles sabem como regras biológicas simples como um interesse humano básico em objetos brilhantes coloridos, em movimento pode levar a comportamentos imprevisíveis e aparentemente irracionais—como ir para Brownsville para detectar um warbler coroado de ouro.

“pode ser que estes tipos de comportamentos sejam como um subproduto matemático das regras que as aves seguem”, diz Heppner. “É totalmente possível que você tenha um comportamento imprevisível fora das regras previsíveis.”Talvez os estorninhos de Roma ainda esclareçam a tomada de decisões colectivas pelas pessoas.,

alguns cientistas afiliados com o projeto StarFLAG estão examinando como os eleitores afetam as escolhas um do outro, e se as decisões sobre onde localizar novas agências bancárias constituem um possível exemplo de comportamento de flocagem.tais aplicações práticas de compreensão de comportamentos de rebanho podem valer tanto para algumas pessoas quanto conhecer as intenções dos deuses. No entanto, eles são provavelmente menos valiosos do que um reconhecimento de como as pessoas já afetaram bandos., Os estorninhos não invernavam em Roma em números como nos anos anteriores, mas a mudança climática, combinada com outros fatores, tornou a cidade mais confortável para eles. Bandos de muitas aves marinhas estão a diminuir à medida que os seus habitats e alimentos são alterados. E é devido a nós, é claro, que ninguém pode mais desfrutar da visão de uma das maiores espécies de flocagem: o pombo passageiro.

os bandos de comportamento humano mais quintessencialmente revelam, no entanto, pode vir a ser a busca para compreendê-los e apreciá-los., As pessoas querem saber como o mundo em geral funciona, mas também querem simplesmente apreciá-lo. Os dunlins a piscar e os starlings a rodopiar como uma fumaça preta, continuarão a ser uma visão convincente, não importa o que os modelos de computador postulem. Pelo menos em parte, eles continuarão, como Richard Wilbur escreveu, “recusando-se a ser pego . . . nas redes e jaulas do meu pensamento.”

This story originally ran in the March-April 2009 issue as ” Flight Plan.”

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