hur en Flock fåglar kan flyga och röra sig tillsammans

en mörk flock dunlins springer rakt över en kärr—tills en merlin visas och de alla veer samtidigt, blinkande deras ljusa vita underdelar och omarrangera sin grupp till en timglas form med chockerande snabbhet., Ett avlägset murmuration av starar—och ja, det är verkligen den underbara termen för en grupp av dessa ofta maligned fåglar-10 000 eller mer, rullar ”som ett berusat fingeravtryck över himlen”, som poeten Richard Wilbur skrev och smudade skymningshorisonten med snabbheten hos en pulserande maneter.

sedan urtida tider har människor tittat på massor av fåglar som rör sig som en och undrat hur de gör det. De gamla romarna hade sin förklaring: gudar, trodde de, antydde sina avsikter på hur fåglar flög., Forskare i början av 1900-talet, kanske nästan lika trovärdiga, groped för sådana mystiska och till och med mystiska begrepp som ”naturlig telepati” eller en ”grupp själ.””Det är transfuserad tanke, tankeöverföring-kollektivt tänkande praktiskt taget. Vad mer kan det vara?”mused en brittisk naturalist, ganska tydligt, 1931.

se denna artikel medföljande fotogalleri

många fåglar flockas, naturligtvis., Men bara en relativ handfull flyger verkligen tillsammans och skapar vad University of Rhode Island biolog Frank Heppner, på 1970-talet, föreslog att kalla ”flygflockar”: nämligen högorganiserade linjer eller kluster. Pelikaner, gäss och andra sjöfåglar bildar linjer och Vs, förmodligen för att dra nytta av aerodynamiska faktorer som sparar energi. Men de mest imponerande flockarna är utan tvekan de som bildar stora, oregelbundet formade massor, som starar, shorebirds och blackbirds., De flyger ofta i hastigheter på 40 miles eller mer per timme, och i en tät grupp kan utrymmet mellan dem bara vara lite mer än deras kroppslängd. Ändå kan de göra förvånansvärt skarpa svängar som visas, till blotta ögat, att genomföras helt i samklang. Tänk dig att göra unrehearsed undvikande manövrar i samförstånd med alla andra snabba förare runt omkring dig på en motorväg, och du får en uppfattning om svårigheten inblandade.

inte undra på att observatörer har lämnats famlande för en förklaring., När Heppner, nu halvpensionerad, började studera duvflockar för mer än 30 år sedan, föreslog han att de kommunicerar genom någon form av neurologiskt baserad ”biologisk radio.”

” det faktum att vi inte hooted ut ur staden är en indikation på hur desperat vi skulle förklara det här”, säger han nu.

idag har tekniska innovationer, från höghastighetsfotografering till datorsimuleringar, gjort det möjligt för biologer att visa och analysera fågelflockar som aldrig tidigare. Så har en ny våg av intresse från andra forskare, inklusive matematiker, fysiker, även ekonomer., Som ett resultat är forskare närmare än någonsin att verkligen komma in i flockens sinne.

”det finns mycket vi inte vet nu”, säger Heppner, ” men jag tror att vi faktiskt kommer att veta hur och varför fåglar flyger i organiserade grupper inom fem år.”

på en nivå har det länge varit uppenbart vad som händer när djur synkroniserar sina rörelser—vare sig de ankor, GNU, sill eller sociala insekter. Fler ögon och öron innebär ökade möjligheter att hitta mat och förbättrade chanser att upptäcka en rovdjur i tid.,

det är när en predator utfall, dock, att vara i en folkmassa verkligen lönar sig. Många studier har visat att individer som reser i grupper nästan alltid är mer sårbara när de avviker av sig själva. Det beror inte i någon liten del på de förvirrande saker som en montering kan göra. Genom att vrida snabbt eller helt enkelt luta lite på sin axel kan dunlins flytta utseendet på sin fjäderdräkt från mörkt (deras övre delar) till ljus (deras underdelar), vilket skapar en snabb blinkande effekt som kan skrämma eller förvirra rovdjur., Studier har visat att Merlins jakt shorebirds är i själva verket mest framgångsrika när de bedriver individer. Falcons går efter tätt packade massor av dunlins och andra shorebirds, men dessa jakter kommer sannolikt att lyckas när attacken orsakar en solo fågel att avvika. Säkerhet i antal, med andra ord: fåglar som håller ihop tenderar att överleva tillsammans.

”att vara singel är alltid mer riskabelt”, säger Claudio Carere, en italiensk ornitolog som är involverad i en samarbetsstudie av flocking starlings i Rom.,

den brittiska evolutionsbiologen William Hamilton, 1971, myntade termen ”självisk besättning” för att beskriva detta fenomen. Varje medlem av en flock, skrev han, agerar av enkelt självintresse. När en rovdjur närmar sig en flock, flyttar alla individer i gruppen mot den säkraste platsen—nämligen mitten av gruppen—för att minska chanserna att fångas. Observationer av unga shorebirds har antytt att det kan ta ett tag att få kläm på detta, eftersom de lär sig att bilda sammanhängande församlingar endast över tiden., Som de gör, dikterar naturligt urval att fåglarna minst kunna hänga med gruppen är mest sannolikt att fångas av rovdjur.

egenintresse i sig kan förklara många av de observerade dynamiken i flockrörelse, såsom densitet. Men det kan inte förklara hur fåglarna får den information de behöver för att flytta i synkront och undvika ett rovdjur. Det finns inte en chans att alla medlemmar i gruppen kan se en snabbflygande Falk samtidigt. Hur kan de då veta vilken riktning de ska gå in för att undvika det?

en ledtråd kom från studier av fisk., Många skolarter manövrerar lika intrikat som de mest sammanhängande fågelflockarna—och de är mycket lättare att studera, eftersom de kan ses och fotograferas ovanifrån i öppna tankar. På 1960-talet testade en rysk biolog, Dmitrii Radakov, skolor och fann att de framgångsrikt kan undvika rovdjur, som helhet, om varje fisk helt enkelt samordnar sina rörelser med sina grannar. Även om bara en handfull individer vet var en rovdjur kommer ifrån, skrev han, de kan styra en stor skola genom att initiera en tur som deras grannar efterliknar – och deras grannars grannar, och så vidare., Till skillnad från linjära flockar av gäss, som har en tydlig ledare, är kluster Demokratiska. De fungerar från gräsrots; varje medlem kan initiera en rörelse som andra kommer att följa.

raffinering av radakovs teori var tvungen att vänta till 1980-talet, när datorprogrammerare började skapa modeller som visar hur simulerade djurgrupper kan reagera på individernas rörelser inom dem. Det visar sig att endast tre enkla regler räcker för att bilda tätt sammanhängande grupper., Varje djur måste undvika att kollidera med sina närmaste grannar, att generellt lockas till andra i sitt slag och att röra sig i samma riktning som resten av gruppen. Anslut dessa tre egenskaper till en datormodell, och du kan skapa ”virtuella svärmar” av alla slags varelser du gillar. De ändrar densitet, ändrar sin form och slår på en dime—precis som verkliga fåglar gör. Skaparna av filmer, från Lejonkungen att hitta Nemo, har använt liknande programvara för att skildra realistiska utseende rörelser i stora grupper-oavsett Stamping GNU eller drivande maneter.,

den verkliga världen körs dock inte som programvara. Ett problem med grundmodellen är att det inte tillräckligt förklarar hur fågelflockar kan reagera så snabbt som de gör. Det är något Wayne Potts insåg som doktorand i slutet av 1970-talet. nu en biolog vid University of Utah, Potts slutade studera dunlins på Puget Sound. Genom att göra filmer av sina flockar och analysera, ram för RAM, hur varje enskild fågel flyttade, han kunde visa att en tur krusningar genom en flock precis som en cheerleading våg passerar genom sportfantaster på en stadion., Han förklarade upptäckten med namnet på hans teori: ”chorus line-hypotesen.”En enskild dansare som väntar på att hennes närmaste granne ska flytta innan hon påbörjar sin spark kommer att vara för långsam; på samma sätt tittar en dunlin på ett antal fåglar runt den, inte bara sina närmaste grannar, för signaler. Detta fynd sätta att vila den gamla telepati idén.

”vågen förökade sig genom flocken minst tre gånger snabbare än vad som kunde förklaras om de bara tittade på sina närmaste grannar”, säger Potts. ”Men det var förmodligen inget extrasensory på gång.,”

varje år flockar av tusentals starar vinter på stora tuppar i Rom. Smetar den dämpande himlen varje eftermiddag, strax före skymningen, flyger de in från landsbygden olivlundar där de matar—trofasta pendlare i omvänd, som Rachel Carson en gång skrev om fåglarnas förutsägbara vanor. Tusentals samlas och bildar täta sfärer, ellipser, kolumner och böljande linjer, som i följd ändrar formen på sina flockar inom ögonblick. De exasperate många invånare, som tröttnar på spillningarna de lämnar efter sig. Andra älskar sina utarbetade skärmar.,

”när de närmar sig tupparna attackeras stararna regelbundet av falkar och visar fantastiska flockbeteenden”, säger Carere. ”De kompakta och dekompaktera, dela och slå samman, bilda ”terrorvågor ”” – pulser som rör sig bort från en annalkande Falk i en delad sekund. ”Det här är något som är fantastiskt, som Indiska röksignaler.”

i kustnära våtmarker i sydvästra Danmark, där vissa starling flockar på våren kan numrera mer än en miljon, lokalbefolkningen benämna deras sena eftermiddagen visar ”black sun” eftersom de bokstavligen mörknar himlen., Men starar i Rom är särskilt bekvämt att studera eftersom en av deras främsta tuppar är i en park mellan stadens central järnvägsstation och en av grenarna i det romerska Nationalmuseet.

forskare från ett samarbete, paneuropeiskt projekt som heter StarFLAG loggade mycket timmar på taket av museets historiska Palazzo Massimo i två senaste vintrar, som siktar ett par inriktade kameror på flockar av tusentals starar som utför aerobatic-skärmar., Vissa forskare hade tidigare använt stereoskopisk fotografering med hög hastighet för att analysera hela strukturen, men de kunde bara göra det med relativt små grupper. När en flock översteg 20 till 30 fåglar blev dess struktur omöjlig att reta ifrån varandra. ”Du måste säga vem som är vem i bilderna från de olika kamerorna, som ser väldigt annorlunda ut än varandra”, säger Andrea Cavagna, en italiensk fysiker som arbetar med StarFLAG. ”Detta är mycket svårt att göra med ögat, och helt omöjligt för tusen fåglar.,”

genom att använda programvara som lånas från statistisk mekanik, vilket förklarar materialets egenskaper genom att undersöka deras molekylära struktur, har Cavagna och andra fysiker nu kunnat matcha upp till 2.600 starar i olika fotografier med varandra. Det gör det möjligt för dem att kartlägga flockens tredimensionella struktur mycket mer exakt än vad som någonsin varit möjligt tidigare., På skärmen kan de ta vad som verkar för det mänskliga ögat som en fast, rundad massa av fåglar och lära sig om det faktiskt är en boll eller snarare någon annan mer komplicerad form, som en pannkaka, en kolumn eller en öppen kopp. De kan se det från vilken vinkel som helst och se det ändra form vid 10 bilder per sekund.

resultatet har varit en infusion av kvantifierbar observation i ett fält långt utbredd med spekulation. Genom att zooma in på de tredimensionella rekonstruktioner, forskarna kan börja förstå de rumsliga relationer enskilda starar inom det har med varandra., De har funnit att men tät en flock visas från utsidan, dess medlemmar är inte jämnt fördelade som punkter på ett rutnät. Snarare har varje medlem en hel del utrymme bakom och framför. Liksom förare på en motorväg verkar starar inte tänka på att ha grannar i närheten på deras sidor-eller över och under, för den delen-så länge de har öppet utrymme framåt.

det är vettigt, eftersom närvaron av en tydlig väg i färdriktningen minimerar sannolikheten för kollisioner om fåglarna behöver flytta sin kurs plötsligt, vilket är troligt när en falk attacker., Men vad som verkligen är tjusigt med denna rumsliga asymmetri är att forskarna har kunnat använda den för att beräkna antalet grannar som varje starling uppmärksammar – en kvantifierad utarbetande av Potts ’ s chorus line idé. Genom att titta på korrelationer mellan rörelserna hos närliggande starar kan de visa att varje fågel alltid uppmärksammar samma antal grannar, oavsett om de är närmare eller längre bort.

hur många grannar är det?, Sex eller sju, säger Cavagna, som påpekar att starar i flockar nästan alltid kan se många fler närliggande fåglar – men antalet kan vara nära knutet till fåglarnas kognitiva förmåga. Laboratorietester har visat att duvor lätt kan diskriminera mellan upp till sex olika föremål, men inte mer. Det verkar räcka. Med fokus på mer än en eller två grannar kan en starling manövrera snabbt när det behövs., Men genom att begränsa till sex eller sju antalet grannar det uppmärksammar, det kan undvika att belamra sin hjärna med mindre tillförlitlig, eller helt enkelt överväldigande, information från fåglar längre bort.

om att titta på dessa grannar är allt de gör, men är ännu inte känt. Flera StarFLAG-medarbetare vid University of Groningen, i Nederländerna, har använt dessa noggrant bevakade flockar för att kalibrera datorsimuleringar mer sofistikerade än några andra som tidigare användes för att analysera flockbeteende., De försöker förfina de modeller som skapats av fysikerna för att mer exakt återspegla de verkliga förhållandena starlings ansikte, såsom gravitation och turbulent luft. Forskarna försöker också förstå hur starar under flygning kommunicerar; även om alla är överens om att de använder syn för att navigera i nära håll, kanske det inte är allt de använder.

”Jag tror att det är akustiskt och visuellt”, säger Carere, ” men det exakta sättet det fungerar ingen vet.”Han föreslår att en starling även kan använda den taktila känslan av onrushing luft från nära grannar för att hjälpa till att styra sin riktning., Uppenbarligen finns det mycket kvar att lära av dessa mest vardagliga fåglar.

Frank Heppner är övertygad om att forskare snart kommer att kunna förklara många sådana mysterier, även om han fortsätter att ifrågasätta några av de mest grundläggande antagandena om flockbeteende. Han undrar till exempel varför de romerska stararna så spektakulärt manövrerar över sina roosting-platser i många minuter innan de slår sig ner. Om de verkligen ville undvika Falkar, frågar han, skulle de inte försvinna in i träden snabbare? ”Vad de gör är inte rovdjur undvikande”, säger han. ”Det bjuder rovdjur.,”

han spekulerar på att det kan finnas ett grundläggande matematikbaserat beteende som pågår—den typ av sak som fysiker kallar en ”framväxande egenskap”, där hela är mycket större än summan av dess delar. Starar kan göra vad de gör bara för att deras individuella programmering gör komplexa beteenden, som flockar, oundvikliga., Birders, av alla människor, borde förstå det, eftersom de vet hur enkla biologiska regler som ett grundläggande mänskligt intresse för färgglada, rörliga föremål kan leda till oförutsägbara och uppenbarligen irrationella beteenden—som att kasta till Brownsville för att upptäcka en guldkronad warbler.

”det kan vara så att dessa typer av beteenden är som en matematisk biprodukt av de regler som fåglarna följer”, säger Heppner. ”Det är helt möjligt att du får oförutsägbart beteende av förutsägbara regler.”Kanske Rom’ s starar kommer ännu att kasta lite ljus över kollektivt beslutsfattande av människor.,

vissa forskare som är anslutna till StarFLAG-projektet undersöker hur väljarna påverkar varandras val och huruvida beslut om var de ska hitta nya bankkontor utgör ett möjligt exempel på flockbeteende.

sådana praktiska tillämpningar av att förstå flockbeteenden kan vara värda lika mycket för vissa människor som att känna till gudarnas avsikter. Ändå är de förmodligen mindre värdefulla än en bekräftelse på hur människor redan har påverkat flockar., Starar vinter inte i Rom i sådana siffror i år tidigare, men klimatförändringen, i kombination med andra faktorer, har gjort staden mer bekväm för dem. Flockar av många shorebirds minskar när deras livsmiljöer och livsmedel förändras. Och det beror naturligtvis på oss att ingen längre kan njuta av synen på en av de största flockarterna: passagerarduvan.

de mest quintessentially mänskliga beteende flockar avslöjar, men kan visa sig vara strävan att både förstå och njuta av dem., Människor vill veta hur världen i stort fungerar, men de vill också helt enkelt uppskatta det. De blinkande dunlins, och de starar som virvlar som swift black smoke, kommer att förbli en övertygande syn oavsett vad datormodellerna postulerar. Åtminstone delvis fortsätter de, som Richard Wilbur skrev, ” vägrar att bli fångad . . . i näten och burarna i min tanke.”

den här historien sprang ursprungligen i mars-April 2009-utgåvan som ” färdplan.”

Leave a Comment