Наука про птахів: чому синхронізовані шпаки літають для свого виживання

Спостерігаючи за шумлячими зірками, як птахи плутаються, пірнають і проїжджають крізь небо, це одне з великих задоволень вечірнього темноти. Від Неаполя до Ньюкасла ці зграбні птахи роблять той самий неймовірний акробатичний дисплей, рухаючись у ідеальній синхроні. Але як вони це роблять? Чому вони не впали? І в чому сенс?

Ще в 1930-х роках один з провідних вчених припустив, що птахи повинні мати психічні сили, щоб діяти разом у зграї. На щастя, сучасна наука починає знаходити кращі відповіді.

Щоб зрозуміти, що роблять шпаки, ми починаємо ще в 1987 році, коли новаторський комп'ютерний вчений Крейг Рейнольдс створив імітацію зграї птахів. Ці «котлі», як називав Рейнольдс своїм комп'ютерним створінням, дотримувалися лише трьох простих правил, щоб створити свої різні моделі руху: птахи поблизу будуть рухатися далі, птахи будуть вирівнювати своє напрямок і швидкість, і більш віддалені птахи будуть наближатися.

Див. Також: Звиваючі зірочки генерують «Birdnado» в Апокаліптичному фото Reddit

Деякі з цих моделей були використані для створення реалістично виглядаючих груп тварин у фільмах, починаючи з Бетмен повертається в 1992 р. і його роїшники і «армія» пінгвінів. Важливо, що ця модель не вимагала будь-якого дальномірного керівництва, або надприродні сили - тільки локальних взаємодій. Модель Рейнольдса показала, що комплексне стадо дійсно можливе через індивідуумів, які дотримувалися основних правил, і отримані групи, безумовно, «виглядали», як у природі.

З цієї відправної точки виникло ціле поле моделювання руху тварин. Зіставлення цих моделей з реальністю було вдало досягнуто в 2008 році групою в Італії, яка мала змогу знімати шуми голодування навколо залізничної станції в Римі, реконструювати свої позиції в 3D і показувати правила, які використовувалися. Вони виявили, що шпаки прагнули підібрати напрямок і швидкість найближчих семи або близько того сусідів, замість того, щоб відповідати рухам усіх навколишніх птахів.

Коли ми дивимося, що хвилі пульсують, і закручується в масиви форм, вона часто виглядає так, ніби є області, де птахи повільно і стають густо упакованими або де вони прискорюються і поширюються ширше. Насправді, це багато в чому завдяки оптичній ілюзії, створеній 3D-зграєю, що проектується на наш 2D-вид світу, а наукові моделі свідчать про те, що птахи летять на постійній швидкості.

Завдяки зусиллям комп'ютерних вчених, фізиків-теоретиків і поведінкових біологів, тепер ми знаємо, як генеруються ці ремствування. Наступне питання: Чому вони взагалі відбуваються? Що викликало появу шпаків у цій поведінці?

Одним простим поясненням є необхідність теплоти вночі взимку: птахи повинні зібратися разом на теплих місцях і купатися в безпосередній близькості просто щоб залишитися в живих. Шпаки можуть упакувати себе на місце для відпочинку - очерету, густі огорожі, людські структури, такі як риштування - на більш ніж 500 птахів на кубічний метр, іноді в зграї кількох мільйонів птахів. Такі високі концентрації птахів були б привабливою мішенню для хижаків. Жодна пташка не хоче бути такою, яку відхиляє хижак, тому безпека в номерах - це назва гри, а закручені маси створюють ефект плутанини, що перешкоджає одиничній людині бути націленою.

Тим не менш, шпаки часто їздять до куточків від багатьох десятків кілометрів, і вони спалюють більше енергії на цих рейсах, ніж могли б бути врятовані, перебуваючи в незначно теплих місцях. Таким чином, мотивація цих колосальних куточків повинна бути більше, ніж тільки температура.

Див. Також: Величезний рояк шпаків затьмарив небо над Римом

Безпека в номерах може вести цю модель, але інтригуюча ідея наводить на думку, що зграї можуть формуватися, щоб люди могли обмінюватися інформацією про фураж. Це, «гіпотеза інформаційного центру», говорить про те, що коли їжа є нерівною і важко знайти, найкраще довгострокове рішення вимагає взаємного обміну інформацією між великою кількістю людей. Подібно до того, як медоносні бджоли розділяють розташування квіткових плям, птахи, які одержують їжу один день і діляться інформацією за ніч, отримають користь від подібної інформації ще один день. Хоча більша кількість птахів приєднується до сімей, коли їжа знаходиться на найменшому місці, що, здається, надає деяку обмежену підтримку ідеї, дотепер виявилося надзвичайно важко належним чином перевірити загальну гіпотезу.

Наше розуміння рухомих груп тварин значно розширилося за останні кілька десятиліть. Наступний виклик полягає в тому, щоб зрозуміти еволюційний та адаптивний тиск, який створив таку поведінку, і що він може означати для збереження, коли ці тиски змінюються. Можливо, ми можемо адаптувати наше розуміння і використовувати його для поліпшення автономного управління робототехнічними системами. Можливо, пік-годинникова поведінка автоматизованих автомобілів майбутнього буде заснована на шпаках, і їхніх шумах.

Ця стаття спочатку була опублікована на бесіді А. Джеймі Вуд і Колін Біл. Читайте оригінальну статтю тут.