Bird Science: Dlaczego zsynchronizowane szpaki lecą na przetrwanie

Oglądanie szpakowatych szmerów, gdy ptaki nurkują, nurkują i krążą po niebie, jest jedną z największych przyjemności mrocznego zimowego wieczoru. Od Neapolu po Newcastle te stada zwinnych ptaków robią ten sam niesamowity akrobatyczny pokaz, poruszając się w idealnej synchronizacji. Ale jak oni to robią? Dlaczego się nie psują? I o co chodzi?

W latach trzydziestych jeden z czołowych naukowców zasugerował, że ptaki muszą mieć moce psychiczne, aby działać razem w stadzie. Na szczęście współczesna nauka zaczyna znaleźć lepsze odpowiedzi.

Aby zrozumieć, co robią szpaki, zaczynamy w 1987 roku, kiedy pionierski informatyk Craig Reynolds stworzył symulację stada ptaków. Te „boids”, jak Reynolds nazwał stworzonymi przez siebie komputerami, stosowały tylko trzy proste zasady, aby stworzyć różne wzorce ruchu: pobliskie ptaki oddalały się dalej, ptaki dostosowywały swój kierunek i prędkość, a bardziej odległe ptaki zbliżały się.

Zobacz też: Swirling Starlings Generuj „Birdnado” w Apocalyptic Reddit Photo

Niektóre z tych wzorów zostały następnie wykorzystane do stworzenia realistycznie wyglądających grup zwierząt w filmach, począwszy od Powrót Batmana w 1992 r. i jego roje nietoperzy i „armii” pingwinów. Co najważniejsze, model ten nie wymagał żadnych wskazówek dalekiego zasięgu ani nadprzyrodzonych mocy - tylko interakcje lokalne. Model Reynoldsa dowiódł, że istnienie złożonego stada było rzeczywiście możliwe dzięki jednostkom przestrzegającym podstawowych zasad, a powstałe grupy z pewnością „wyglądały” jak te z natury.

Z tego punktu wyjścia wyłoniło się całe pole modelowania ruchu zwierząt. Dopasowanie tych modeli do rzeczywistości zostało spektakularnie osiągnięte w 2008 r. Przez grupę we Włoszech, która była w stanie sfilmować szpakujące szmery wokół dworca kolejowego w Rzymie, zrekonstruować ich pozycje w 3D i pokazać zasady, które były używane. Odkryli, że szpaki starają się dopasować kierunek i prędkość najbliższych siedmiu sąsiadów, zamiast reagować na ruchy wszystkich pobliskich ptaków wokół nich.

Kiedy obserwujemy, jak szemranie pulsuje falami i wiruje w szeregi kształtów, często wydaje się, że istnieją obszary, w których ptaki zwalniają i są gęsto upakowane lub gdzie przyspieszają i rozprzestrzeniają się szerzej. W rzeczywistości jest to głównie dzięki złudzeniu optycznemu stworzonemu przez stado 3D rzutowane na nasz widok 2D świata, a modele naukowe sugerują, że ptaki latają ze stałą prędkością.

Dzięki wysiłkom informatyków, fizyków teoretycznych i biologów behawioralnych wiemy teraz, jak powstają te szemrania. Następne pytanie brzmi: dlaczego w ogóle się zdarzają? Co spowodowało, że szpaki rozwinęły to zachowanie?

Jednym prostym wyjaśnieniem jest potrzeba ciepła w nocy w zimie: ptaki muszą gromadzić się w cieplejszych miejscach i gnieździć się w bliskim sąsiedztwie, aby pozostać przy życiu. Szpaki mogą zapakować się w miejsce noclegowe - trzciny, gęste żywopłoty, ludzkie struktury, takie jak rusztowania - w ponad 500 ptaków na metr sześcienny, czasami w stadach kilku milionów ptaków. Takie wysokie stężenie ptaków byłoby kuszącym celem dla drapieżników. Żaden ptak nie chce być tym, którego drapieżnik odbiera, więc bezpieczeństwo liczb jest nazwą gry, a wirujące masy tworzą efekt zamieszania, uniemożliwiając jednemu osobnikowi celowanie.

Jednakże szpaki często dojeżdżają do kryjówek z wielu dziesiątków kilometrów i spalają więcej energii na tych lotach, niż można by je zaoszczędzić, przebywając w nieco cieplejszych miejscach. Dlatego motywacja dla tych kolosalnych kryjówek musi być czymś więcej niż tylko temperaturą.

Zobacz także: Olbrzymi rój szpaków przyćmiewających niebo nad Rzymem

Bezpieczeństwo liczb może napędzać ten wzór, ale intrygujący pomysł sugeruje, że stada mogą się tworzyć, aby jednostki mogły dzielić się informacjami o żerowaniu. To „hipoteza centrum informacyjnego” sugeruje, że kiedy jedzenie jest niejednolite i trudne do znalezienia, najlepsze rozwiązanie długoterminowe wymaga wzajemnego dzielenia się informacjami wśród dużej liczby osób. Podobnie jak pszczoły miodne dzielą położenie plam kwiatowych, ptaki, które pewnego dnia znajdą pożywienie i dzielą się informacjami przez noc, będą korzystać z podobnych informacji następnego dnia. Chociaż większa liczba ptaków przyłącza się do kryjówek, gdy jedzenie jest najrzadsze, co wydaje się zapewniać pewne ograniczone poparcie dla tego pomysłu, jak dotąd okazało się niezwykle trudne, aby właściwie przetestować ogólną hipotezę.

Nasze rozumienie grup zwierząt w ruchu ogromnie wzrosło w ciągu ostatnich kilku dekad. Kolejnym wyzwaniem jest zrozumienie ewolucyjnych i adaptacyjnych presji, które stworzyły to zachowanie, i tego, co może oznaczać dla zachowania, gdy zmieniają się te naciski. Być może możemy dostosować nasze rozumienie i wykorzystać je do poprawy autonomicznej kontroli systemów robotycznych. Być może zachowanie zautomatyzowanych samochodów przyszłości w godzinach szczytu będzie oparte na szpakach i ich szemraniu.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation przez A. Jamie Wood i Colin Beale. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.