Европейский скворец по отдельности немного больше, чем обыкновенный дрозд. Вот и все. Скворцы короткие и толстые, с темными перьями и длинными заостренными клювами. Вы видели их. Они практически повсюду, только в Северной Америке их более 200 миллионов, они поют свои веселые песенки и становятся для многих садоводов и фермеров, занятых полный рабочий день, немного надоедливыми.
В совокупности скворцы превращаются во что-то совершенно другое. Вместе, в полете, в завораживающих стаях, иногда исчисляемых сотнями тысяч, они представляют собой захватывающее дух чудо, пульсирующее, парящее, живое, гармоничное целое, казалось бы, бросающее вызов законам природы, но определяющее саму природу.
Наблюдать за бормотанием скворцов в воздухе - так называется стайное поведение, мурмурирование - значит воочию испытать силу и тайну мира природы.
«Я думаю, что основное чувство - это чувство благоговения», - говорит Марио Пезендорфер, научный сотрудник Института экологии леса Венского университета природных ресурсов и наук о жизни. «Пространственный масштаб чего-то, что движется очень быстро - на что мы совершенно неспособны, - и визуальные паттерны, возникающие, когда множество людей делают одно и то же, действительно завораживают нас».
Для таких ученых, как Пезендорфер, бормотание делает нечто большее. Они вызывают любопытство. И они побуждают таких ученых, как Пезендорфер, выяснять, как роящиеся животные, такие как птицы, пчелы и рыбы, могут улучшить нашу жизнь.
Секреты Мурмурации
В 1930-х годах знаменитый орнитолог Эдмунд Селус предположил, что птицы, шепчущие шепотом, используют своего рода телепатию для передачи своих летных намерений.«Они должны думать коллективно, одновременно вспышкой столь многих мозгов», - писал он в своей книге «Перенос мыслей (или что?) у птиц».
Шли годы, и мы поняли, что это не совсем так. В 1950-х годах ученые, изучающие насекомых, рыб и другое коллективное поведение животных, установили, что групповое движение - это скорее поразительно быстрая реакция на других в стае (или стае, или стае), а не некая врожденная способность читать мысли или команда. от лидера группы.
Это «быстрая передача локальной поведенческой реакции соседям», которая обеспечивает такую поразительную синхронность, как написали авторы статьи 2015 года, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
" Есть два способа, которыми вы можете вызвать поведение большой группы. Вы можете иметь контроль сверху вниз, когда у вас есть какое-то лидерство, или какой-то механизм сверху вниз. Представьте себе рок-шоу, вы рок-звезда впереди, и он начинает хлопать в ладоши, и весь стадион начинает аплодировать», - говорит Пезендорфер.«Но эти бормотания на самом деле самоорганизуются, а это означает, что маленькие поведенческие правила индивидуума заставляют его масштабироваться до большой группы. Чтобы понять это поведение, мы должны пойти от локального масштаба - что делает индивидуум, каковы правила, которым следует индивидуум? - в глобальном масштабе; каков результат?"
В 2013 году инженер-механик и аэрокосмический инженер и ее команда из Принстона сотрудничали с физиками в Италии для изучения бормотания. «Очевидно, что в стае из 1200 птиц не каждая птица сможет уследить за другими 1199 птицами, - сказала тогда Наоми Леонард, инженер из Принстона, - поэтому важным вопросом является: Кто за кем следит?'"
Итальянские физики использовали более 400 фотографий из нескольких видеороликов, чтобы выяснить положение и скорость слетающихся птиц. Исходя из этого, они построили математическую модель, которая определила оптимальное количество товарищей по стае для отслеживания каждой птицы.
Оказывается, магическое число семь: каждая птица следит за семью ближайшими соседями и игнорирует все остальное. Учитывая, что все эти маленькие группы из семи человек касаются других людей и групп из семи человек, повороты быстро распространяются. И от этого движется целый ропот. Выводы ученых были опубликованы в журнале PLOS Computational Biology в январе 2013 года.
Три вещи под контролем
Хотя это выглядит скоординированным в большом масштабе, отдельные птицы озабочены только тремя аспектами своего полета и полетом тех, кто их окружает. Эти факторы были описаны несколькими способами, но все они очень похожи. Они от Пезендорфера:
- Зона притяжения: "Что означает, что в этой области ты будешь двигаться к следующему парню."
- Зона отталкивания: "Значит, ты не залетаешь на его линию, иначе вы оба упадете."
- Угловое выравнивание: «Значит, вам нужно как бы следовать в его [соседского] направлении».
«В зависимости от того, как вы измените эти три параметра, - говорит Пезендорфер, - вы можете получить все: от бочкообразных бейсбольных мячей, которые вы получаете в океанской рыбе, до разрозненных роев насекомых и высокоорганизованных рыб. рои и бормотание. Все в этих трех маленьких параметрах."
Ученые считают, что эти птицы собираются в первую очередь для того, чтобы сбить с толку и отпугнуть хищников своей численностью, шумом, который производит такая стая, и, конечно же, ее движением. Некоторое общение между птицами может происходить и в бормотании - скажем, указание на хорошие источники пищи - в то время как некоторые исследователи полагают, что простое согревание может быть еще одной причиной бормотания
Что может быть самым ошеломляющим для простых смертных, так это то, что эти птицы реагируют так быстро и делают это в такой синхронизации; если не сразу, то в паре взмахов птичьего крыла. Они двигаются почти как единое целое, что-то вроде стоп-шага (или, так сказать, стоп-лоска).
Как?
«У птиц гораздо более высокое временное разрешение, чем у нас», - говорит Пезендорфер, имея в виду, что птицы воспринимают определенную информацию вокруг себя и обрабатывают ее гораздо быстрее, чем люди. «Они видят намного быстрее, чем мы».
Используя то, чему мы научились у скворцов
В далеком 1986 году Крейг Рейнольдс, ученый-компьютерщик, получивший образование в Массачусетском технологическом институте, построил компьютерные модели стаи птиц и стаи рыб в чем-то, что он назвал «Boids». Эти программы послужили основой для реалистичной анимации в кино, первоначально (и особенно) стаи летучих мышей в фильме Тима Бертона 1992 года «Бэтмен возвращается».
В приложениях к реальной жизни способность понимать поведенческие движения больших групп скворцов (или летучих мышей, пчел или кого-то еще) и программировать стаи роботов для выполнения подобных движений имеет удивительные возможности.«Мы пытаемся черпать вдохновение из биологии, - сказал Джордж Янг, ведущий автор статьи, подготовленной группой Леонарда, в Принстонском университете еще в 2013 году, - чтобы понять, какие показатели производительности группы животных могут помочь нам решить, какие показатели мы следует использовать при разработке адаптивного поведения для роботов."
Пример: обсерватория Лас-Кумбрес имеет 22 роботизированных телескопа на семи площадках по всему миру, которые координируют свои действия друг с другом, чтобы функционировать как один большой телескоп. С сайта LCO:
Это называется астрономией во временной области, что означает, что мы можем постоянно наблюдать за изменениями явлений в пространстве. Когда мы видим общую картину, как она разворачивается, мы можем узнать больше, узнать ее быстрее и значительно улучшить наше понимание сил, которые управляют вселенной.
Другой пример: развивающаяся область роевой робототехники использует информацию, полученную в результате изучения скворцов, которая, по мнению Института Висса в Гарварде, может «открыть новые подходы к поисково-спасательным миссиям, строительным работам, восстановлению окружающей среды и медицинские приложения."
Робототехника Swarm также может найти применение в военных целях, например, эти микродроны, выпускаемые из истребителей. Рой беспилотных автомобилей, работающих вместе, может помочь уменьшить или устранить пробки. Возможности - борьба с раком? - ошеломляют.
Все благодаря наблюдению, изучению, обучению и построению на чудесной стае этой простой птицы.
«Как люди, у которых очень сложные процессы принятия решений, мы не привыкли смотреть на простые процессы принятия решений, которые масштабируются до того, что выглядит как сложное поведение», - говорит Пезендорфер. «Эти модели помогают нам понять эти типы паттернов».
Интересно
Вся популяция североамериканских скворцов - опять же, может быть, до 200 миллионов - происходит от группы из 100 особей, привезенных в США в начале 1890-х годов и выпущенных на свободу в Центральном парке Нью-Йорка. Люди, которые привезли их, были поклонниками Шекспира, которые хотели, чтобы Америка была населена всеми птицами, о которых когда-либо упоминал бард. Из «Генриха IV, часть I»: «Но я найду его, когда он будет спать, / И я ему на ухо кричу: «Мортимер!» / Нет, / Я научу скворца говорить / Ничего. но «Мортимер», и дай ему / Чтобы его гнев все еще двигался ».
Часто задаваемые вопросы о мурмурации
Что такое мурмурация?
Мормурация - это стайное поведение скворцов группами из сотен или даже тысяч особей.
Когда я смогу увидеть бормотание скворцов?
Курчание скворцов происходит в основном в зимний период, где-то между октябрем и мартом. Однако пик сезона приходится на период с декабря по январь.
Какова цель бормотания?
Некоторые ученые считают, что бормотание полезно для защиты птиц от хищников, сбивая с толку хищников одной лишь численностью. Другие думают, что это способ для птиц согреться.