Vetenskapen bakom en av naturens största displayer

Vetenskapen bakom en av naturens största displayer
Menno Schaefer / shutterstock

Att titta på starlingmumbleringar som fåglarna dyker upp, dyker och rullar genom himlen är en av de stora nöjen på en skum vinteravdelning. Från Neapel till Newcastle har dessa fläckar av smidiga fåglar alla samma otroliga akrobatiska visningar, som går i perfekt synkronisering. Men hur gör de det? Varför kraschar de inte? Och vad är poängen?

Tillbaka i 1930s föreslog en ledande forskare att fåglar måste ha psykiska krafter att fungera tillsammans i en flock. Lyckligtvis börjar den moderna vetenskapen hitta några bättre svar.

För att förstå vad stjärnorna gör, börjar vi tillbaka i 1987 när den banbrytande datavetenskaparen Craig Reynolds skapade en simulering av en flock fåglar. Dessa "boids", som Reynolds kallade sina datorgenererade varelser, följde bara tre enkla regler för att skapa sina olika rörelsesmönster: närliggande fåglar skulle röra sig längre ifrån varandra, fåglar skulle anpassa sin riktning och hastighet och mer avlägsna fåglar skulle röra sig närmare.

Några av dessa mönster användes sedan för att skapa realistiska utseende djurgrupper i filmer, som börjar med Batman Returns i 1992 och dess svärmar av fladdermöss och "armé" av pingviner. Avgörande för denna modell krävde inte någon långdistansvägledning eller övernaturliga krafter - endast lokala interaktioner. Reynolds modell visade att en komplex flock verkligen var möjlig genom individer som följde grundläggande regler, och de resulterande grupperna "verkligen" såg ut som de i naturen.

Från denna utgångspunkt uppstod ett helt fält av djurrörelsesmodellering. Matchning av dessa modeller till verklighet uppnåddes spektakulärt i 2008 av en grupp i Italien som kunde filma starlingmuskler runt järnvägsstationen i Rom, rekonstruera sina positioner i 3D och visa reglerna som användes. Vad de hittade var att starlings försökte matcha riktningen och hastigheten hos närmaste sju eller så grannar, snarare än att svara på rörelserna hos alla närliggande fåglar runt dem.

När vi tittar på en murmur som pulsar i vågor och virvlar runt i form av olika former, verkar det ofta som om det finns områden där fåglarna är långsamma och blir tjocka inpackningar, eller där de snabbare upp och sprider sig bredare. Faktum är detta till stor del tack vare en optisk illusion skapad av 3D-flocken som projiceras på vår 2D-vy över världen och vetenskaplig modeller föreslår att fåglarna flyger i stadig hastighet.

Tack vare ansträngningarna från datavetenskapare, teoretiska fysiker och beteendebiologer vet vi nu hur dessa murmurationer genereras. Nästa fråga är varför händer de överhuvudtaget - vad orsakade starlings att utveckla detta beteende?

En enkel förklaring är behovet av värme på natten under vintern: fåglarna behöver samlas på varmare platser och rostas i närheten, bara för att hålla sig vid liv. Stjärnor kan packa sig in i en roosting-plats - reed sängar, täta häckar, mänskliga strukturer som byggnadsställningar - vid mer än 500 fåglar per kubikmeter, ibland i flockar av flera miljoner fåglar. Sådana höga koncentrationer av fåglar skulle vara ett frestande mål för rovdjur. Ingen fågel vill vara den som en rovdjur plockar ut, så säkerhet i antal är namnet på spelet och svirlande massor skapar en förvirrande effekt som förhindrar att en enskild individ är riktade.

Vetenskapen bakom en av naturens största displayer
Starlings är inte psykiska - de är bara bra att följa reglerna.
Fotografi av Adri / shutterstock

Stjärnor pendlar dock ofta till torn från många tiotals kilometer bort, och de bränner upp mer energi på dessa flyg än vad som skulle kunna räddas genom att stanna på marginalt varmare ställen. Därför måste motivationen för dessa kolossala roosts vara mer än temperaturen ensam.

Säkerhet i antal kan driva mönstret, men en spännande idé tyder på att flockar kan bildas så att individer kan dela information om foder. Detta, "informationscenterhypotesen", Föreslår att när mat är fläckigt och svårt att hitta den bästa långsiktiga lösningen krävs ömsesidig delning av information bland ett stort antal individer. Precis som honungsbi delar platsen för blommorna, kommer fåglar som hittar mat en dag och delar information över en natt att dra nytta av liknande information en annan dag. Även om ett större antal fåglar går med roosts när maten är i skarpaste, som tycks ge lite begränsat stöd till idén, har det hittills visat sig vara extremt svårt att korrekt testa den övergripande hypotesen.

Vår förståelse för rörliga djurgrupper har ökat enormt under de senaste decennierna. Nästa utmaning är att förstå det evolutionära och adaptiva trycket som har skapat detta beteende, och vad det kan innebära för bevarande då dessa förändringar förändras. Eventuellt kan vi anpassa vår förståelse och använda den för att förbättra den autonoma kontrollen över robotsystem. Kanske kommer framtidens automatiska bilar att rusa beträffande framtidens beteende baseras på starlings och deras murmurningar.Avlyssningen

Om Författarna

A. Jamie Wood, universitetslektor, institutioner för biologi och matematik, University of York och Colin Beale, universitetslektor i ekologi, University of York

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

{amazonWS: searchindex = Böcker; nyckelord = naturens mysterier; maxresultat = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

följ InnerSelf på

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Få det senaste via e-post

{Emailcloak = off}