По отдельности европейский скворец - это не что иное, как обыкновенный дрозд. Вот и все. Скворцы короткие и толстые, с темными перьями и длинными заостренными клювами. Вы их видели. Они практически повсюду, более 200 миллионов человек только в Северной Америке поют свои веселые песенки и становятся для многих садоводов и фермеров, работающих полный рабочий день, немного вредными для здоровья.
Однако в совокупности скворцы превращаются в нечто совершенно иное. Вместе, в полете, в завораживающих стаях, которые иногда исчисляются сотнями тысяч , они представляют собой захватывающее дух чудо, пульсирующее, летящее, живое, гармоничное целое, по-видимому, игнорирующее законы природы, но определяющее саму природу.
Наблюдать за бормотанием скворцов в воздухе - так называется стайное поведение, бормотание - значит воочию ощутить силу и тайну мира природы.
«Я думаю, что основное чувство - это чувство благоговения», - говорит Марио Песендорфер , научный сотрудник Института экологии лесов Университета природных ресурсов и наук о жизни в Вене. «Пространственный масштаб чего-то, что движется очень быстро - что мы совершенно не в состоянии сделать - и визуальные паттерны, которые возникают, когда множество людей делают то же самое ... действительно завораживают».
Для таких ученых, как Пезендорфер, бормотание делает нечто большее. Они пробуждают любопытство. И они побуждают таких ученых, как Пезендорфер, выяснить, как роящиеся животные, такие как птицы, пчелы и рыбы, могут улучшить нашу жизнь.
Секреты ропота
В 1930-х годах знаменитый орнитолог Эдмунд Селус предположил, что птицы, движущиеся в бормотании, использовали своего рода телепатию для передачи своих намерений полета. «Они должны думать коллективно, все одновременно ... вспышка из стольких мозгов», - писал он в своей книге « Перенос мыслей (или что?) В« Птицах »».
Шли годы, и мы обнаружили, что это не совсем так. В 1950-х годах ученые, изучающие насекомых, рыб и другое коллективное поведение животных, постулировали, что групповое движение - это скорее потрясающе быстрый ответ другим в стае (или школе, или стае), чем некоторая врожденная способность чтения мыслей или команда. от лидера группы.
Именно « быстрая передача местной поведенческой реакции соседям » обеспечивает такую поразительную синхронность, как писали авторы статьи 2015 года, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Есть два способа, которыми вы можете вызвать поведение большой группы. У вас может быть контроль сверху вниз, где у вас есть какое-то лидерство, или какой-то механизм сверху вниз. Подумайте о рок-шоу, в котором есть рок-звезда. - говорит Пезендорфер, - и он начинает хлопать в ладоши, и весь стадион начинает хлопать в ладоши. «Но эти шепотки на самом деле являются самоорганизованными, а это означает, что именно маленькие правила поведения индивида позволяют масштабировать его до большой группы. Чтобы понять это поведение, мы должны исходить из локального масштаба - что делает индивид, каковы правила, которым следует человек? - 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 шумов. «Ясно, что в стае из 1200 птиц не каждая птица сможет отследить других 1199 птиц, - сказала тогда Наоми Леонард , инженер из Принстона, - поэтому важный вопрос: кто отслеживает из которых?'"
Итальянские физики использовали более 400 фотографий из нескольких видеороликов, чтобы выяснить положение и скорость птиц, когда они стекаются. На основе этого они построили математическую модель, которая определила оптимальное количество товарищей по стае, которое должна отслеживать каждая птица.
Оказывается, магическое число - семь: каждая птица следит за своими семью ближайшими соседями и игнорирует все остальное. Учитывая, что все эти маленькие группы из семи человек соприкасаются с другими людьми, а группы из семи человек, извилины и 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 больших масштабах, отдельные птицы озабочены только тремя аспектами своего полета и полетом тех, кто их окружает. Эти факторы описаны по-разному, но все они очень похожи. Они от Пезендорфера:
- Зона притяжения : «Это означает, что в этой области вы собираетесь двигаться к следующему парню».
- Зона отталкивания : «Это означает, что вы не летите на его полосу, иначе вы оба упадете».
- Угловое выравнивание : «Значит, вы должны как бы следовать его [птичьему соседу] направлению».
«В зависимости от того, как вы изменяете эти три параметра, - говорит Пезендорфер, - вы можете получить все, от тех бочкообразных бейсбольных мячей, которые вы получаете с океанской рыбой , до рыхлых стаей насекомых, до высокоорганизованных стаей рыб и бормотания». в этих трех маленьких параметрах ".
Ученые считают, что эти птицы стекаются в первую очередь для того, чтобы запутать и отпугнуть хищников своей численностью, шумом, который издает такая стая, и, конечно же, ее движением. Некоторое общение между птицами также может происходить посредством шепота - скажем, указывая на хорошие источники пищи - в то время как некоторые исследователи полагают, что просто согревание может быть еще одной причиной ропота.
Более всего простых смертных может поразить то, что эти птицы реагируют так быстро и синхронно; если не сразу, то в паре взмахов птичьего крыла. Они движутся почти как одно целое, как бы ступенчато (или, так сказать, откидывающееся).
Как?
«Птицы имеют гораздо более высокое временное разрешение, чем мы», - говорит Пезендорфер, имея в виду, что птицы воспринимают определенную информацию вокруг себя и обрабатывают ее намного быстрее, чем люди. «Они видят намного быстрее, чем мы».
Используя то, что мы узнали от скворцов
Еще в 1986 году Крейг Рейнольдс , получивший образование в Массачусетском технологическом институте специалист по информатике, построил компьютерные модели стай птиц и стай рыб в том, что он назвал «боидс». Эти программы послужили основой для реалистичной анимации в фильмах, первоначально (и особенно) рой летучих мышей в фильме Тима Бертона 1992 года «Бэтмен возвращается».
В приложениях к реальной жизни способность понимать поведенческие движения больших групп скворцов ( летучих мышей, пчел и т. Д.) И программировать стаи роботов на выполнение аналогичных движений имеет удивительные возможности. «Мы пытаемся черпать вдохновение из биологии, - сказал Джордж Янг, ведущий автор статьи, подготовленной группой Леонарда, - сказал Принстонскому университету еще в 2013 году , - чтобы понять, какие показатели продуктивности группы животных могут помочь нам решить, какие меры мы следует использовать, когда мы разрабатываем адаптивное поведение для роботов ".
Пример: Обсерватория Лас-Кумбрес имеет 22 роботизированных телескопа на семи объектах по всему миру, которые координируются друг с другом, чтобы функционировать как один большой телескоп. С сайта LCO:
Другой пример: развивающаяся область роевой робототехники использует информацию, полученную при изучении скворцов, которая может, по мнению Института Висса в Гарварде , «открыть новые подходы к поисково-спасательным миссиям, строительным работам, восстановлению окружающей среды и медицинским приложениям».
Робототехника Swarm также может быть использована в военных целях, например, эти микродроны, выпущенные из истребителей . Рой беспилотных автомобилей, работающих вместе, может помочь уменьшить или устранить пробки . Возможности - борьба с раком? - ошеломляют .
И все это благодаря наблюдению, изучению, обучению и созданию чудесных стай 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 шаблонов».
ЭТО ИНТЕРЕСНО
Вся популяция североамериканских скворцов - их может быть около 200 миллионов - происходят от группы из 100, привезенных в США в начале 1890-х годов и выпущенных на волю в Центральном парке Нью-Йорка. Люди, которые привезли их, были поклонниками Шекспира, которые хотели, чтобы в Америке обитали все птицы, о которых когда-либо упоминал бард. Из «Генриха IV, часть I» : «Но я найду его, когда он спит, / И я закричу ему в ухо:« Мортимер! »/ Нет, / Меня научат говорить скворца / Ничего но «Мортимер», и дать ему / Чтобы его гнев не двигался ».
Первоначально опубликовано: 9 августа 2019 г.
