ความลับและวิทยาศาสตร์เบื้องหลังการบ่นของสตาร์ลิง

โดยเฉพาะนกกิ้งโครงยุโรปมีมากกว่านกชนิดหนึ่งทั่วไปเล็กน้อย แค่นั้นแหละ. นกกิ้งโครงมีขนสั้นและหนามีขนสีเข้มและขนยาวแหลม คุณเคยเห็นพวกเขาแล้ว พวกเขามีอยู่ทุกหนทุกแห่งมากกว่า 200 ล้านคนอยู่ในอเมริกาเหนือเพียงลำพังร้องเพลงเล็ก ๆ น้อย ๆ ของพวกเขาและกลายเป็นให้กับผู้ปลูกในสวนหลังบ้านและเกษตรกรเต็มเวลาหลายคนในด้านความรัก

แม้ว่าโดยรวมแล้วนกกิ้งโครงจะเปลี่ยนเป็นอย่างอื่นโดยสิ้นเชิง เมื่ออยู่ร่วมกันในการบินในฝูงสัตว์ที่ชวนให้หลงใหลซึ่งบางครั้งมีจำนวนเป็นแสนๆ ตัวพวกมันเป็นสิ่งมหัศจรรย์ที่ทำให้หายใจไม่ออกเป็นจังหวะการบินโฉบไปมามีชีวิตที่กลมกลืนกันดูเหมือนจะท้าทายกฎของธรรมชาติในขณะที่กำหนดธรรมชาติด้วยตัวมันเอง

การเฝ้าดูนกกิ้งโครงพึมพำกลางอากาศนั่นคือสิ่งที่เรียกพฤติกรรมฝูงนี้ว่าการบ่นคือการได้สัมผัสพลังและความลึกลับของโลกธรรมชาติโดยตรง

"ฉันคิดว่าความรู้สึกหลักคือความรู้สึกกลัว" Mario Pesendorferนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่สถาบันนิเวศวิทยาป่าไม้แห่งมหาวิทยาลัยทรัพยากรธรรมชาติและวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตเวียนนากล่าว "ขนาดเชิงพื้นที่ของบางสิ่งที่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว - ซึ่งเราไม่สามารถทำได้อย่างเต็มที่ - และรูปแบบภาพที่เกิดขึ้นเมื่อมีคนจำนวนมากกำลังทำสิ่งเดียวกัน ... ทำให้เราหลงใหลจริงๆ"

สำหรับนักวิทยาศาสตร์เช่น Pesendorfer การบ่นทำมากกว่านั้น พวกเขาจุดประกายความอยากรู้อยากเห็น และพวกเขาจุดประกายให้นักวิทยาศาสตร์อย่าง Pesendorfer คิดว่าการจับกลุ่มสัตว์เช่นนกผึ้งและปลาจะทำให้ชีวิตของเราดีขึ้นได้อย่างไร

ความลับเบื้องหลังการบ่น

ในช่วงทศวรรษที่ 1930 Edmund Selous นักปักษาวิทยาผู้มีชื่อเสียงแนะนำว่านกที่เคลื่อนไหวด้วยเสียงพึมพำกำลังใช้กระแสจิตบางอย่างเพื่อถ่ายทอดความตั้งใจในการบินของพวกมัน "พวกเขาต้องคิดโดยรวมในเวลาเดียวกัน ... แวบหนึ่งจากสมองมากมาย" เขาเขียนไว้ในหนังสือของเขาว่า " Thought-Transference (หรือ What?) in Birds "

เมื่อหลายปีผ่านไปเราพบว่ามันไม่ใช่อย่างนั้น ในช่วงทศวรรษ 1950 นักวิทยาศาสตร์ศึกษาแมลงและปลาและพฤติกรรมของสัตว์โดยรวมอื่น ๆ พบว่าการเคลื่อนไหวของกลุ่มเป็นการตอบสนองที่รวดเร็วอย่างน่าทึ่งสำหรับคนอื่น ๆ ในฝูง (หรือโรงเรียนหรือฝูง) มากกว่าความสามารถในการอ่านความคิดโดยกำเนิดหรือคำสั่ง จากหัวหน้ากลุ่ม

มันเป็น " การส่งต่อพฤติกรรมตอบสนองในท้องถิ่นไปยังเพื่อนบ้านอย่างรวดเร็ว " ซึ่งทำให้เกิดความเข้าใจตรงกันอย่างน่าตกใจดังที่ผู้เขียนบทความในปี 2015 ตีพิมพ์ในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences เขียนไว้

"มีสองวิธีที่คุณสามารถกระตุ้นพฤติกรรมกลุ่มใหญ่คุณสามารถมีการควบคุมจากบนลงล่างโดยที่คุณมีความเป็นผู้นำหรือกลไกจากบนลงล่างลองนึกถึงการแสดงร็อคคุณมีร็อคสตาร์อยู่ ด้านหน้าและเขาก็เริ่มปรบมือและทั้งสนามก็เริ่มปรบมือ "Pesendorfer กล่าว "แต่จริงๆแล้วการบ่นเหล่านี้เป็นการจัดระเบียบตัวเองซึ่งหมายความว่ามันเป็นกฎพฤติกรรมเล็ก ๆ น้อย ๆ ของแต่ละคนที่ทำให้มันขยายไปถึงคนกลุ่มใหญ่เพื่อที่จะเข้าใจพฤติกรรมนี้เราต้องเปลี่ยนจากระดับท้องถิ่น - สิ่งที่แต่ละคนทำ อะไรคือกฎที่แต่ละคนปฏิบัติตาม - สู่ระดับโลกผลลัพธ์เป็นอย่างไร "

ในปี 2013 วิศวกรเครื่องกลและอวกาศและทีมงานของเธอจาก Princeton ได้ร่วมมือกับนักฟิสิกส์ในอิตาลีเพื่อศึกษาเรื่องบ่น “ ในฝูงที่มีนก 1,200 ตัวเป็นที่ชัดเจนว่าไม่ใช่นกทุกตัวที่จะติดตามนกอีก 1,199 ตัวได้” นาโอมิลีโอนาร์ดวิศวกรของปรินซ์ตันกล่าวย้อนกลับไปว่า“ คำถามสำคัญก็คือ 'ใครที่คอยติดตาม ของใคร? '"

นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีใช้ภาพถ่ายมากกว่า 400 ภาพจากวิดีโอหลายรายการเพื่อหาคำตอบโดยวางแผนตำแหน่งและความเร็วของนกขณะที่พวกมันแห่กัน จากนั้นพวกเขาได้สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ระบุจำนวนเพื่อนร่วมฝูงที่เหมาะสมที่สุดสำหรับนกแต่ละตัวที่จะติดตาม

ปรากฎว่าเลขวิเศษคือเจ็ด: นกแต่ละตัวจะคอยติดตามเพื่อนบ้านที่ใกล้ชิดที่สุดเจ็ดตัวและไม่สนใจสิ่งอื่นใด เมื่อพิจารณาจากกลุ่มเล็ก ๆ ทั้งเจ็ดที่สัมผัสกับบุคคลอื่นและกลุ่มเจ็ดคนการบิดและเปลี่ยนก็แพร่กระจายอย่างรวดเร็ว และจากนั้นเสียงพึมพำทั้งหมดก็เคลื่อนไหว การค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร PLOS Computational Biology ในเดือนมกราคม 2013

สามสิ่งในการควบคุม

แม้ว่ามันจะดูกลมกลืนกันในวงกว้าง แต่นกแต่ละตัวก็มีความเกี่ยวข้องกับการบินเพียงสามด้านและการบินของคนรอบข้าง ปัจจัยเหล่านี้ได้รับการอธิบายไว้หลายประการ แต่ก็คล้ายกันมาก พวกเขามาจาก Pesendorfer:

"ขึ้นอยู่กับว่าคุณเปลี่ยนพารามิเตอร์ทั้งสามนี้อย่างไร" Pesendorfer กล่าว "คุณสามารถรับทุกอย่างตั้งแต่ลูกเบสบอลที่มีลักษณะคล้ายกระบอกที่คุณได้รับจากปลาในทะเลไปจนถึงฝูงแมลงที่ดูหลวม ๆ ไปจนถึงฝูงปลาที่มีการจัดระเบียบสูงและเสียงพึมพำทั้งหมด ในพารามิเตอร์เล็ก ๆ สามตัวนั้น "

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่านกเหล่านี้แห่กันมาตั้งแต่แรกเพื่อสร้างความสับสนและกีดกันนักล่าด้วยจำนวนที่ชัดเจนของพวกมันพร้อมกับเสียงดังที่ฝูงทำให้เกิดและแน่นอนการเคลื่อนไหวของมัน การสื่อสารระหว่างนกบางอย่างอาจเกิดขึ้นเช่นกันในการบ่น - พูดโดยชี้ให้เห็นแหล่งอาหารที่ดีในขณะที่นักวิจัยบางคนเชื่อว่าการรักษาความอบอุ่นอาจเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดเสียงบ่น

สิ่งที่น่าทึ่งที่สุดสำหรับมนุษย์ก็คือนกเหล่านี้ตอบสนองอย่างรวดเร็วและทำเช่นนั้นในการซิงโครไนซ์ดังกล่าว ถ้าไม่ทันทีภายในสองสามปีกของปีกนก พวกเขาเคลื่อนที่เกือบจะเป็นหนึ่งในประเภทของขั้นตอนการล็อค (หรือเหมือนเดิมคือล็อคพนัง)

อย่างไร?

"นกมีความละเอียดทางเวลาที่สูงกว่าที่เราทำมาก" Pesendorfer กล่าวซึ่งหมายความว่านกรับข้อมูลบางอย่างรอบ ๆ ตัวพวกมันและประมวลผลได้เร็วกว่ามนุษย์มาก "พวกเขาเห็นเร็วกว่าเรามาก"

ใช้สิ่งที่เราเรียนรู้จากนกกิ้งโครง

ย้อนกลับไปในปี 1986 Craig Reynoldsนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่ได้รับการฝึกฝนจาก MIT ได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์สำหรับการเลี้ยงนกและการศึกษาปลาในสิ่งที่เขาเรียกว่า "Boids" โปรแกรมเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับแอนิเมชั่นที่เหมือนจริงในภาพยนตร์โดยเริ่มแรก (และสะดุดตา) ฝูงค้างคาวในภาพยนตร์ทิมเบอร์ตันเรื่อง "Batman Returns" ในปี 1992

ในการประยุกต์ใช้กับชีวิตจริงความสามารถในการทำความเข้าใจพฤติกรรมการเคลื่อนไหวของนกกิ้งโครงกลุ่มใหญ่ (หรือค้างคาวหรือผึ้งหรืออะไรก็ตาม) และการตั้งโปรแกรมให้หุ่นยนต์ทำการเคลื่อนไหวที่คล้ายกันนั้นมีความเป็นไปได้ที่น่าทึ่ง "เราพยายามดึงแรงบันดาลใจจากชีววิทยา" จอร์จยังซึ่งเป็นผู้เขียนบทนำเกี่ยวกับกระดาษที่ผลิตจากกลุ่มของลีโอนาร์ดกล่าวกับมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันในปี 2013 "เพื่อทำความเข้าใจว่าการวัดผลการดำเนินงานของกลุ่มสัตว์จะช่วยให้เราตัดสินใจได้อย่างไร ควรใช้เมื่อเราออกแบบพฤติกรรมตอบสนองสำหรับหุ่นยนต์ "

ตัวอย่าง: Las Cumbres Observatoryมีกล้องโทรทรรศน์หุ่นยนต์ 22 ตัวในสถานที่เจ็ดแห่งทั่วโลกที่ประสานงานซึ่งกันและกันเพื่อทำหน้าที่เป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่เพียงหนึ่งเดียว จากเว็บไซต์ LCO:

อีกตัวอย่างหนึ่ง: สาขาหุ่นยนต์ฝูงใหม่ใช้ข้อมูลที่รวบรวมจากการศึกษานกกิ้งโครงที่สามารถทำได้ตามที่Wyss Institute ที่ Harvardกล่าวว่า "เปิดใช้แนวทางใหม่สำหรับภารกิจค้นหาและช่วยเหลือความพยายามในการก่อสร้างการแก้ไขสิ่งแวดล้อมและการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์"

หุ่นยนต์ Swarm ยังสามารถมีการใช้งานในการใช้งานทางทหารเช่นนี้ไมโครเจ้าหน้าที่ปล่อยตัวออกมาจากเครื่องบินรบ การทำงานร่วมกันของรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเองจำนวนมากสามารถช่วยลดหรือขจัดปัญหาการจราจรติดขัดได้ ความเป็นไปได้ - การต่อสู้กับมะเร็ง? - มีเหลือเชื่อ

ทั้งหมดนี้มาจากการเฝ้าดูศึกษาเรียนรู้และสร้างฝูงนกที่เรียบง่ายนี้

"ในฐานะมนุษย์ที่มีกระบวนการตัดสินใจที่ซับซ้อนมากเราจึงไม่คุ้นเคยกับกระบวนการตัดสินใจง่ายๆที่ปรับขนาดได้ถึงพฤติกรรมที่ซับซ้อน" Pesendorfer กล่าว "โมเดลเหล่านี้ช่วยให้เราเข้าใจรูปแบบประเภทนี้"

ตอนนี้ที่น่าสนใจ

ประชากรทั้งหมดของนกกิ้งโครงในอเมริกาเหนือ - อีกครั้งอาจจะมากถึง 200 ล้านตัว - สืบเชื้อสายมาจากกลุ่ม 100 คนที่ถูกส่งไปยังสหรัฐอเมริกาในช่วงต้นทศวรรษที่ 1890 และตั้งอยู่ใน Central Park ของนิวยอร์กซิตี้ คนที่พาพวกเขามาคือแฟนของเชกสเปียร์ซึ่งต้องการให้อเมริกาเป็นที่อยู่อาศัยของนกทั้งหมดที่กวีเคยกล่าวถึง จาก"Henry IV, Part I" : "แต่ฉันจะพบเขาตอนที่เขาหลับ / และในหูของเขาฉันจะร้อง 'Mortimer!' / เปล่า / ฉันจะมีสตาร์ลิ่งจะได้รับการสอนให้พูด / Nothing แต่ 'Mortimer' และให้มัน / เพื่อให้ความโกรธของเขายังคงอยู่ "

เผยแพร่ครั้งแรก: 9 ส.ค. 2019

เสียงบ่นคืออะไร?

เมื่อใดที่ฉันเห็นนกกิ้งโครงบ่น

จุดประสงค์ของการบ่นคืออะไร?