Tiede on yksi luonnon suurimmista näytöistä

Tiede on yksi luonnon suurimmista näytöistä
Menno Schaefer / shutterstock

Vuoristelujen katsominen, kun lintuja pyörii, sukeltaa ja pyöräilee taivaan läpi, on yksi hämärän talvipäivän suurista nautinnoista. Napolista Newcastlelle nämä ketterien lintujen parvet tekevät kaikki saman uskomattoman akrobaattisen näytön, joka liikkuu täydellisessä synkroniassa. Mutta miten he tekevät sen? Miksi he eivät kaatuu? Ja mikä on piste?

1930sissa yksi johtava tutkija ehdotti, että lintujen on oltava psyykkisiä voimia toimimaan yhdessä parvessa. Onneksi nykyaikainen tiede alkaa löytää parempia vastauksia.

Ymmärtääksemme, mitä tähtikivet tekevät, alamme takaisin 1987issa, kun uraauurtava tietotekniikan tutkija Craig Reynolds loi lintujen parven simulointi. Nämä "boidit", kuten Reynolds kutsui tietokoneella luoduille olentoilleen, noudattivat vain kolmea yksinkertaista sääntöä luodakseen eri liikemallejaan: lähellä olevat linnut siirtyisivät kauemmas toisistaan, linnut suuntaisivat suuntaansa ja nopeutensa, ja kaukaisemmat linnut siirtyisivät lähemmäs.

Joitakin näistä kuvioista käytettiin sitten luomaan elokuviin realistisia etsittäviä eläinryhmiä, alkaen Batman Returnsista 1992issa ja sen lepakot ja pingviinien ”armeija”. Ratkaisevasti tämä malli ei vaatinut pitkän aikavälin ohjausta tai yliluonnollisia voimia - vain paikallisia vuorovaikutuksia. Reynoldsin malli osoittautui monimutkaiseksi parveksi, joka oli todellakin mahdollista yksilöiden kautta perussääntöjä noudattaen, ja tuloksena olevat ryhmät "näyttivät" luonnollisesti.

Tästä lähtökohdasta syntyi koko eläinten liikkeen mallinnus. Näiden mallien yhteensopivuus todellisuuteen saavutettiin näyttävästi 2008: ssa Italiassa toimivan ryhmän, joka pystyi kuvaamaan pääosin Rooman rautatieaseman ympärillä käärimistä, rekonstruoimaan asemansa 3D: ssä ja näyttämään säännöt joita käytettiin. He havaitsivat, että tähtikasvit pyrkivät vastaamaan lähimpien seitsemän naapurin suuntaa ja nopeutta sen sijaan, että vastaisivat kaikkien lähellä olevien lintujen liikkeisiin.

Kun katsomme aaltojen sykkymistä ja pyörretään muotoja, se näyttää usein siltä, ​​että on alueita, joilla lintuja on hitaita ja jotka pakataan tiiviisti tai joissa ne nopeutuvat ja leviävät laajemmin toisistaan. Itse asiassa tämä johtuu suurelta osin 3D-karjan tuottamasta optisesta harhakuvasta, joka heijastetaan 2D-näkymäämme maailmalle, ja tieteellinen mallit viittaavat siihen, että linnut lentävät tasaisesti.

Tietojenkäsittelytieteen tutkijoiden, teoreettisten fyysikkojen ja käyttäytymisbiologien ponnistelujen ansiosta tiedämme nyt, miten nämä murmukset syntyvät. Seuraava kysymys on, miksi ne tapahtuvat lainkaan - mikä aiheutti tähtitiedeille tämän käyttäytymisen kehittymisen?

Yksi yksinkertainen selitys on lämmön tarve yöllä talvella: lintujen on koottava yhteen lämpimämmissä paikoissa ja läheltä lähellä vain pysyäkseen hengissä. Starlings voi pakata itsensä roosting-paikkaan - ruokohyllyt, tiheät pensasaidat, ihmisrakenteet, kuten telineet - enemmän kuin 500-linnut kuutiometriä kohti, joskus useita miljoonia lintuja. Tällaiset suuret lintujen pitoisuudet olisivat houkutteleva kohde petoeläimille. Mikään lintu ei halua olla sellainen, jota saalistaja poimii, joten numeroiden turvallisuus on pelin nimi, ja pyörivät massat aiheuttavat sekaannusvaikutusta, joka estää yksittäistä yksilöä kohdistamasta.

Tiede on yksi luonnon suurimmista näytöistä
Starlings ei ole psyykkinen - he ovat vain hyvä noudattamaan sääntöjä.
Valokuvaus: Adri / shutterstock

Tärkkelykset muuttavat usein paikoilleen useiden kymmenien kilometrien päässä sijaitseviin paikkoihin, ja he kuluttavat enemmän energiaa näille lennoille kuin mitä voitaisiin säästää matalalla lämpimällä paikalla. Siksi näiden valtavien paikkojen motivaatio on oltava enemmän kuin pelkkä lämpötila.

Numeroturvallisuus voi ajaa mallia, mutta kiehtova ajatus viittaa siihen, että parvet voivat muodostua, jotta yksilöt voivat jakaa tietoa rehusta. Tämä, “tietokeskuksen hypoteesi”, Viittaa siihen, että kun ruoka on epätasainen ja vaikea löytää paras pitkän aikavälin ratkaisu, tarvitaan keskinäistä tiedonvaihtoa suurelle joukolle yksilöitä. Samoin kuin mehiläiset jakavat kukka-laastareiden sijainnin, päivittäistä ruokaa löytävät linnut, jotka jakavat tietoa yön yli, saavat saman päivän tietoja. Vaikka lintuja on enemmänkin, se liittyy paikkoihin kun ruoka on niukimmillaan, joka näyttää antavan jonkin verran tukea ajatukselle, on toistaiseksi osoittautunut erittäin vaikeaksi testata yleistä hypoteesia.

Meidän käsityksemme liikkuvista eläinryhmistä on kasvanut valtavasti viime vuosikymmeninä. Seuraava haaste on ymmärtää evoluutio- ja adaptiiviset paineet, jotka ovat luoneet tämän käyttäytymisen, ja mitä se voisi merkitä suojelulle, kun nämä paineet muuttuvat. Mahdollisesti voimme mukauttaa ymmärrystä ja käyttää sitä parantamaan robottijärjestelmien itsenäistä hallintaa. Ehkä tulevaisuuden automatisoitujen autojen ruuhka-aikakäyttäytyminen perustuu tähtimiehiin ja heidän murmioihinsa.Conversation

Tietoja kirjoittajista

A. Jamie Wood, vanhempi luennoitsija, biologian ja matematiikan osastot, Yorkin yliopisto ja Colin Beale, ekologian johtaja, Yorkin yliopisto

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat

{amazonWS: searchindex = Kirjat; avainsanat = luonnon mysteerit; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvakeTwitter-kuvakeRSS-kuvake

Hanki uusimmat sähköpostitse

{Emailcloak = off}