Исследование роения насекомых предлагает новый взгляд на стаи, косяки и толпы

Взрослая жизнь комара-звонца длится всего около трех дней. Однако новое исследование его брачного роя может принести долгосрочную пользу для анализа птичьих стай, рыбьих косяков, человеческих толп и других форм коллективного движения животных.

«В этой области почти не было количественных данных, — сказал Николас Т. Уэллетт из Йельской школы инженерии и прикладных наук, руководитель исследования, опубликованного 15 января в журнале Scientific Reports. — Нам удалось воспроизвести это в лаборатории, что позволяет собирать столько данных, сколько нужно».

Этот эксперимент — первое крупномасштабное количественное описание роя насекомых — является частью более масштабных усилий по пониманию того, как локальное спонтанное взаимодействие между живыми существами приводит к организации сложных, динамичных, но согласованных систем.

Большинство предыдущих работ по роям было сосредоточено на описании группового поведения, например, размера роя и его продолжительности. Методы, использованные в новом исследовании, позволяют проводить количественные измерения отдельных особей, что дает возможность задавать более детальные вопросы о поведении роя.

Используя синхронизированные высокоскоростные камеры и другие инструменты, разработанные для изучения турбулентных потоков, Уэллетт и соавтор Дуглас Х. Келли, ныне постдокторант MIT, измерили трехмерные позиции, скорости и ускорения отдельных особей в рое с течением времени, а также параметры самого роя.

Это позволило ученым задокументировать поведение отдельных комаров по отношению друг к другу и к рою в целом, а также провести некоторые сравнения с поведением стай птиц и косяков рыб.

Они обнаружили, что:

• размер роя комаров может варьироваться, но форма в целом схожа: несколько яйцевидная, симметричная относительно вертикальной оси, немного выше, чем шире, и немного толще внизу, чем вверху;
• отдельные особи мало стремятся выравниваться по отношению к соседям, в отличие от стайных птиц и косяковых рыб;
• особи, как правило, летают быстрее по горизонтали, чем по вертикали;
• в среднем все комары демонстрируют тенденцию к движению к центру роя.

Исследователи также обнаружили, что внутри более крупного роя, по-видимому, существуют подгруппы. «Это предполагает определенную степень модульности — что рой состоит не просто из особей, движущихся случайным образом относительно друг друга, но что существуют некоторые под-стаи, организующиеся иерархическим образом», — сказал Уэллетт.

Наконец, исследователи выяснили, что нечто, по-видимому, притягивает комаров к скоплению, где бы они ни находились в рое.

«Есть что-то, что связывает их с роем, и это не внешняя сила, — сказал Уэллетт, доцент кафедры машиностроения. — Это должно исходить от взаимодействий».

Он продолжил: «Коллективное движение так распространено в биологии — его демонстрируют клетки, рыбы, птицы, люди. Это говорит о том, что это действительно полезное решение для множества различных проблем, с которыми сталкиваются организмы, особенно учитывая, что все эти разные организмы движутся коллективно по разным причинам — спаривание, избегание хищников, эффективность перемещения и так далее. Кроме того, с инженерной точки зрения, спонтанная коллективная активность кажется действительно хорошим принципом проектирования. Если природа постоянно его изобретает заново, это должна быть хорошая идея».

В исследовании использовались комары Chironomus riparius. Ученые получили данные о 10 событиях роения, содержащих от 10 до 100 особей.