Как скворцы создают свои воздушные танцы: наука о стаях
Наблюдение за танцующими стаями скворцов (мурмурациями), когда птицы синхронно пикируют и кружат в небе, — одно из величайших зрелищ природы. Но как они это делают?
Три простых правила
В 1987 году компьютерный ученый Крейг Рейнольдс создал симуляцию стаи птиц — «boids». Эти виртуальные существа следовали всего трём правилам:
- Избегание столкновений: птицы, находящиеся рядом, отдаляются друг от друга.
- Согласование: птицы выравнивают своё направление и скорость с соседями.
- Сближение: птицы, находящиеся дальше, сближаются.
Эта модель, не требующая ни дальнего управления, ни «сверхъестественных сил», доказала, что сложное поведение стаи возникает из локальных взаимодействий. Позже её использовали для создания реалистичных стай животных в фильмах, начиная с «Бэтмена возвращается» (1992).
Подтверждение в природе
В 2008 году итальянские учёные, снимая мурмурации скворцов у вокзала в Риме и реконструируя их позиции в 3D, подтвердили модель. Они обнаружили, что скворец согласовывает своё движение не со всеми соседями, а примерно с семью ближайшими птицами.
Кажущиеся волны и сгустки в стае — во многом оптическая иллюзия, возникающая при проекции 3D-стаи на наше 2D-восприятие. Модели показывают, что птицы летят с относительно постоянной скоростью.
Зачем это нужно?
Эволюционные причины такого поведения до конца не ясны:
- Тепло: Зимой скворцы ночуют плотными скоплениями (более 500 птиц на кубический метр), чтобы согреться.
- Безопасность: Массовые скопления и эффект confusion (дезориентации хищника) обеспечивают безопасность.
- Обмен информацией: Согласно «гипотезе информационного центра», птицы в больших скоплениях могут обмениваться данными о местах кормёжки, что особенно важно, когда пищу трудно найти. Косвенным подтверждением служит тот факт, что размер стай увеличивается в периоды дефицита пищи, однако гипотезу сложно окончательно доказать.
Изучение стай скворцов не только раскрывает законы природы, но и может помочь в разработке алгоритмов для автономного управления роями роботов или беспилотными автомобилями.