Tajemství a věda v pozadí mučení špačků

Sledovat mumlání špačků ve vzduchu znamená na vlastní kůži zažít sílu a záhadu přírodního světa.

Jednotlivě je špaček evropský jen o málo víc než obyčejný kos. A je to. Špačci jsou malí a tlustí, s tmavým peřím a dlouhými špičatými zobáky. Viděl jsi je. Jsou prakticky všude, více než 200 milionů jich je jen v Severní Americe, zpívají své veselé písně a stávají se pro mnoho pěstitelů na dvorku a farmářů na plný úvazek tak trochu otravní.

Kolektivně se však špačci promění v něco úplně jiného. Společně, za letu, v hypnotizujících hejnech, kterých se někdy počítají i statisíce, jsou dech beroucím zázrakem, pulzujícím, snášejícím se, žijícím, harmonizovaným celkem, zdánlivě vzdorujícím přírodním zákonům a zároveň definujícím přírodu samotnou.

Sledování mumlání špačků ve vzduchu – tak se tomu hejnovému chování říká, mumlání – je zažít na vlastní kůži sílu a tajemství přírodního světa.

"Myslím, že základním pocitem je pocit úžasu," říká Mario Pesendorfer, postdoktorandský výzkumný pracovník na Institutu lesní ekologie na Univerzitě přírodních zdrojů a biologických věd ve Vídni. „Prostorové měřítko něčeho, co se pohybuje velmi rychle – což my absolutně nejsme schopni – a vizuální vzorování, ke kterému dochází, když mnoho jednotlivců dělá totéž... nás opravdu hypnotizuje.“

Pro vědce, jako je Pesendorfer, dělá mumraj víc než to. Vzbuzují zvědavost. A podnítí vědce, jako je Pesendorfer, aby zjistili, jak mohou hemžící se zvířata – jako ptáci, včely a ryby – zlepšit naše vlastní životy.

Tajemství za mumrajem

Ve 30. letech 20. století slavný ornitolog Edmund Selous navrhl, že ptáci pohybující se v mumlání používají k přenosu svých letových záměrů nějaký druh telepatie. "Musí myslet kolektivně, všichni ve stejnou dobu... blesk z tolika mozků," napsal ve své knize "Přenos myšlenek (nebo co?) u ptáků."

Jak roky ubíhaly, zjistili jsme, že to není úplně ono. V padesátých letech minulého století vědci studující hmyz a ryby a další kolektivní chování zvířat předpokládali, že skupinový pohyb je spíše úžasně rychlou reakcí na ostatní v hejnu (nebo škole nebo roji), než jakousi vrozenou schopností číst myšlenky nebo příkazy. od vedoucího skupiny.

Je to „rychlý přenos reakce místního chování na sousedy“, který umožňuje tak překvapivou synchronicitu, jak napsali autoři článku z roku 2015 publikovaném v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Existují dva způsoby, jak můžete vyvolat chování velké skupiny. Můžete mít ovládání shora dolů, kde máte nějaký druh vedení, nebo nějaký druh mechanismu shora dolů. Představte si rockovou show, máte v sobě rockovou hvězdu." vpředu a on začne tleskat rukama a začne tleskat celý stadion,“ říká Pesendorfer. "Ale tyto mumraje jsou ve skutečnosti samoorganizované, což znamená, že jsou to malá pravidla chování jednotlivce, díky kterým se může rozšířit do velké skupiny. Abychom tomuto chování porozuměli, musíme vycházet z místního měřítka - co jednotlivec dělá, jaká jsou pravidla, která jedinec dodržuje? — v globálním měřítku; jaký je výsledek?"

V roce 2013 mechanická a letecká inženýrka a její tým z Princetonu spolupracovali s fyziky v Itálii na studiu mumrajů. "V hejnu s 1200 ptáky je jasné, že ne každý pták bude schopen sledovat ostatních 1199 ptáků," řekla tehdy Naomi Leonard, inženýrka z Princetonu, "takže důležitá otázka zní:Kdo sleduje? z koho?""

Italští fyzici k tomu použili více než 400 fotografií z několika videí a zakreslili polohu a rychlost ptáků při jejich hejnu. Z toho vytvořili matematický model, který identifikoval optimální počet hejnových kamarádů pro každého ptáka ke sledování.

Ukázalo se, že magickým číslem je sedm:Každý pták sleduje svých sedm nejbližších sousedů a ignoruje vše ostatní. Vzhledem k tomu, že všechny tyto malé skupinky po sedmi se dotýkají jiných jednotlivců a skupin po sedmi, zvraty se rychle rozšířily. A z toho se pohne celé mumlání. Zjištění vědců byla publikována v časopise PLOS Computational Biology v lednu 2013.

Tři věci pod kontrolou

Ačkoli to vypadá ve velkém měřítku koordinovaně, jednotliví ptáci se zabývají pouze třemi aspekty svého letu a letu lidí kolem nich. Tyto faktory byly popsány několika způsoby, ale všechny jsou velmi podobné. Jsou od Pesendorfera:

"V závislosti na tom, jak změníte tyto tři parametry," říká Pesendorfer, "můžete získat vše od těch soudkovitě vypadajících baseballových míčků, které získáte v oceánských rybách, přes volně vyhlížející hmyzí hejna až po vysoce organizované rybí hejna a mumraj. v těchto třech malých parametrech."

Vědci se domnívají, že tito ptáci se shlukují především proto, aby zmátli a odradili dravce, a to prostřednictvím jejich pouhého počtu, hluku, který takové hejno vydává, a samozřejmě také jeho pohybu. K určité komunikaci mezi ptáky může také docházet při mumlání – řekněme při poukazování na dobré zdroje potravy – zatímco někteří výzkumníci se domnívají, že dalším důvodem mumlání může být pouhé udržování tepla

Pro pouhé smrtelníky může být nejvíce ohromující, že tito ptáci reagují tak rychle a dělají to v takové synchronizaci; ne-li okamžitě, během několika mávnutí ptačího křídla. Pohybují se téměř jako jeden, v typu lock-step (nebo, jak to bylo, lock-flap).

Jak?

"Ptáci mají mnohem vyšší časové rozlišení než my," říká Pesendorfer, což znamená, že ptáci kolem sebe přijímají určité informace a zpracovávají je mnohem rychleji než lidé. "Vidí mnohem rychleji než my."

U pobřeží Brightonu se 22. února 2011 v anglickém Brightonu snese velké hejno špačků.

Používání toho, co se učíme od špačků

V roce 1986 Craig Reynolds, počítačový vědec vystudovaný na MIT, sestavil počítačové modely hejn ptáků a chovu ryb v něčem, co nazval „Boids“. Tyto programy poskytly základ pro živou animaci ve filmech, zpočátku (a zejména) roj netopýrů ve filmu Tima Burtona „Batman Returns“ z roku 1992.

V aplikacích do reálného života má schopnost porozumět behaviorálním pohybům velkých skupin špačků (nebo netopýrů nebo včel nebo čehokoli jiného) a naprogramovat roje robotů k provádění podobných pohybů úžasné možnosti. „Snažíme se čerpat inspiraci z biologie,“ řekl George Young, který byl hlavním autorem článku vytvořeného Leonardovou skupinou, v roce 2013 na Princetonské univerzitě, „abychom pochopili, jaká měřítka výkonnosti zvířecí skupiny nám mohou pomoci rozhodnout, jaká měřítka by se mělo používat, když navrhujeme citlivé chování pro roboty.“

Příklad:Observatoř Las Cumbres má 22 robotických dalekohledů na sedmi místech po celém světě, které se vzájemně koordinují, aby fungovaly jako jeden velký dalekohled. Z webu LCO:

Říká se tomu astronomie v časové oblasti, což znamená, že můžeme neustále sledovat jevy ve vesmíru, jak se mění. Když uvidíme celkový obraz, jak se odvíjí, jsme schopni se naučit více, naučit se to rychleji a dramaticky zvýšit naše chápání sil, které řídí vesmír.

Další příklad:Vznikající oblast rojové robotiky využívá informace získané studiem špačků, které by podle Wyssova institutu na Harvardu mohly „umožnit nové přístupy pro pátrací a záchranné mise, stavební úsilí, sanaci životního prostředí a lékařské aplikace.“

Rojová robotika by také mohla mít využití ve vojenských aplikacích, jako jsou tyto mikrodrony vypuštěné ze stíhacích letadel. Roj samořídících aut, která spolupracují, by mohla pomoci snížit nebo odstranit dopravní zácpy. Možnosti — boj s rakovinou? — jsou ohromující.

To vše od pozorování, studia, učení a budování na úžasném hejnu tohoto jednoduchého ptáka.

"Jako lidé, kteří mají velmi komplikované rozhodovací procesy, nejsme zvyklí dívat se na jednoduché rozhodovací procesy, které se škálují až k tomu, co vypadá jako komplexní chování," říká Pesendorfer. "Tyto modely nám pomáhají porozumět těmto typům vzorců."

TEĎ JE TO ZAJÍMAVÉ

Celá populace severoamerických špačků – opět možná až 200 milionů z nich – pochází ze skupiny 100 jedinců přivezených do USA na počátku 90. let 19. století a vysazených v Central Parku v New Yorku. Lidé, kteří je přinesli, byli fanoušci Shakespeara, kteří chtěli, aby Ameriku obývali všichni ptáci, o kterých se bard kdy zmínil. Z "Henry IV, část I":"Ale já ho najdu, když bude spí,/a do jeho ucha budu křičet 'Mortimer!'/Ne,/budu se učit mluvit špaček/nic ale 'Mortimer' a dejte mu to/aby udrželi svůj hněv stále v pohybu.“

Původně zveřejněno:9. srpna 2019

Murmuration FAQ

Co je to mumlání?

Šumění je shlukování špačků ve skupinách po stovkách nebo dokonce tisících.

Kdy uvidím mumlání špačků?

Špaččí šelest se vyskytuje hlavně v zimním období, někde mezi říjnem a březnem. Hlavní sezóna však nastává mezi prosincem a lednem.

Jaký je účel mumlání?

Někteří vědci se domnívají, že mumlání je užitečné pro udržení ptáků v bezpečí před predátory, protože je pletou pouhými počty. Jiní si myslí, že je to pro ptáky způsob, jak se zahřát.