Физики из трех французских университетов исследовали движение овец в стаде. Ученые показали, что овцы координируют движение друг с другом, а поведение стада распадаются на фазы. Причем на каждой фазе, овцы заново выбирают своего лидера.
Коллективное движение животных в группе — важная тема исследований для многих ученых. Понимание этого коллективного поведения иногда может вдохновить на разработку стратегий для продвижения позитивных социальных изменений, а также технологий, имитирующих природу. Особенно, это важно для моделирования роевого движения роботов.
Многие исследования описывают стадное поведение как самоорганизующийся процесс, при котором особи в группе постоянно адаптируют свое направление и скорость, чтобы в конечном итоге достичь «коллективного» оптимума движения. Эта точка зрения, однако, не учитывает иерархическую структуру, характерную для многих групп животных, и возможные преимущества наличия «лидера», указывающего путь.
Луис Гомес-Нава, Ричард Бон и Фернандо Перуани из Университета Лазурного Берега, Университета Тулузы и Парижского университета Сержи исследовали коллективное поведение небольших групп овец. Их результаты показывают, что особи в стаде меняют свои роли: они становятся то лидерами, то ведомыми. Таким образом стадо, в конечном итоге, достигает некоторой формы «коллективного разума».
Как происходит движение в стаде
«У большинства стадных животных коллективное движение не является непрерывным процессом, оно происходит эпизодами: фазы коллективного движения прерываются, например, для отдыха или кормления», — сказал Перуани, ведущий автор исследования. — «Тем не менее, большинство исследований коллективного движения, рассматривают группы, которые находятся в движении постоянно. Часто предполагается, что стадное поведение требует, чтобы особи постоянно "договаривались" о направлении движения".
В своем эксперименте Перуани и его коллеги внимательно изучали спонтанное поведение небольших групп овец в разные промежутки времени. Они проанализировали траектории отдельных членов группы, зарегистрировали пространственный порядок и ориентацию животных, а также оценили корреляции между скоростями, с которыми двигались отдельные животные.
Для начала ученые выяснили, что ни одна из существующих моделей движения стада не работает. Так как же они двигаются?
Координация в стаде
Ученые обнаружили, что характер взаимодействий в стаде, во-первых, распадался на эпизоды, во-вторых, был достаточно четко иерархичен. То есть, на протяжении одного эпизода у стада обязательно был один лидер.
Перуани говорит, что животные отдают полный контроль над группой временному лидеру, но такие лидеры часто меняются.
По сути, работа исследователей предполагает, что, двигаясь в стаде, овцы чередуют роль лидера и ведомого. Таким образом, лидеры ведут группу только в течение определенного периода времени, прежде чем контроль над группой перейдет к другой овце.
«Если временный лидер обладает знаниями, необходимыми группе (например, выход из лабиринта или местонахождение источника пищи), тогда он сможет эффективно направлять группу», — сказал Перуани. — «Таким образом, все члены группы пользуются этим знанием. Необходимо отметить, что лидер становится лидером только в том случае, если все особи решают за ним последовать».
Бег по кругу
Довольно неожиданно предложенная французскими физиками модель получила подтверждение в движении овец на китайской ферме. (Мы об этом рассказывали)
Овцы уже две недели постоянно двигаются по кругу. В модели, предложенной учеными, такой сбой легко объясним: при движении по кругу нет лидера или все овцы являются лидерами (это одно и тоже). Непонятно, когда должна закончиться фаза движения, и когда лидера надо менять. Если овцы действительно ведут себя так, как описали французские физики, стадо должно ходить по кругу очень долго, пока все овцы разом не остановятся и не разбредутся. Другое дело, что такое поведение это своего рода "зацикливание" или сбой, поэтому оно встречается достаточно редко.