Наверняка вы видели в интернете необыкновенные и впечатляющие фотографии огромных стай птиц, принимающих самые причудливые формы. А может быть, вам даже посчастливилось наблюдать своими глазами, как тысячи птиц собираются в настоящие «живые облака» и кружатся в небе, подчиняясь совершенно необъяснимой, на первый взгляд, силе. Естественно же уже ученые, биологи и, как ни странно, физики и математики, попытались понять, что это за сила.
Что-то такое мурмурация?
Странное слово «мурмурация» (от латинского murmuratio – бормотание, жужжание), больше подходящее для описания поведения небесных котиков, на самом деле и есть научное название для скоординированного полета огромных стай птиц, чаще всего – скворцов. Это не просто перелет с места на место большой группой, а сложный, почти идеально синхронизированный воздушный танец. Стая движется как единый живой организм: пульсирует, разделяется, сливается, меняет направление без видимого лидера.
Чаще всего такое поведение можно наблюдать у скворцов (именно их стаи, насчитывающие десятки и сотни тысяч особей, создают самые впечатляющие картины), а также у некоторых видов ласточек, ткачиков, куликов и даже волнистых попугайчиков! Увидеть мурмурацию чаще всего можно в осенне-зимний период на закате, когда птицы собираются на ночевку. При этом нужно отличать мурмурацию от «просто большой стаи». Стая имеет определенную структуру и общее направление движения на большом расстоянии – например, во время миграции, когда птицы образуют очень большие скопления, особенно собираясь у места кормежки или ночевки. Однако во время самого перелета, они обычно образуют устойчивые и упорядоченные структуры – линию или клин.
Мурмурация же – это динамическая «скульптура» в воздухе: плотная масса птиц постоянно меняет форму, то сжимаясь, то растягиваясь, то закручиваясь вихрями. Часто видно, как по стае пробегают «волны» поворотов: будто кто-то по стае пошла рябь. Орнитологи и математики называют это передачей информации внутри группы – причем очень быстрой.
Зачем они это делают?
Ученые считают, что у этого красивого явления есть сугубо практические причины, и главная из них – безопасность. Мурмурация – это проявление «эффекта самоорганизующегося коллектива».
Защита от хищников. Самая популярная и хорошо подтверждаемая наблюдениями версия: в большой, плотной и постоянно меняющей форму стае хищнику сложнее выделить цель и рассчитать атаку. Плюс действует эффект «разбавления» – вероятность стать тем самым пойманным уменьшается, когда вас тысячи. В работах о мурмурации прямо обсуждается связь с давлением хищников и «волнами» уклонения, которые распространяются по стае как сигнал тревоги. Впрочем, наблюдения орнитологов и любителей показывают, что мурмурация возможна и без видимого присутствия хищников.
Обмен информацией и «социальная логистика». Скворцы часто мурмурируют в местах ночевки. Существует предположение, что такие сборы помогают обменяться информацией: где безопасно ночевать, куда лететь кормиться, как распределиться по местности. Даже если это не «совещание», само присутствие большого числа птиц может облегчать поиск безопасных мест и партнеров.
Тепло и безопасность ночевки. Крупные совместные ночевки дают тепло и снижают риск для отдельных птиц (в том числе из-за раннего обнаружения опасности). Мурмурация может быть «преддверием» такого коллективного ночлега: сбор, проверка обстановки, выбор момента посадки.
Но нельзя отбросить и такую версию: скворцы, весьма разумные птицы, делают это потому, что им нравится! Поведение интеллектуальных животных не всегда определяется целесообразностью, иногда достаточно просто удовольствия!
Как они это делают?
Если довольно похожее внешне скоординированное движение рыб в косяках объясняется использованием «шестого чувства» боковой линии, то механизм координации полета птичьих стай во время мурмурации до сир пор остается загадкой. За поиски объяснений брались не только биологи и орнитологи, но и математики с физиками.
Не имея внутреннего радара, птицы опираются на зрение, оценку расстояния, скорости и направления движения соседей, возможно – на звук и аэродинамические подсказки. Но главная загадка в том, что у мурмурации нет центра управления. Нет лидера, который диктует траекторию всем. Каждая птица принимает локальные решения – и из суммы этих «малых» решений рождается большой узор. Основная гипотеза, на основании которой строятся все модели состоит в том, что сложное поведение птиц при мурмурации возникает из простых правил.
· Стремись к центру: Держись поближе к соседям, не отбивайся от стаи.
· Избегай столкновений: Поддерживай минимальную дистанцию с ближайшими птицами, даже если они летят навстречу (причем при изучении покардовой съемки мурмурации было установлено, что каждая птица ориентируется на семь других находящихся рядом птиц).
· Двигайся с одной скоростью: Выравнивай свое направление и скорость с окружающими.
В 1980-х программистом и исследователь компьютерной графики Крейг Рейнольдс предложил модель (Boids) основанную на этих правилах, которая позволила воссоздать удивительно реалистичное «стайное» движение. Физик Тамаш Вичек и коллеги рассмотрели стаю как систему самодвижущихся частиц: каждая «частица» старается выровнять направление с соседями, но с учетом помех и ошибок. Они обнаружили, что при определенных условиях система резко переходит от хаотичного движения к согласованному – почти как фазовый переход в физике.
Приложили свою руку к исследованиям и математики. Как уже было сказано, птицы ориентируются не на всех, кто в пределах видимости, а на фиксированное число ближайших соседей –шесть–семь. Это называется топологическим взаимодействием. Именно оно делает стаю устойчивой: даже если плотность стаи меняется, правило «держать в уме ближайших» продолжает работать. Если бы птица реагировала на всех вокруг, то при сжатии «соседей» стало бы слишком много, и система могла бы «перегреться» от сигналов. А «семерка» – компромисс между информированностью и вычислительной нагрузкой на мозг и на реакцию).
Внесли свой вклад в изучение вопроса и инженеры, создавшие аэродинамические и ориентационные модели. В своих исследованиях они попытались учесть реальные ограничения полета: птица не просто точка в пространстве, у нее есть крылья, скорость, подъемная сила, повороты с потерей высоты. Получившиеся модели показали, что форма стаи и ее «пластичность» зависят и от аэродинамики, и от того, сколько соседей отслеживается.
При этом вопрос «экономят ли птицы энергию именно в мурмурации?» сложнее, чем в клиновидном строю мигрирующих гусей: для плотных стай доказательства не так очевидны, и исследования продолжаются.
Изучение мурмурации – отличный пример того, как наука учится разгадывать «волшебство» без разрушения его очарования. Мы смотрим на небо и видим живые облака, колеблющиеся на ветру. Ученые смотрят в небо – и пытаются понять, какие локальные правила и ограничения рождают глобальный порядок: как распространяются сигналы тревоги, почему стая не разваливается, как сохраняется согласованность при тысячах участников. И, самое приятное, ответы ищут не только биологи. Здесь встречаются орнитология и математика, физика сложных систем и компьютерное моделирование, теория информации и аэродинамика. Мурмурация напоминает, что природа – не набор отдельных чудес, а мастерская, где из простого рождается сложное. А наука – это способ заглянуть в эту мастерскую чуть глубже, не переставая удивляться.
Вам было интересно узнать что-то новое о мире вокруг нас?
Хотите узнать больше?
Приходите в Дарвиновский музей и подписывайтесь на наш канал!