Die Wissenschaft hinter einer der größten Displays der Natur

Die Wissenschaft hinter einer der größten Displays der Natur
Menno Schäfer / Shutterstock

Das Murmeln der Stars beobachten, während die Vögel über den Himmel stürzen, tauchen und sich durch den Himmel drehen, ist einer der großen Freuden eines dunklen Winterabends. Von Neapel bis Newcastle machen diese Schwärme agiler Vögel alle dieselbe unglaubliche akrobatische Darstellung und bewegen sich in perfekter Synchronität. Aber wie machen sie das? Warum stürzen sie nicht ab? Und was ist der Punkt?

Zurück in den 1930s schlug ein führender Wissenschaftler vor, dass Vögel es haben müssen psychischen Kräfte in einer Herde zusammen zu arbeiten. Glücklicherweise fängt die moderne Wissenschaft an, bessere Antworten zu finden.

Um zu verstehen, was die Stare tun, beginnen wir mit 1987, als der wegweisende Informatiker Craig Reynolds eine Simulation eines Vogelschwarms. Diese "Boids", wie Reynolds seine computergenerierten Kreaturen nannte, folgten nur drei einfachen Regeln, um ihre unterschiedlichen Bewegungsmuster zu erstellen: Vögel in der Nähe würden sich weiter auseinander bewegen, Vögel würden ihre Richtung und Geschwindigkeit ausrichten und entfernte Vögel würden näher kommen.

Einige dieser Muster wurden dann verwendet, um realistisch aussehende Tiergruppen in Filmen zu erstellen, angefangen mit Batman Returns in 1992 und seinem Schwärme von Fledermäusen und "Armee" von Pinguinen. Entscheidend ist, dass dieses Modell keine Fernsteuerung oder übernatürliche Kräfte erfordert - nur lokale Interaktionen. Reynolds Modell zeigte, dass eine komplexe Herde durch Individuen, die grundlegende Regeln befolgen, tatsächlich möglich war, und die sich daraus ergebenden Gruppen "sahen" sich gewissermaßen in der Natur.

Von diesem Ausgangspunkt aus entwickelte sich ein ganzes Feld der Tierbewegungsmodellierung. Die Anpassung dieser Modelle an die Realität wurde in 2008 spektakulär von einer Gruppe in Italien verwirklicht, die in der Lage war, Starling-Murmeln um den Bahnhof in Rom zu filmen, ihre Positionen in 3D zu rekonstruieren und zu zeigen die Regeln das wurde benutzt. Sie fanden heraus, dass die Stare die Richtung und die Geschwindigkeit der nächsten sieben Nachbarn suchten, anstatt auf die Bewegungen der umliegenden Vögel in der Nähe zu reagieren.

Wenn wir zusehen, wie ein Murmeln in Wellen pulsiert und sich in Reihen von Formen bewegt, scheint es oft so, als ob es Bereiche gibt, in denen Vögel langsamer werden und dichter werden, oder wenn sie schneller werden und sich weiter ausbreiten. Tatsächlich ist dies vor allem einer optischen Täuschung zu verdanken, die durch die auf die 3D-Weltsicht projizierte 2D-Herde erzeugt wurde, und ist wissenschaftlich Modelle schlagen vor, dass die Vögel mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit fliegen.

Dank der Bemühungen von Informatikern, theoretischen Physikern und Verhaltensbiologen wissen wir jetzt, wie diese Geräusche erzeugt werden. Die nächste Frage ist, warum sie überhaupt passieren - warum haben Stare dieses Verhalten entwickelt?

Eine einfache Erklärung ist das Bedürfnis nach Wärme in der Nacht während des Winters: Die Vögel müssen sich an wärmeren Standorten versammeln und in der Nähe bleiben, um am Leben zu bleiben. Stare können sich in einen Rastplatz packen - Schilf, dichte Hecken, menschliche Strukturen wie Gerüste - bei mehr als 500-Vögel pro Kubikmetermanchmal in Herden von mehreren Millionen Vögeln. Eine solch hohe Vogelkonzentration wäre ein verlockendes Ziel für Raubtiere. Kein Vogel möchte derjenige sein, den ein Raubtier abhebt, daher ist Sicherheit in Zahlen der Name des Spiels, und wirbelnde Massen erzeugen einen Verwirrungseffekt, der verhindert, dass eine einzelne Person ins Visier genommen wird.

Die Wissenschaft hinter einer der größten Displays der Natur
Stare sind keine Hellseher - sie sind nur gut darin, die Regeln zu befolgen.
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Stare pendeln jedoch oft aus vielen zehn Kilometern Entfernung zu Rastplätzen, und sie verbrauchen auf diesen Flügen mehr Energie, als durch das Schlafen an wenig wärmeren Orten eingespart werden könnte. Daher muss die Motivation für diese kolossalen Quartiere mehr als nur die Temperatur sein.

Sicherheit in Zahlen könnte das Muster bestimmen, aber eine faszinierende Idee lässt vermuten, dass sich Herden bilden können, so dass Einzelpersonen Informationen über die Nahrungssuche austauschen können. Dieses, das "Hypothese des Informationszentrums”, Schlägt vor, dass, wenn Lebensmittel uneinheitlich sind und es schwierig ist, die beste langfristige Lösung zu finden, der gegenseitige Informationsaustausch zwischen einer großen Anzahl von Personen erforderlich ist. So wie Honigbienen die Lage von Blumenbeeten teilen, profitieren Vögel, die eines Tages Nahrung finden und über Nacht Informationen austauschen, an einem anderen Tag von ähnlichen Informationen. Obwohl sich eine größere Anzahl von Vögeln in Raststätten befindet wenn das Essen am knappsten istEnglisch: www.goethe.de/ges/mol/thm/tre/en1571343.htm Dies scheint eine begrenzte Unterstützung für die Idee zu sein. Bisher hat es sich als äußerst schwierig erwiesen, die Gesamthypothese richtig zu testen.

Unser Verständnis von Tiergruppen hat sich in den letzten Jahrzehnten enorm erweitert. Die nächste Herausforderung besteht darin, den evolutionären und adaptiven Druck zu verstehen, der zu diesem Verhalten geführt hat, und was es für die Erhaltung bedeuten könnte, wenn sich dieser Druck ändert. Möglicherweise können wir unser Verständnis anpassen und nutzen, um die autonome Steuerung von Robotersystemen zu verbessern. Möglicherweise beruht das Hauptverkehrsverhalten der automatisierten Autos der Zukunft auf Staren und deren Murmeln.Das Gespräch

Über den Autor

A. Jamie Wood, Leitender Dozent, Abteilungen für Biologie und Mathematik, University of York und Colin Beale, Dozent für Ökologie, University of York

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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