Khoa học đằng sau một trong những màn trình diễn vĩ đại nhất của tự nhiên

Khoa học đằng sau một trong những màn trình diễn vĩ đại nhất của tự nhiên
Menno Schaefer / màn trập

Xem những tiếng rì rầm đầy sao khi những con chim sà xuống, lặn và lăn qua bầu trời là một trong những niềm vui lớn của một buổi tối mùa đông mờ ảo. Từ Napoli đến Newcastle, những đàn chim nhanh nhẹn này đều đang thực hiện một màn nhào lộn đáng kinh ngạc giống nhau, di chuyển đồng bộ hoàn hảo. Nhưng làm thế nào để họ làm điều đó? Tại sao họ không sụp đổ? Và điểm là gì?

Quay trở lại với 1930, một nhà khoa học hàng đầu cho rằng chim phải có sức mạnh tâm linh để hoạt động cùng nhau trong một bầy. May mắn thay, khoa học hiện đại đang bắt đầu tìm thấy một số câu trả lời tốt hơn.

Để hiểu những gì các con sao đang làm, chúng ta bắt đầu quay lại 1987 khi nhà khoa học máy tính tiên phong Craig Reynold tạo ra một mô phỏng một đàn chim. Những con bọ hung này, vì Reynold gọi các sinh vật do máy tính của mình tạo ra, chỉ tuân theo ba quy tắc đơn giản để tạo ra các kiểu di chuyển khác nhau: những con chim gần đó sẽ di chuyển xa nhau hơn, những con chim sẽ điều chỉnh hướng và tốc độ của chúng, và những con chim ở xa sẽ di chuyển gần hơn.

Một số mô hình này sau đó đã được sử dụng để tạo ra các nhóm động vật trông giống thật trong các bộ phim, bắt đầu với Batman Returns trong 1992 và của nó bầy dơi và đội quân chim cánh cụt. Điều quan trọng là mô hình này không yêu cầu bất kỳ hướng dẫn tầm xa, hoặc sức mạnh siêu nhiên - chỉ tương tác cục bộ. Mô hình của Reynold đã chứng minh một đàn phức tạp thực sự có thể thông qua các cá nhân tuân theo các quy tắc cơ bản, và các nhóm kết quả chắc chắn đã trông giống như những người trong tự nhiên.

Từ điểm khởi đầu này, toàn bộ lĩnh vực mô hình chuyển động của động vật đã xuất hiện. Kết hợp những mô hình này với thực tế đã đạt được một cách ngoạn mục ở 2008 bởi một nhóm ở Ý, người có thể quay những tiếng rì rầm xung quanh nhà ga ở Rome, tái tạo lại vị trí của họ trong 3D, và hiển thị các quy tắc đã được sử dụng. Những gì họ tìm thấy là những con sao biển tìm cách khớp với hướng và tốc độ của bảy người hàng xóm gần nhất, thay vì phản ứng với chuyển động của tất cả những con chim gần đó xung quanh chúng.

Khi chúng ta quan sát một tiếng rì rầm đập trong sóng và xoáy vào các mảng hình dạng, nó thường xuất hiện như thể có những khu vực chim chậm lại, và trở nên dày đặc, hoặc nơi chúng tăng tốc và lan rộng ra xa nhau. Trên thực tế, điều này phần lớn nhờ vào ảo ảnh quang học được tạo ra bởi đàn 3D được chiếu lên quan điểm 2D của chúng ta về thế giới và khoa học mô hình đề nghị những con chim bay với tốc độ ổn định.

Nhờ những nỗ lực của các nhà khoa học máy tính, các nhà vật lý lý thuyết và nhà sinh học hành vi, giờ đây chúng ta biết những lời xì xào này được tạo ra như thế nào. Câu hỏi tiếp theo là tại sao chúng lại xảy ra - điều gì đã khiến những con sao biển phát triển hành vi này?

Một lời giải thích đơn giản là sự cần thiết của sự ấm áp vào ban đêm trong mùa đông: những con chim cần phải tụ tập cùng nhau tại các địa điểm ấm áp hơn và gà trống ở gần nhau chỉ để sống. Chim sáo đá có thể tự đóng gói vào một nơi trú ngụ - giường lau sậy, hàng rào dày đặc, cấu trúc của con người như giàn giáo - nhiều hơn Chim 500 trên một mét khối, đôi khi trong đàn vài triệu con. Những loài chim có nồng độ cao như vậy sẽ là mục tiêu hấp dẫn đối với những kẻ săn mồi. Không một con chim nào muốn trở thành một kẻ săn mồi bỏ đi, vì vậy sự an toàn về số lượng là tên của trò chơi, và những khối xoáy tạo ra hiệu ứng nhầm lẫn ngăn chặn một cá thể bị nhắm mục tiêu.

Khoa học đằng sau một trong những màn trình diễn vĩ đại nhất của tự nhiên
Starlings không tâm lý - họ chỉ giỏi tuân theo các quy tắc.
Nhiếp ảnh của Adri / màn trập

Tuy nhiên, những con sao biển thường đi lại từ những con gà trống cách xa hàng chục km và chúng đốt cháy nhiều năng lượng trên các chuyến bay này hơn là có thể được cứu bằng cách ngủ ở những nơi ấm áp hơn một chút. Do đó, động lực cho những con gà trống khổng lồ này phải nhiều hơn nhiệt độ một mình.

An toàn về số lượng có thể thúc đẩy mô hình, nhưng một ý tưởng hấp dẫn cho thấy đàn có thể hình thành để các cá nhân có thể chia sẻ thông tin về tìm kiếm thức ăn. Cái nàygiả thuyết trung tâm thông tinCha, gợi ý rằng khi thức ăn bị loang lổ và khó tìm ra giải pháp lâu dài tốt nhất đòi hỏi phải chia sẻ thông tin lẫn nhau giữa số lượng lớn cá nhân. Giống như ong mật chia sẻ vị trí của các mảng hoa, những con chim tìm thức ăn một ngày và chia sẻ thông tin qua đêm sẽ được hưởng lợi từ thông tin tương tự vào một ngày khác. Mặc dù số lượng lớn hơn các loài chim tham gia gà trống khi thức ăn còn ít, dường như cung cấp một số hỗ trợ hạn chế cho ý tưởng, cho đến nay nó đã được chứng minh là cực kỳ khó khăn để kiểm tra đúng giả thuyết tổng thể.

Sự hiểu biết của chúng tôi về các nhóm động vật di chuyển đã mở rộng rất nhiều trong vài thập kỷ qua. Thách thức tiếp theo là tìm hiểu những áp lực tiến hóa và thích nghi đã tạo ra hành vi này và ý nghĩa của việc bảo tồn khi những áp lực đó thay đổi. Có thể chúng ta có thể điều chỉnh sự hiểu biết của mình và sử dụng nó để cải thiện sự kiểm soát tự chủ của các hệ thống robot. Có lẽ hành vi trong giờ cao điểm của những chiếc xe tự động trong tương lai sẽ dựa trên những con sao biển và những tiếng xì xào của chúng.Conversation

Giới thiệu về tác giả

A. Jamie Wood, Giảng viên cao cấp, Khoa Sinh học và Toán học, Đại học York và Colin Beale, Giảng viên cao cấp về Sinh thái học, Đại học York

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

{amazonWS: searchindex = Books; Keywords = thiên nhiên bí ẩn; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}