https://frosthead.com

Kako samo jedna ptica može zahtijevati čitavo stado da promijeni upute

Starlingi se oko sumraka pojavljuju nad Rimom, krećući se prema svojim korjenima nakon jednog dana hranjenja na selu. U jatima od nekoliko stotina do nekoliko tisuća tvore silovite potoke, vrtložne cilindre, stožce ili vrpce koje se šire nebom poput divovskih zastava. Kotrljajući i pijući zajedno, podsjetili su Andrea Cavagna, fizičara Nacionalnog istraživačkog vijeća Italije, na atome koji postaju na mjestu u super tekućem stanju materije zvanom Bose-Einstein kondenzat. Iz radoznalosti je Cavagna postavio kameru za snimanje letova. Kao fizičar čestica, kaže, "bilo je osvježavajuće raditi s nečim što zapravo možete vidjeti." Međutim, praćenje tisuće ptica pokazalo se mnogo složenijim od milijardu milijardi atoma.

Cavagna nije bio prvi znanstvenik kojeg su zaintrigirale ove akrobacije - poznate, u rijetkom tehničkom jeziku koji se poklapa s poezijom, kao "mrmljanja". Ostale životinje koje putuju u skupinama - školovanje riba, najočiglednije - pokazuju istu nespretnu sposobnost da odmaknuti se od predatora ili prema izvoru hrane. Jedan ornitolog 20. stoljeća ozbiljno je predložio da svoje pokrete koordiniraju telepatijom. Ta mogućnost nije našla veliku potporu u biologiji. Drugo objašnjenje je da signal za promjenu smjera potječe od jednog ili nekoliko pojedinaca, vjerojatno na periferiji (oni koji najvjerojatnije vide prijetnju), i putuje poput talasa vala preko jata, poput valove koja se širi po ribnjaku iz bačenog šljunka. To je samo artefakt ljudskog vida koji ne možemo vidjeti da se to događa u stvarnom vremenu. No, kamere velike brzine mogu je snimiti, a računala mogu modelirati ponašanje.

Priroda valova može proći kroz medij brže od samog medija: Zvuk zvona na biciklu dostiže vaše uši brzinom većom od samog bicikla ili od bilo kojeg vjetra koji je ikada zapuhao na zemlji. Princetonski biolog Iain Couzin i oceanograf s MIT-a Nicholas Makris pokazali su da u prisustvu grabežljivca, ili potencijalnog izvora hrane ili mogućnosti za mrijest, val pokreta prelazi školu riba pet do deset puta brže od bilo koje od njih mogu plivati ​​- „nevjerojatno dobro orkestrirano“, kaže Couzin, „poput baleta.“ Ribe koje su proučavale pokazuju prag odziva, mijenjajući kurs samo kad ih ima dovoljno veliki dio vidljivih susjeda.

Što se tiče starlinga, Cavagna i njegovi suradnici nedavno su pokazali da svaki prati šest ili sedam najbližih starlingova, podešavajući njegov let da ostane u sinkroniji. U novom radu prikazuju kako signal koji potječe od pojedinaca može u djeliću sekunde preći jato široko stotinu metara, bez ikakvih izobličenja ili umanjenja. Jednadžbe koje to opisuju su one koje upravljaju valovima - a ne, recimo, difuzija plina ili tekućine. U najširem smislu, primjenjuju se isti zakoni kojih se poštuju fotoni kad jato starlinga naiđe na sokola peregrina.

Cavagna je, za sada, agnosticiran prema evoluciji tako izvanredne sposobnosti, iako pretpostavlja da je njegova svrha obrana od grabežljivaca, koji više vole napasti usamljene jedinke. "Želim znati kako ptice to rade", kaže, "ne zašto."

Valni fenomeni pojavljuju se u mnogim biološkim sustavima. Couzin ih je pronašao u gnijezdima određenih vrsta mrava koje pokazuju talasni uzorak uzbuđenja i smirenja. Svakih 20 minuta ili niz aktivnosti započinje u blizini gnijezda i širi se prema van fizičkim kontaktom među pojedincima. On izvodi analogiju s moždanim valovima, nagađajući kako su se oboje razvijali kako bi uštedjeli energiju. Aktivnost - bilo da nosi list ili učvršćuje memoriju - metabolički je skupa i ne može se izdržavati u nedogled, pa mravi ili neuroni odmaraju dok ne dobiju znak. U neprekidnoj potrazi za najučinkovitijim rješenjem, evolucija otkriva, iznova i iznova, temeljnu strukturu koja se nalazi u fizičkom svemiru.

Kao što primjećuje Makris, ljudska bića ponekad pokazuju isto ponašanje. Razmislite o "valu" kada kritična masa navijača na stadionu stoji i podigne ruke; pokret putuje arenom brzinom kojom je mađarski fizičar Tamas Vicsek računao na 40 stopa u sekundi.

Ali ne trošimo mnogo svog vremena sjedenog u redove, a ljudsko društvo ne sliči na uobičajeni niz haringa. Informacije nas bombardiraju na sve strane, a pokreću ih motivi mnogo složeniji od bijega od tune. Kad bi se ljudi mogli voditi jednako lako poput starlinga, oglašavanje bi bila znanost, a ne umjetnost. Valovi se degradiraju i raspršuju u bučnom ili neurednom mediju - a to je, ispada, mi.

Kako samo jedna ptica može zahtijevati čitavo stado da promijeni upute