Мурмурация

Стая скворцов в полёте

Мурмура́ция (от лат. murmuratio — «бормотание, жужжание, карканье»), англ. Flocking — явление скоординированного полёта огромных стай птиц (скворцов, галок, ворон и т. д.), образующих динамические объёмные фигуры переменной плотности.

Так, скворцы, сбиваясь в грандиозные стаи, исполняют «танец скворцов», создавая зрелищные сжимающиеся и разжимающиеся облака с чётко очерченными контурами, движущиеся непредсказуемым образом. Облака эти могут разделяться на части и соединяться; одни облака из птиц пролетают сквозь другие на большой скорости (до 40 км/ч), при этом птицы не сталкиваются.

При мурмурации каждая птица постоянно имеет видимость во все стороны; это результат того, что поведение птиц в полёте нацелено на получение максимума информации о соседях по стае и окружающем пространстве.

Аналогичное поведение демонстрируют большие косяки рыб, стада овец и козы, стаи рыб и насекомых, а также скопления бактерий.

Мурмурация считается эмерджентным поведением, возникающим на основе простых правил, которым следуют отдельные участники стаи или роя. Такое поведение не требует какой-либо центральной координации.

(источник)

Танец скворцов

Первые исследования и моделирование

Параллели между стайным поведением птиц и рыб, стайным поведением насекомых и стадным поведением наземных животных были замечены давно, но механизмы этого процесса не были до конца ясны. В зимние месяцы скворцы, как известно, собираются в огромные стаи, насчитывающие от сотен до тысяч особей, мурмурации, которые, когда они всецело улетают, создают в небе над наблюдателями большие интригующие кружащиеся узоры.

Поведение стайи птиц было, кажется, впервые смоделировано на компьютере в 1987 году Крейгом Рейнольдсом с помощью его программы моделирования Boids. Эта программа имитирует простых агентов (боидов), которым разрешено передвигаться в соответствии с набором основных правил. Результат моделирования оказался весьма похож на движение стаи птиц, косяка рыб или роя насекомых.

Съёмки и измерения

Съёмки процесса движения стай птиц проводились с помощью высокоскоростных камер. Также был проведен компьютерный анализ для проверки простых правил мурмурации, упомянутых ниже. Установлено, что они в целом справедливы в случае стайи птиц, причём правило дальнего притяжения (сплоченности) применимо к ближайшим 5–10 соседям стайной птицы и не зависит от расстояния этих соседей от птицы. Кроме того, существует анизотропия в отношении этой тенденции к сплочению: большая сплоченность проявляется по отношению к соседям по бокам птицы, а не спереди или сзади. Вероятно, это связано с тем, что поле зрения летящей птицы направлено в стороны, а не прямо вперед или назад.

Другое недавнее исследование основано на анализе записей движения птичьих стай над Римом, сделанных высокоскоростной камерой и использует компьютерную модель, предполагающую минимальные правила поведения.

Алгоритм движения

Правила

Базовые модели стайного поведения может быть описано тремя простыми правилами:

• Разделение: Избегайте скопления соседей (отталкивание на близком расстоянии)
• Выравнивание: Держитесь в сторону среднего направления соседей
• Сплоченность: Держитесь ближе к среднему положению соседей (притяжение на большие расстояния)

Моделируемая стая, в которой её участники следуют этим трём простым правилам, движется чрезвычайно реалистично, создавая сложные движения и взаимодействия, которые иначе было бы чрезвычайно сложно создать.

Варианты правил

Базовая модель расширялась несколькими способами с тех пор, как ее предложил Рейнольдс. Например, Дельгадо-Мата и др. расширили базовую модель, включив в нее эффекты страха. Обоняние, в их варианте модели, использовалось для передачи эмоций между животными посредством феромонов, смоделированных как частицы в свободно расширяющемся газе.

Хартман и Бенеш ввели дополнительную силу в расстановку сил, которую они называют сменой руководства. Этот поворот определяет шанс птицы стать лидером и попытаться убежать вперёд, вырвавшись из сплочённого порядка стаи.

Хемельрейк и Хильденбрандт использовали перечисленные выше три правила и расширили их, добавив к ним ряд черт настоящих скворцов:

• птицы летят в соответствии с принципами аэродинамики неподвижного крыла, при этом они перекатываются при повороте, теряя при этом подъемную силу;
• они координируют свои действия с ограниченным числом взаимодействующих соседей - 7 (как настоящие скворцы);
• они стараются держаться над местом ночлега (как это делают скворцы на рассвете), а когда им случается выйти из места ночлега, то возвращаются к нему, повернувшись;
• они движутся с относительно постоянной скоростью.

Авторы показали, что специфика летного поведения, а также большой размер стаи и малое количество партнеров по взаимодействию имеют решающее значение для создания изменчивой формы стаи скворцов.

См. также

• Роение
• Моделирование стайного поведения
• Самоорганизация