วิทยาศาสตร์นก: ทำไมนกกิ้งโครงแบบซิงโครไนซ์กำลังบินเพื่อความอยู่รอด

การชมการบ่นของนกตัวเล็ก ๆ ในขณะที่นกบินโฉบไปดำน้ำและบินไปบนท้องฟ้าเป็นหนึ่งในความสุขที่ยิ่งใหญ่ของฤดูหนาวที่หนาวเหน็บ จากเนเปิลส์ถึงนิวคาสเซิลฝูงนกที่ว่องไวเหล่านี้ต่างก็แสดงแบบผาดโผนเหมือนกันอย่างไม่น่าเชื่อ แต่พวกเขาจะทำอย่างไร ทำไมพวกเขาถึงไม่ผิดพลาด แล้วประเด็นคืออะไร?

ย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 1930 นักวิทยาศาสตร์ชั้นนำคนหนึ่งแนะนำว่านกจะต้องมีพลังจิตเพื่อทำงานร่วมกันในฝูง โชคดีที่วิทยาศาสตร์สมัยใหม่เริ่มพบคำตอบที่ดีกว่า

เพื่อให้เข้าใจถึงสิ่งที่นกกิ้งโครงกำลังทำเราเริ่มต้นในปี 2530 เมื่อนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ผู้บุกเบิกการสำรวจ Craig Reynolds สร้างแบบจำลองฝูงนก “ boids” เหล่านี้ในฐานะ Reynolds เรียกสิ่งมีชีวิตที่สร้างด้วยคอมพิวเตอร์ของเขาตามกฎง่าย ๆ เพียงสามข้อในการสร้างรูปแบบการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกัน: นกใกล้เคียงจะเคลื่อนที่ต่อไปไกลกว่ากันนกจะจัดทิศทางและความเร็วของพวกมัน

ดูเพิ่มเติม: นกกิ้งโครงหมุนวนสร้าง 'Birdnado' ใน Apocalyptic Reddit Photo

รูปแบบเหล่านี้บางส่วนถูกนำมาใช้เพื่อสร้างกลุ่มสัตว์ที่ดูสมจริงในภาพยนตร์เริ่มต้นด้วย แบทแมนกลับมา ในปี 1992 และฝูงค้างคาวและ "กองทัพ" ของนกเพนกวิน แบบจำลองนี้ไม่จำเป็นต้องมีแนวทางระยะยาวหรือพลังเหนือธรรมชาติ - เฉพาะการโต้ตอบในท้องถิ่น แบบจำลองของ Reynolds ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีฝูงแกะที่ซับซ้อนเป็นไปได้จริง ๆ ผ่านบุคคลที่ทำตามกฎพื้นฐานและกลุ่มที่ได้ผลลัพธ์นั้น "ดูเหมือน" อย่างแน่นอนในธรรมชาติ

จากจุดเริ่มต้นนี้การสร้างแบบจำลองการเคลื่อนไหวของสัตว์ทั้งหมดเกิดขึ้น การจับคู่แบบจำลองเหล่านี้กับความเป็นจริงนั้นประสบความสำเร็จอย่างงดงามในปี 2551 โดยกลุ่มหนึ่งในอิตาลีที่สามารถถ่ายทำเสียงพึมพำรอบ ๆ สถานีรถไฟในกรุงโรมสร้างตำแหน่งของพวกเขาในรูปแบบ 3 มิติและแสดงกฎที่ใช้ สิ่งที่พวกเขาพบคือนกกิ้งโครงพยายามหาทิศทางและความเร็วของเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดเจ็ดคนหรือมากกว่านั้นเพื่อตอบสนองต่อการเคลื่อนไหวของนกใกล้เคียงทั้งหมดที่อยู่รอบตัวพวกเขา

เมื่อเราดูการพึมพำเป็นจังหวะในคลื่นและหมุนเป็นรูปร่างต่างๆมันมักจะปรากฏขึ้นราวกับว่ามีพื้นที่ที่นกช้าและกลายเป็นก้อนหนาหรือที่พวกมันเร่งความเร็วและแผ่กว้างออกไป ในความเป็นจริงนี้ส่วนใหญ่ต้องขอบคุณภาพลวงตาทางแสงที่สร้างขึ้นโดยฝูง 3D ที่ถูกฉายไปยังมุมมอง 2D ของโลกและแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์แนะนำให้นกบินด้วยความเร็วคงที่

ต้องขอบคุณความพยายามของนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์นักฟิสิกส์ทฤษฎีและนักชีววิทยาพฤติกรรมตอนนี้เรารู้ว่าการสร้างเสียงบ่นเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร คำถามต่อไปคือทำไมพวกเขาถึงเกิดขึ้นได้ทั้งหมด อะไรที่ทำให้นกกิ้งโครงมีวิวัฒนาการพฤติกรรมนี้

คำอธิบายง่ายๆอย่างหนึ่งคือความต้องการความอบอุ่นในตอนกลางคืนในช่วงฤดูหนาว: นกจำเป็นต้องมารวมตัวกันในบริเวณที่อากาศอบอุ่นและพักในบริเวณใกล้เคียงเพื่อให้มีชีวิตอยู่ นกกิ้งโครงสามารถบรรจุตัวเองไว้ในสถานที่พักพิง - เตียงกกพุ่มไม้หนาทึบโครงสร้างของมนุษย์เช่นนั่งร้าน - มีนกมากกว่า 500 ตัวต่อลูกบาศก์เมตรบางครั้งเป็นฝูงนกหลายล้านตัว นกที่มีความเข้มข้นสูงเช่นนี้จะเป็นเป้าหมายที่ดึงดูดผู้ล่า ไม่ต้องการนกตัวใดเป็นนักล่าตัวหนึ่งดังนั้นความปลอดภัยของตัวเลขจึงเป็นชื่อของเกมและฝูงที่หมุนวนจะสร้างความสับสนทำให้ผู้คนไม่สามารถถูกกำหนดเป้าหมายได้

อย่างไรก็ตามนกกิ้งโครงมักจะเดินทางไปยังที่พักพิงหลายสิบกิโลเมตรและพวกเขาก็เผาผลาญพลังงานได้มากขึ้นในเที่ยวบินเหล่านี้มากกว่าที่จะได้รับการช่วยเหลือจากการพักในที่ที่มีอากาศอบอุ่น ดังนั้นแรงจูงใจในการพักค้างคืนที่ยิ่งใหญ่เหล่านี้จะต้องมากกว่าอุณหภูมิเพียงอย่างเดียว

ดูเพิ่มเติม: ฝูงนกกิ้งโครงขนาดใหญ่บดบังท้องฟ้าเหนือกรุงโรม

ความปลอดภัยในด้านตัวเลขสามารถผลักดันรูปแบบได้ แต่ความคิดที่น่าสนใจบ่งชี้ว่าฝูงอาจก่อตัวขึ้นเพื่อให้ประชาชนสามารถแบ่งปันข้อมูลเกี่ยวกับการหาอาหาร “ สมมติฐานของศูนย์ข้อมูล” แสดงให้เห็นว่าเมื่ออาหารมีปัญหาและหาได้ยากทางออกที่ดีที่สุดในระยะยาวต้องมีการแบ่งปันข้อมูลร่วมกันระหว่างบุคคลจำนวนมาก เช่นเดียวกับที่ผึ้งแบ่งปันตำแหน่งของแผ่นแปะดอกไม้นกที่พบอาหารวันหนึ่งและแบ่งปันข้อมูลข้ามคืนจะได้รับประโยชน์จากข้อมูลที่คล้ายกันในอีกวันหนึ่ง แม้ว่านกจำนวนมากจะเข้ามาพักค้างเมื่ออาหารขาดแคลน แต่ดูเหมือนว่าจะให้การสนับสนุนที่ จำกัด สำหรับแนวคิด แต่ก็พิสูจน์ได้ยากมากในการทดสอบสมมติฐานโดยรวม

ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกลุ่มสัตว์ที่เคลื่อนไหวได้เพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ความท้าทายต่อไปคือการทำความเข้าใจวิวัฒนาการและแรงกดดันแบบปรับตัวที่สร้างพฤติกรรมนี้และสิ่งที่อาจหมายถึงการอนุรักษ์เมื่อความกดดันเหล่านั้นเปลี่ยนแปลง อาจเป็นไปได้ว่าเราสามารถปรับความเข้าใจของเราและใช้มันเพื่อปรับปรุงการควบคุมอัตโนมัติของระบบหุ่นยนต์ บางทีพฤติกรรมเร่งด่วนของรถยนต์อัตโนมัติในอนาคตอาจขึ้นอยู่กับนกกิ้งโครงและการบ่นของพวกเขา

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน The Conversation โดย A. Jamie Wood และ Colin Beale อ่านบทความต้นฉบับที่นี่