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这些鸟群涌浪堪比无人机算法,一只能感应数百只同类?

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地球是一个奇迹
摄影|瑞典
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一群椋鸟(starlings)在罗马的圣彼得大教堂上空盘旋聚集。| 国家地理图片集
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在欧洲和北美的大部分地区,冬季的傍晚,成千上万的椋鸟(starlings)在天空中聚集,上演自然界最壮观的表演。它们脉动、波动、旋转,如同一体,仿佛是一个无定形的生物,既有书法笔触的美感,又有闪烁火焰的混乱。

如此多的鸟类如何紧密协调?这是困扰研究者一个多世纪的谜团。

1931年,鸟类学家埃德蒙·塞洛斯(Edmund Selous)认为,椋鸟的群体飞行(murmuration)通过心灵感应产生。他写道,这些鸟“必须同时集体思考”。

2005年,罗马的物理学家安德烈亚·卡瓦尼亚(Andrea Cavagna)和伊雷妮·贾尔迪纳(Irene Giardina)夫妇取得了突破。他们用双摄像头拍摄了4000多只椋鸟的群体飞行,并重建了每只鸟的三维位置。

团队发现,无论群体多大,每只椋鸟只与七只邻近的鸟互动,保持相同的飞行方向,同时保持接近但不过于接近。

荷兰格罗宁根大学(University of Groningen)的夏洛特·赫梅尔里克(Charlotte Hemelrijk)将“对齐、吸引和回避”三种规则与空气动力学结合,创建了虚拟群体飞行模型,与罗马的数据相符。这表明椋鸟不需要总体规划或心灵感应,通过最简单的互动,群体飞行的复杂性便展现出来。

当一只椋鸟转向时,它的新方向会影响邻近的鸟,进而影响整个群体。每只椋鸟只关注七只鸟,但它的感知实际上延伸到整个群体,并能对数百只鸟外的事件作出反应。这就是为什么群体看起来像一个整体。

研究人员通过设计成游隼(peregrine falcon)外形的机器人研究椋鸟的躲避动作。玛丽娜·帕帕多普洛(Marina Papadopoulou)说:“机器人解决了等待捕食者攻击的问题。”她记录了群体躲避的动作,如“闪光扩展”(flash expansion)和“空泡”(vacuole)。

然而,椋鸟的数量正在减少。过去60年,英国的椋鸟数量减少了一半以上,丹麦减少了60%。不仅是椋鸟,欧洲和北美分别失去了5.5亿和29亿只鸟。

椋鸟的减少提醒我们,物种仅仅避免灭绝是不够的。它们必须繁荣和繁衍,因为地球上许多最美丽的现象只有在生物大量聚集时才会出现。

生物学家说:“当目睹椋鸟飞行时,外部现象似乎反映了内心的某种东西,照亮了我们与自然的普遍联系。”

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具体请见《华夏地理》4月刊
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撰文:Ed Yong
摄影:Søren Solkær
编译:Arvin
版式设计:钱思琦

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