Мурмурация — поведение стаи птиц¶
Мурмурация (от англ. murmuration, от лат. murmuratio — шум, гул) — коллективное поведение больших стай птиц, прежде всего скворцов, при которых тысячи и десятки тысяч особей синхронно меняют направление полёта, образуя сложные динамические фигуры в небе. Явление относится к области поведенческой экологии и изучается как пример самоорганизации в биологических системах.
¶Описание явления
Мурмурация обычно наблюдается на закате, когда птицы собираются в огромные скопления перед ночлёвкой. Стая скворцов может насчитывать от нескольких тысяч до более чем миллиона особей (по разным оценкам, крупнейшие скопления в Европе достигают 1–2 млн птиц). Птицы движутся единым потоком, плавно изгибаясь, разделяясь и снова сливаясь, формируя формы, напоминающие дым, волны или трёхмерные объёмные структуры.
Ключевая особенность мурмурации — отсутствие видимого лидера. Ни одна птица не управляет стаей; координация возникает локально, когда каждая особь реагирует на движение нескольких ближайших соседей. Это делает явление объектом интереса не только биологов, но и физиков, математиков и специалистов по теории сложных систем.
¶Механизмы координации
¶Правило «семи соседей»
В 2008 году группа учёных под руководством итальянского физика-теоретика Итало Симонелли (Италия) и биолога Крейга Рейнолдса (США) на основе анализа видеозаписей полёта скворцов в Риме показала, что каждая птица в стае ориентируется в основном на шесть-семь ближайших соседей. При этом она учитывает не только их положение, но и скорость и направление движения. Модель Рейнолдса (1986), описывающая поведение «стайных агентов» (boids), выделяет три базовых правила:
- Сближение — стремление держаться близко к соседям.
- Разбегание — избежание столкновений с ближайшими особями.
- Согласование направления — приведение собственной скорости к средней скорости соседей.
Соблюдение этих простых локальных правил у тысяч особей порождает глобальную упорядоченность движения, которую невозможно предсказать заранее.
¶Роль хищников
Мурмурация рассматривается как оборонительная стратегия. Скопление тысяч птиц затрудняет хищнику (соколу-балобану, чёрному коршу, ястребу-тетеревятнику) выделить и преследовать одну особь — эффект «запутывания». Исследования показывают, что стая плотнее сжимается в моменты атаки хищника, а её форма становится более хаотичной. Одновременно стая служит информационным центром: птицы, заметившие опасность, передают сигнал всей группе.
¶Математическое моделирование
Мурмурация стала классической моделью для изучения самоорганизации и коллективного поведения. В 1986 году Крейг Рейнолдс, работавший в Pixar, создал алгоритм «boids», который позволил компьютерно моделировать движение стаи. Алгоритм получил широкое применение в компьютерной анимации и кинематографе (например, в фильмах «Игры разума», «Паттон» и др.).
В 2007 году физики из Университета Рома Тре (Италия) опубликовали в журнале Nature работу, в которой показали, что стая скворцов функционирует как единый сверхтекучий объект: скорость изменения направления движения распространяется по стае как волна, скорость которой пропорциональна её размеру. Это означает, что стая обладает «жёсткостью» — она сопротивляется внешним возмущениям, но остаётся достаточно подвижной.
¶Мурмурация в России
В России мурмурация наблюдается в периоды массовых скоплений скворцов и грачей в осенне-зимний период. Крупные ночёвки скворцов формируются в городах с обилием деревьев и кормовых ресурсов — в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Казани и других городах. Осенью скворцы, грачи и галки собираются в огромные стаи, которые кочуют по территории, а зимой ночуют в городских парках и скверах.
В России изучением стайного поведения птиц занимаются орнитологи из Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН и Московского общества испытателей природы. В Москве наблюдение за ночёвками скворцов стало одним из популярных городских «природных событий»: тысячи горожан собираются в парках, чтобы увидеть закатное шоу стаи.
¶Интересные факты
- Крупнейшая задокументированная мурмурация произошла в 2010 году в Мёртоне (графство Сомерсет, Великобритания): стая скворцов насчитывала более 1 млн особей.
- Скорость распространения «волны» изменения направления в стае может достигать 20 м/с.
- Мурмурация не наблюдается у всех стайных птиц: она характерна прежде всего для скворцов, грачей, галок и ворон, но не для гусей или уток, которые летят строем.
- В 2014 году в Великобритании был запущен проект Starling Murmuration, в котором гражданские учёные (citizen scientists) с помощью смартфонов фиксировали мурмурации по всей стране.
¶Применение в технологиях
Принципы мурмурации используются в разработке алгоритмов для управления множеством автономных агентов — дронов, роботов, транспортных потоков. Модели «boids» применяются в компьютерной графике для создания реалистичных сцен со стаями рыб, насекомых и птиц. В России алгоритмы, основанные на принципах стайного поведения, исследуются в контексте управления группами беспилотных летательных аппаратов.
Источники:
- Reynolds C. W. Flocks, Herds, and Schools: A Distributed Behavioral Model // SIGGRAPH '87.
- Ballerini M. et al. Interaction ruling animal collective behavior depends on topological rather than metric distance // Nature, 2008.
- Hemelrijk C. K., Hildenbrandt H. Some Causes of the Shape and Structure of Starling Murmurations // Ardea, 2012.
- Красная книга России. Птицы. — М.: Наука.
- Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН.