Hemligheterna och vetenskapen bakom Starling Murmurations

Att se ett sorl av starar mitt i luften är att uppleva kraften och mysteriet i den naturliga världen.

Individuellt är en europeisk stare lite mer än en vanlig koltrast. Det är allt. Starar är korta och tjocka, med mörka fjädrar och långa, spetsiga näbbar. Du har sett dem. De finns praktiskt taget överallt, mer än 200 miljoner är bara i Nordamerika, sjunger sina små pissiga sånger och blir, för många trädgårdsodlare och heltidsbönder, lite på den otäcka sidan.

Men tillsammans förvandlas starar till något helt annat. Tillsammans, under flykten, i fascinerande flockar som ibland uppgår till hundratusentals, är de ett andedräktande under, en pulserande, svepande, levande, harmoniserad helhet, som till synes trotsar naturens lagar samtidigt som de definierar naturen själv.

Att se ett sorl av starar i luften – det är vad flockbeteendet kallas, ett sorl – är att uppleva kraften och mystiken i den naturliga världen.

"Jag tror att kärnkänslan är en känsla av vördnad", säger Mario Pesendorfer, en postdoktor vid Institutet för skogsekologi vid University of Natural Resources and Life Sciences, Wien. "Den rumsliga skalan för något som rör sig väldigt snabbt - vilket vi är helt oförmögna att göra - och det visuella mönstret som uppstår när många individer gör samma sak ... fascinerar oss verkligen."

För forskare som Pesendorfer gör muml mer än så. De väcker nyfikenhet. Och de får forskare som Pesendorfer att ta reda på hur svärmande djur – som fåglar och bin och fiskar – kan förbättra våra egna liv.

Hemligheterna bakom muml

På 1930-talet föreslog den berömda ornitologen Edmund Selous att fåglar som rörde sig i sorl använde någon form av telepati för att överföra sina flygavsikter. "De måste tänka kollektivt, allt på samma gång... en blixt ur så många hjärnor", skrev han i sin bok, "Tankeöverföring (eller vad?) i fåglar."

Allt eftersom åren gick fick vi reda på att det inte var riktigt det. På 1950-talet ansåg forskare som studerade insekter och fiskar och andra kollektiva djurbeteenden att grupprörelse snarare är en förbluffande snabb reaktion på andra i flocken (eller skolan eller svärmen) än någon medfödd tankeläsningsförmåga eller ett kommando från gruppledaren.

Det är "den snabba överföringen av lokala beteendereaktioner till grannar" som möjliggör sådan häpnadsväckande synkronitet, som författarna till en artikel från 2015 publicerad i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences skrev.

"Det finns två sätt som du kan framkalla beteenden i stora grupper. Du kan ha kontrollen uppifrån och ned, där du har någon form av ledarskap, eller någon form av uppifrån-och-ned-mekanism. Tänk på en rockshow, du har rockstjärnan i fronten och han börjar klappa händerna, och hela stadion börjar klappa, säger Pesendorfer. "Men dessa muml är faktiskt självorganiserade, vilket betyder att det är individens små beteenderegler som gör att den skalas upp till den stora gruppen. För att förstå detta beteende måste vi gå från den lokala skalan - vad gör individen, vilka är reglerna som individen följer? - globalt sett; vad är resultatet?"

2013 samarbetade en mekanik- och rymdingenjör och hennes team från Princeton med fysiker i Italien för att studera muml. "I en flock med 1 200 fåglar är det tydligt att inte alla fåglar kommer att kunna hålla reda på de andra 1 199 fåglarna," sa Naomi Leonard, Princeton-ingenjören, då, "så en viktig fråga är" Vem håller reda på av vem?'"

De italienska fysikerna använde mer än 400 foton från flera videor för att ta reda på det och ritade in fåglarnas position och hastighet när de flockades. Utifrån det byggde de en matematisk modell som identifierade det optimala antalet flockkamrater för varje fågel att spåra.

Det visar sig att det magiska talet är sju:Varje fågel håller koll på sina sju närmaste grannar och ignorerar allt annat. Med tanke på att alla dessa små grupper om sju berör andra individer och grupper om sju, spred sig vändningar snabbt. Och från det rör sig ett helt sorl. Forskarnas resultat publicerades i tidskriften PLOS Computational Biology i januari 2013.

De tre sakerna i kontroll

Även om det ser koordinerat ut i stor skala, är de individuella fåglarna bara bekymrade över tre aspekter av deras flykt och flykten för dem runt omkring dem. Dessa faktorer har beskrivits på flera sätt, men de är alla väldigt lika. De är från Pesendorfer:

"Beroende på hur du ändrar de tre parametrarna," säger Pesendorfer, "kan du få allt från de där tunna basebollarna som du får i havsfiskar, till lösa insektssvärmar, till högt, välorganiserade fisksvärmar och sorl. Alla i dessa tre små parametrar."

Forskare tror att dessa fåglar flockas i första hand för att förvirra och avskräcka rovdjur, genom deras stora antal, med ljudet en sådan flock gör och, naturligtvis, dess rörelse. Viss kommunikation mellan fåglar kan också hända i muml - säg att peka på bra matkällor - medan vissa forskare tror att bara hålla värmen kan vara en annan anledning till mumlet.

Vad som kan vara mest häpnadsväckande för enbart dödliga är att dessa fåglar reagerar så snabbt och gör det i sådan synkronisering; om inte omedelbart, inom ett par flikar av en fågelvinge. De rör sig nästan som ett, i en typ av låssteg (eller, så att säga, låsklaff).

Hur?

"Fåglar har en mycket högre tidsupplösning än vi har", säger Pesendorfer, vilket betyder att fåglar tar in viss information omkring sig och bearbetar den mycket snabbare än människor. "De ser mycket snabbare än vi gör."

En stor flock starar sveper utanför Brightons kust den 22 februari 2011 i Brighton, England.

Använda det vi lär oss av starar

Redan 1986 byggde Craig Reynolds, en MIT-utbildad datavetare, datormodeller av fågelflockning och fiskskolning i något han kallade "Boids". Dessa program utgjorde grunden för verklighetstrogen animation i filmer, till en början (och framför allt) en svärm av fladdermöss i 1992 års Tim Burton-film "Batman Returns."

I tillämpningar till det verkliga livet har förmågan att förstå beteenderörelserna hos stora grupper av starar (eller fladdermöss eller bin eller vad som helst) och att programmera svärmar av robotar att göra liknande rörelser fantastiska möjligheter. "Vi försöker hämta inspiration från biologin," berättade George Young, som var huvudförfattare på den tidning som producerades från Leonards grupp, till Princeton University redan 2013, "för att förstå vilka mått på djurgruppsprestanda som kan hjälpa oss att bestämma vilka mått vi bör användas när vi utformar responsiva beteenden för robotar."

Ett exempel:Las Cumbres-observatoriet har 22 robotteleskop på sju platser runt om i världen som koordinerar med varandra för att fungera som ett stort teleskop. Från LCO-webbplatsen:

Det kallas tidsdomänastronomi, vilket betyder att vi ständigt kan se fenomen i rymden när de förändras. När vi får se helheten när den utvecklas kan vi lära oss mer, lära oss det snabbare och dramatiskt öka vår förståelse för de krafter som driver universum.

Ett annat exempel:Det framväxande området svärmrobotik använder information från studien av starar som enligt Wyss Institute vid Harvard skulle kunna "möjliggöra nya tillvägagångssätt för sök- och räddningsuppdrag, konstruktionsinsatser, miljösanering och medicinska tillämpningar."

Svärmrobotik kan också användas i militära tillämpningar, som dessa mikrodrönare som släpps ut från stridsflygplan. En svärm av självkörande bilar som arbetar tillsammans kan hjälpa till att minska eller eliminera trafikstockningar. Möjligheterna — cancerbekämpning? — är häpnadsväckande.

Allt från att titta, studera, lära och bygga vidare på den här enkla fågelns underbara flock.

"Som människor som har mycket komplicerade beslutsprocesser är vi inte vana vid att titta på enkla beslutsprocesser som skalar upp till vad som ser ut som komplext beteende," säger Pesendorfer. "Dessa modeller hjälper oss att förstå dessa typer av mönster."

NU ÄR DET INTRESSANT

Hela populationen av nordamerikanska starar - återigen, kanske så många som 200 miljoner av dem - härstammar från en grupp på 100 som fördes till USA i början av 1890-talet och släpptes i New York Citys Central Park. De som kom med dem var Shakespeare-fans, som ville att Amerika skulle bebos av alla fåglar som barden någonsin nämnde. Från "Henry IV, del I":"Men jag kommer att hitta honom när han ligger och sover,/Och i hans öra ska jag säga 'Mortimer!'/Nej,/Jag ska få en stare ska läras att tala/Ingenting men 'Mortimer', och ge det honom/För att hålla sin ilska stilla i rörelse."

Ursprungligen publicerad:9 augusti 2019

Vanliga frågor om murmurering

Vad är ett sorl?

Ett sorl är det flockande beteendet hos starar i grupper om hundratals eller till och med tusentals.

När kan jag se ett sorl av starar?

Starens sorl förekommer främst under vintersäsongen, någonstans mellan oktober och mars. Men högsäsongen inträffar mellan december och januari.

Vad är syftet med ett sorl?

Vissa forskare tror att muml är användbara för att hålla fåglar säkra från rovdjur, vilket förvirrar rovdjuren med stora antal. Andra tycker att det är ett sätt för fåglarna att hålla värmen.