鸟群之谜：游荡在混沌与秩序边缘的天空舞者

导语

欧洲椋鸟以其高度的协调性与复杂动作而闻名，可能成千上万只椋鸟在空中做出复杂的动作，宛如天空中的芭蕾舞者。一系列研究表明，虽然形态复杂多变，但维持鸟群的机制却是简单的，每只鸟只用根据周围几只鸟的位置来调整自己的位置，就能在群体层面涌现出复杂形态。

Bymelanie Haiken | 作者

利维坦 | 来源

我一直十分好奇，如此密集快速的群体飞行，这些椋鸟为什么不会发生碰撞？在看过无数鸟群视频后，我更加佩服这些鸟的高度协调性……当然，就连鸟类学家都还没有彻底搞明白这些鸟为何要做如此密集的天空集体舞，此前的一些假说也不具有说服力。

上图为一张磁偶极矩的示意图，白色箭头的指向说明了偶极子的波动涟漪，法国物理学家蒂里·莫拉（ Thierry Mora）开发了一个类似但更为复杂的三维模型来模拟椋鸟群的运动。

集群以抵抗捕食的理由，并不能完全解释为什么欧洲椋鸟会在天空中组成如此美丽的图案。当猎鹰划破加州的夜空，一群椋鸟紧紧地结团飞行，这种形状叫做警戒线。© Nicholas Dunlop

多么摄人心魄的景象——成千上万的鸟儿在傍晚的天空一齐翩飞，旋转又俯冲，似一场高度协同的芭蕾舞表演。

当它们终于决定飞回树顶的栖息地，斑斓的翅膀一齐振动发出巨大的声响，这种现象也由此得到了一个特殊的名字：椋鸟群的齐鸣（a murmuration of starlings）。

这个词特指欧洲椋鸟或者普通的椋鸟，它们是世界上数量最多同时适应力最强的鸟类之一。椋鸟最早见于英国和欧洲大陆。然而过去几个世纪以来，出于偶然或是有意为之，它们已经成了遍及美国、澳大利亚、新西兰、斐济、南非和其他许多国家的入侵物种。

在19世纪90年代后期，有一群莎士比亚的狂热迷恋者在纽约的中央公园放飞了100只欧洲椋鸟，他们要让莎翁作品里出现过的每一种鸟都能在纽约安家落户。

椋鸟的入侵可能会对本地的鸟类造成滋扰和威胁，尽管如此，椋鸟群的群体飞行表演却是令人叹为观止的奇景，常常吸引人群驻足观看。

两只猎鹰逼近椋鸟群，这是一场猎食者之间的竞争，相对罕见。© Nicholas Dunlop

飞行中的椋鸟能够与附近的七只椋鸟保持看齐，从而使整个椋鸟群的动作协调一致。© Nicholas Dunlop

北半球的椋鸟在向南迁徙的路途中会有一次长达六周的停留休息时间，因此椋鸟群会在秋季和冬季大量聚集发出巨大的振翅声。在这段时间里，椋鸟每天可能会从栖息的树上飞到60英里以外捕食，用一些种子、虫子和幼卵填饱肚子后，再纷纷飞回来，发出巨大的振翅声，这个过程有时可能持续长达45分钟。

当然，鸟类成群飞行并不是什么新奇的行为现象，鸟类学家对此已经进行了长足的研究。但是，没有其他鸟类能够像欧洲椋鸟这样以高度的协调性和复杂的动作性成群飞行。据测算，欧洲椋鸟成群飞行时最多可以多达750,000只。

更重要的是，尽管椋鸟非常常见，人们对于它们为什么会一齐发出巨大的声响却知之甚少。

美国罗德岛大学名誉教授，鸟类学家弗兰克·赫普纳（Frank Heppner）从上世纪60年代起最早开始研究椋鸟的行为。他说：“要紧的是，我已经研究了50年，现在依然不太理解。”

© Gizmodo Australia

鸟群

过去16年里，罗马大学物理学家安德里亚·卡瓦尼亚（Andrea Cavagna）一直在研究椋鸟群是如何以如此精确和优雅的方式统一动作，保持同步。为此，他为盘旋在罗马五渔村广场上的椋鸟群创建了一个复杂的3D模型。在过去的十年中，这里椋鸟的数量已经翻了一番，达到了大约一百万只。

为了观测冬季迁徙中的椋鸟，卡瓦尼亚和他的研究伙伴艾琳·贾尔迪纳（Irene Giardina）在马西莫宫（Palazzo Massimo）的屋顶上设置了三台同步高速相机。

 “每年冬天，我们都会冒着严寒和阴雨上到屋顶，夜复一夜。”卡瓦尼亚说，“只剩下我们和雕像。”

在加利福尼亚，一群椋鸟受到游隼的惊吓，迅速飞入空中，缩成一团，摆出不好惹的架势。© Nicholas Dunlop

一只游隼袭击了一只离群的椋鸟，这种非常罕见的情况最终导致了捕食者的成功。© Nicholas Dunlop

卡瓦尼亚和他的同事用相机拍下的镜头，在计算机模型中模拟了鸟群中每只椋鸟的位置和速度。

可视化的数据进一步表明，椋鸟通过一种叫做“无标度行为相关”（scale-free behavioral correlation）的机制维持其飞行形状，鸟群里每一只鸟通过旁边的大概七只鸟的飞行位置调整自己的位置，从而使鸟群整体协调运动，产生一种重叠的同步性。

（www.pnas.org/content/107/26/11865）

卡瓦尼亚提出可以将这种现象想像成在高速公路上开车：“我们只能和一定数量的车辆有所互动，也许是前车，后车，也许是左右两侧的一两辆车。但我们不会和50米以外的车有什么交集，所以我们也就不会被它们影响。”（他指出，欧洲椋鸟具有侧视的身体优势，这使它们的视野几乎可以一直延伸到整个身体周围。）

尽管每只鸟只受到身旁邻鸟的影响，但每只鸟的运动又都会最终影响到整个鸟群、且同时受到鸟群的影响，这样，信息以恒定的速度在鸟群中传播。结果就是群体决策的速度极快，以至于通常由一只外围的椋鸟发出的转向信号可以在半秒的时间内传遍400只鸟组成的鸟群（速度约为每小时90英里）。

（www.nature.com/articles/nphys3035）

© Medium

天空舞者

鸟群在天空中齐鸣时组成的各种形状和图案都有着极具画面感的名字，比如：液泡，警戒线，闪光膨胀。

荷兰格罗宁根大学进化生命科学教授夏洛特·赫默里克（Charlotte Hemelrijk）说，最迷人的景象或许是当一大群椋鸟像流动的云朵一样快速变换着形状，鸟群疏密间形成了一条条黑色的绸带。

当猎鹰高速逼近时，椋鸟群会压缩在一起以避免被擒获。© Nicholas Dunlop

从地面上，这些“搅动波”似乎是椋鸟们在聚集得更紧密。但实际上，我们看到这种波纹是因为鸟儿正在斜向上飞行，倾斜的翅膀划出更大的区域给下方的鸟儿观测。换句话说，除了锚定周围的七只鸟以外，椋鸟们也在追随头鸟的方向。赫默里克说：“我们的最新模型表明，椋鸟模仿邻鸟的行为，使运动的信号在整个鸟群得以传播。”

赫默里克还发现有证据表明，椋鸟群组成的图案可以用来迷惑鹰和其他猛禽类掠食者，从而更加难以瞄准离那些掉队的椋鸟。赫默里克用复杂的计算机模型分析出了椋鸟集体逃脱的模型，再专门与掠食者鹰或隼的活动进行关联。

© Glue VFX

神秘的鸟群

为什么欧洲椋鸟要聚集起如此庞大的群体一起在空中盘旋呢？这是一个更加令人困惑的问题。

最常见的解释常常也被称为“在一起更安全”假设，意思是说集群是应对天敌的一种保护性反应。但是，赫普纳和卡瓦尼亚说这种假设有违逻辑。他们指出，遭遇危险时鸟类明明可以直接飞回栖息地，而不必聚集成巨大的编队在空中盘旋。

赫普纳说：“人们最初的印象可能会认为椋鸟更倾向于缩短飞行时间，可实际上这样的壮观景象常常要持续半个小时到45分钟，椋鸟的体能会以惊人的速度得到消耗。”

“与此同时，它们的行为实际上吸引了捕食者的目光。他们仿佛在说，我们在这里，我们在这里。就这样，我们不得不追问，这样的机制究竟是如何发展的？”

另一种可能的解释有时被称为“抱团取暖”理论，它表明，齐鸣的声响可能扮演着栖息地宣传广告的作用，以此吸引更多的椋鸟到鸟群中以抱团取暖。

为了解开谜团，格洛斯特大学和皇家生物学学会的研究人员整理了来自3000多个椋鸟群的数据，这些数据是2014年和2015年来自23个国家的志愿者帮助收集的。2017年发表的论文显示，温度和椋鸟群的大小之间没有相关性，抱团取暖的假设失去了支撑。

（journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0179277）

研究还发现，椋鸟群中出现了鹰，隼或其他猛禽的数据不到三分之一，这为捕食理论提供了一些支持，但至今仍无法解释为什么这些鸟儿要聚在一起组织一场如此漫长的表演。

请欣赏椋鸟群的天空之舞，准备好鸡皮疙瘩掉一地👇：

纯粹美的行为？

不过，在对于椋鸟的研究上，研究人员在一点上达成了一致，那就是这些鸟非常聪明。赫普纳为了研究需要笼养了一些椋鸟，他说：“他们非常擅长啄开笼子上的锁，我们不得不在笼子用上挂锁。”

考虑到鸟类的大脑智慧，难道集群仅仅是它们对纯粹运动乐趣的有意识的表达吗？

格罗宁根大学的赫默里克说：“在没有捕食者的情况下，我的确认为可以将这种景象视作一种舞蹈。”

“我们不想过多地把这种猜想归因为集群的意图，但它们这样做时一定非常兴奋，”她说，“毕竟它们明明可以直接去睡觉的。”

一群椋鸟在其夜间栖息地附近飞向天空。© Nicholas Dunlop

原文链接：

www.nationalgeographic.com/animals/article/these-birds-flock-in-mesmerizing-swarms-why-is-still-a-mystery

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