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鸟群是怎样自觉保持队形的?

鸟群中的鸟似乎是通过“集体波”(collective wave)来相互交流的,但集体波在某些特定大小的鸟群中似乎不能传播。

鸟群中的鸟为了总能保持飞在一起,需要彼此交换飞行轨迹信息。科学家尝试用随鸟群高速飞行的波来为这种通信建模,一项新的分析显示,小的鸟群和大的鸟群中用于传递信息的波或许不一样,而在中等大小的鸟群中甚至没有哪一种波能起到作用。正是因为这种鸟群无法通过集体波来传递信息,它们才容易散开,这也解释了为何鸟群的大小总会受到特定的限制。

此前关于鸟群集体行为的研究表明,鸟类在成群飞行时,喜欢在彼此之间保持固定的距离。当一只鸟转向时,它的邻居也会调整自身的位置,从而造成鸟群中密度的波动,产生一阵向外的密度波,正是这种密度波在整个鸟群中起到了通讯的作用。然而,近期一项分析发现,鸟群中的信息可能还是通过飞行方向变化的波,或者说“自旋”来传播更为有效。当一只鸟改变飞行方向时,它周围的所有鸟都随即改变方向,这一信息就向外传播开来——就跟磁性材料中的自旋波一样。

来自意大利国家研究委员会的Andrea Cavagna和同事们近期在连续极限上使用了这一自旋波模型,把鸟当作一个大的水动力系统中的液体成分,自旋波和密度波都存在,但有时候它们还没传播多远就减弱消失了。研究者发现,在小型鸟群中,只有自旋波能传播,在大型鸟群中密度波则占主导地位,而在中等大小的鸟群中,两种波都无法传播,就使得这一大小的鸟群无法稳定存在。研究结果对其他动物群体也有启发作用,如鱼群和哺乳动物群。

(撰文:Michael Schirber,翻译:丁家琦)

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