Die unglaubliche Wissenschaft hinter dem Murmeln von Sternen

"Das war verdammt großartig."

"Wow! Was für eine Erfahrung das war."

"Es ist eine beeindruckende und dennoch demütigende Erfahrung der Natur aus erster Hand. Die Art und Weise, wie sie sich bewegen - es ist, als könnte man die unsichtbaren Flüsse der Lebensenergie beobachten."

Dies sind nur einige der Kommentare, die Neels Castillon in einem Video von einem Star-Murmeln hinterlassen hat, das letztes Jahr viral wurde. Die Kommentare sind keine Überraschung. Wenn Sie jemals das Vergnügen hatten, eine Herde Stare zusammen fliegen zu sehen, dann wissen Sie, dass es so ist, als würde man eine sich verändernde Wolke beobachten, eine einzelne, die sich in unvorhersehbaren Formationen am Himmel bewegt und dreht. Aber was Sie wirklich sehen, sind Tausende, manchmal Millionen einzelner Vögel.

"Es ist so großartig, dass Vögel solche koordinierten Änderungen massenhaft vornehmen können ... Die Kommunikation muss sofort erfolgen", schreibt ein Kommentator in einem anderen, ähnlichen Video.

Nun, nicht sofort, aber außerordentlich schnell - so schnell, dass wir staunen. Und es ist etwas, das seit langem das Interesse von Wissenschaftlern geweckt hat. Jetzt, da wir über Technologien verfügen, die mit der Aktivität der Vögel Schritt halten und diese dann verlangsamen können, finden Wissenschaftler heraus, wie sie zu einer solchen koordinierten Bewegung fähig sind. Folgendes haben sie entdeckt:

Wenn sich Stare abends versammeln, um sich niederzulassen, nehmen sie oft an einem sogenannten Murmeln teil - einer riesigen Herde, die sich am Himmel verändert, als wäre es eine wirbelnde flüssige Masse. Oft wird das Verhalten durch die Anwesenheit eines Raubtiers wie eines Falken oder eines Wanderfalken ausgelöst, und die Bewegung der Herde basiert auf Ausweichmanövern. Es gibt Sicherheit in Zahlen, so dass sich die einzelnen Stare nicht zerstreuen, sondern sich als intelligente Wolke bewegen können, die sich von einem tauchenden Raubvogel entfernt und Tausende von Vögeln fast gleichzeitig die Richtung ändern. Die Frage, die Wissenschaftler verblüfft hat, ist, wie jeder Vogel, die meisten von ihnen zehn oder Hunderte von Vögeln von der Gefahr entfernt, die Verschiebung spürt und sich im Einklang bewegt.

Das Geheimnis liegt in denselben Systemen, die für alles gelten, was sich an der Schwelle einer Schicht befindet, wie Schnee vor einer Lawine, bei der die Geschwindigkeit eines Vogels die Geschwindigkeit des Restes beeinflusst. Es wird "skalierungsfreie Korrelation" genannt, und jede Verschiebung des Murmelns wird als kritischer Übergang bezeichnet. Giorgio Parisi, ein theoretischer Physiker an der Universität von Rom, leitete ein Forschungsteam, das sich mit der erstaunlichen Bewegung von Staren befasste, und veröffentlichte 2010 einen Artikel in den Proceedings der National Academy of Sciences.

"Die Änderung des Verhaltenszustands eines Tieres beeinflusst und wird von allen anderen Tieren in der Gruppe beeinflusst, egal wie groß die Gruppe ist. Skalenfreie Korrelationen bieten jedem Tier einen effektiven Wahrnehmungsbereich, der viel größer ist als der direkte interindividuelle Interaktionsbereich, wodurch die globale Reaktion auf Störungen verbessert wird. "

Da die Größe der Herde keine Rolle spielt, kann eine große Herde auf einen Raubtierangriff genauso effektiv und flüssig reagieren wie eine kleine Herde. Unabhängig von der Größe funktioniert das System. Wenn ein Vogel die Geschwindigkeit oder Richtung ändert, ändern sich auch die anderen. Die Frage bleibt jedoch: Wie löst ein einzelner Vogel eine Veränderung aus, wenn alle damit beschäftigt sind, auf die Bewegung aller anderen zu reagieren? Und was noch wichtiger ist, wie machen sie das so unglaublich schnell?

Die Kunst und Wissenschaft der Synchronisation

"In der Teilchenphysik findet sich eine synchronisierte Orientierung in Systemen mit 'geringem Rauschen', in denen Signale ohne Verschlechterung übertragen werden. Ein geringes Rauschen reicht jedoch nicht aus, um synchronisierte Geschwindigkeiten zu erzeugen, die in kritischen Systemen zu finden sind. Die Forscher geben das Beispiel von Ferromagnetismus, bei dem Partikel in einem Magneten bei einer präzisen, "kritischen" Temperatur eine perfekte Verbindung aufweisen ", schreibt Wired. Die Forschung des Teams legt nahe, dass das Murmeln von Sternen ein so kritisches System ist.

Im Jahr 2012 veröffentlichte das Team weitere Untersuchungen, die zeigen, dass jeder Vogel tatsächlich auf die ihm am nächsten gelegenen Vögel reagiert und dass die Bewegung das Ergebnis einer Reihe von Kurzstreckenreaktionen ist. Bei der Studie von 2010 untersuchte das Team die Geschwindigkeit. diesmal studierten sie Orientierung. Das Team maß, wie sich eine Richtungsänderung eines Vogels auf die Umgebung auswirkt, und stellte fest, dass die Bewegung eines Vogels nur die sieben nächsten Nachbarn betrifft. Ein Vogel beeinflusst also seine sieben nächsten Nachbarn, und jede Bewegung dieser Nachbarn wirkt sich auf ihre nächsten sieben Nachbarn aus und so weiter durch die Herde. Auf diese Weise kann eine Herde wie eine sich drehende, verwandelnde Wolke aussehen, wobei sich einige Teile mit einer Geschwindigkeit in eine Richtung und andere Teile mit einer anderen Richtung und einer anderen Geschwindigkeit bewegen.

"Die engste statistische Übereinstimmung für dieses Verhalten ergibt sich aus der Physik des Magnetismus und beschreibt, wie sich die Elektronenspins von Partikeln mit ihren Nachbarn ausrichten, wenn Metalle magnetisiert werden", berichtet Wired. "In zukünftigen Forschungen plant Giardinas Team, die Beflockung in anderen Organismen zu untersuchen, beispielsweise in lokalen Mückenarten, die andere Muster des kollektiven Fliegens zeigen."

Warum sieben? Es ist eine dieser Zahlen, die nur in der Natur funktioniert, und ein systemtheoretischer Ansatz zur Untersuchung von Starherden hat dies gezeigt. "Die Interaktion mit sechs oder sieben Nachbarn optimiert das Gleichgewicht zwischen Gruppenzusammenhalt und individueller Anstrengung", schreiben die Forscher in der Studie.

Auch wenn wir es nicht vollständig verstehen, ist ein Murmeln leicht zu bewundern. (Foto: Adam [CC BY 2.0] / Flickr)

Die genaue Funktionsweise von Star-Murmeln ist etwas, das wir noch nicht vollständig verstanden haben, obwohl Giardinas Team bedeutende Fortschritte erzielt hat. Wenn wir das tun, gibt es in der Wissenschaft aufregende Möglichkeiten, dieses Wissen anzuwenden. Das Forschungsteam gibt an, dass ihre Ergebnisse sowie ihr Ansatz zur Untersuchung des Verhaltens "Auswirkungen auf das Unsicherheitsmanagement in sozialen und technologischen Netzwerken" haben.

Aber jetzt können wir in der Dämmerung stehen und beobachten, wie sich eine Starherde wie eine Einheit bewegt, wirbelt und krümmt sich, während sich Individuen als kollektives Ganzes bewegen. Neugierig, wie man das mit eigenen Augen sieht? Grainger Hunt schreibt über All About Birds:

"Suchen Sie in den kühleren Monaten nach Staren in der Nähe von Molkereien, Futterplätzen, Weinbergen oder überall dort, wo landwirtschaftliche Reste vorhanden sind. Wenn Sie sie in ihrer Vielzahl finden - sozusagen in der kritischen Masse -, ist wahrscheinlich ein Wanderfalke in der Nähe oder vielleicht ein Merlin. Prairie Falcon, Cooper's Hawk oder sogar ein Rotschwanzbussard. Alle sind in der Lage, die Wolkenreaktion hervorzurufen, obwohl keine so spektakulär ist wie ein Wanderfalke. Machen Sie es sich bequem, lehnen Sie sich mit Ihrem Fernglas zurück und suchen Sie nach dem Raubtier in der Nähe der dunkelsten Bereiche, in denen Individuen sind am engsten gepackt. Schauen Sie genau hin, direkt außerhalb der Wolkenränder, und lassen Sie die Natur sich offenbaren. "

Hier ist das Video, das ich zuvor erwähnt habe. Es wurde letztes Jahr viral und es ist leicht zu verstehen, warum: Murmeln sind faszinierend. Zusätzliche und ebenso umwerfende Videos von Gemurmel können hier angesehen werden.

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