Птицы и пчелы живут по математическим законам - японские ученые выяснили это...

13.07.2018

Группа японских исследователей из Института электросвязи заинтересовалась неожиданным вопросом: почему большинство птиц в полете об­разуют упорядоченную стаю, а пчелы или кома­ры — беспорядочный рой?

Ученые под руководством Наохико Симоямы и Йосинори Хаякавы начали с астрономической аналогии Звезды одной галактики в своем поле­те подчиняются закону тяготения и другим зако­нам небесной механики. Взаимное влияние со­седних звезд и определяет в конечном итоге форму их «стаи» — галактики. Законы, открытые Ньютоном, хорошо известны, имеют четкое ма­тематическое выражение, поэтому форму галак­тики можно рассчитать, имея данные об отдель­ных звездах. Если определить, какие силы влия­ют в полете на птицу или насекомое и как члены стаи влияют на своих соседей, можно будет рас­считать, какое формирование летуны образуют в движении.

Птица летит силой своих крыльев и испытыва­ет в полете силу земного тяготения и сопротивле­ние воздуха. Но кроме этих чисто физических сил птицы и насекомые подвержены «поведенческим» силам, которые уже довольно хорошо изучены это­логами Например, при групповом полете каждое насекомое стремится оказаться ближе к центру роя — там надежнее защита от хищников. Имеются и попарные взаимодействия: когда два летуна раз­делены определенной дистанцией, их тянет друг к другу, но когда сближение перейдет некую грани­цу, притяжение сменяется отталкиванием.

Переведя известные законы полета птиц и на­секомых в математические уравнения, японцы стали моделировать на компьютере образова­ние стай и роев. Например, ввели в компьютер индивидуальные характеристики комара, число комаров в рое и каждому задали случайное ис­ходное положение и случайную начальную ско­рость Машина после этого стала показывать, какую форму примет группа комаров.

Моделирование показало, что поведение груп­пы из 10 — 100 летунов с математической точки зрения очень несложно. Оно определяется всего одним числом: отношением среднего размера тела животного к произведению его средней ско­рости на продолжительность каждого взмаха кры­льев. Если это число меньше единицы, образует­ся упорядоченная стая, как правило, вытянутая в длину, если же это соотношение больше едини­цы, особи движутся беспорядочной «кучей».

Действительно, моделирование на экране ком­пьютера полета столь разных видов животных, как журавли, пеликаны, осы и пчелы, позволило полу­чить формы их стай или роев, близкие к реальным. Судя по расчетам, некоторые виды, например, ко­либри, по своим характеристикам находятся на грани между стайными и роевыми летунами. И в самом деле, колибри летают беспорядочными группками, имеющими свойства и стаи, и роя.

Хаякава намерен в дальнейшем расширить свое моделирование на стаи рыб и стада наземных животных, например, газелей. Но для этого уравнения придется несколько изменить.

Понравилась статья? Можете поддержать канал, если хотите - лайком, подпиской, или репостом в соцсетях.