Утренний хор птиц — одно из самых узнаваемых явлений в природе. Каждое утро, еще до того как солнце полностью поднимется над горизонтом, группы птиц начинают петь почти одновременно. Зоологи изучают это поведение десятилетиями, но точные механизмы оставались неясными.
Александр Кайе, исследователь из Университета Уорика в Великобритании, предложил объяснение с помощью математической модели. Его работа опубликована в научном журнале Journal of the Royal Society Interface.
Исследователь вдохновился теорией катастроф — разделом математики, который описывает, как система может внезапно изменить поведение при плавном изменении внешнего фактора.
Классический пример — дерево, которое внезапно ломается при постепенном увеличении скорости ветра. Мне стало интересно, может ли та же математическая идея объяснить, почему птицы начинают петь почти одновременно по мере того, как небо постепенно светлеет.
В модели ученого каждая птица представлена как отдельный агент, который может либо молчать, либо петь. У каждой птицы есть свой порог начала пения — уровень стимуляции, который должен быть превышен, чтобы она запела. Этот порог зависит от двух факторов: уровня освещенности (чем светлее, тем выше стимул) и количества поющих птиц поблизости (чем больше соседей поют, тем сильнее стимул).
Поскольку у каждой птицы порог немного отличается, никакие две особи не реагируют одинаково. Кайе использовал вероятностное распределение, чтобы описать эти индивидуальные различия, а затем проанализировал модель с помощью математических инструментов и компьютерных симуляций с тысячами «виртуальных» птиц.
Результат: даже при том, что каждая птица следует очень простому правилу, модель естественным образом воспроизводит быстрое начало утреннего хора. Социальное взаимодействие усиливает эффект от увеличения освещенности, и как только несколько птиц начинают петь, «волна» пения быстро распространяется через популяцию.
В будущем Кайе планирует проверить свою модель на реальных записях утренних хоров, чтобы увидеть, насколько точно она предсказывает время начала пения при разных условиях. Он также хочет сделать модель более биологически реалистичной, добавив такие факторы, как температура, осадки, ветер и присутствие хищников, которые, как известно, влияют на пение птиц.
Математическая модель может оказаться полезной и для изучения других коллективных поведений животных — например, хоров насекомых, брачного поведения, группового поиска пищи и даже некоторых человеческих социальных явлений, таких как аплодисменты в конце представления или эвакуация из общего пространства.
Ранее Наука Mail рассказывала об открытии восьми универсальных мотивов птичьего пения.