從很小的時候起，成群的鳥就被視為一個整體，對它們如何成群結隊地飛行感到好奇。這些鳥兒不僅展示了他們的精神，還展示了他們的速度和協同作用。他們如何在極端的團體飛行和急轉彎中完美協調？秘訣是什麼？
鴕鳥為了躲避猛禽的攻擊，上演了一場鳥浪奇觀。新疆庫魯斯泰草原上，成千上萬的紫翅鴕鳥為了躲避猛禽的攻擊，草原蛞蝓在空中不斷變換陣型，有時像蝴蝶，時不時地變成羽毛，有時像大鳥，像有人指令它們在空中"畫"一般，整齊，有序地形成。（徐傳輝）
一群黑壓黑腹海蠅在沼澤地上高速盤旋，直到一隻灰背蜻蜓出現，同時轉身，黑腹沿海蜻蜓明亮的白色臀部閃爍，以驚人的速度将隊伍重新排列成沙漏。從遠處看，有鴕鳥的啁啾聲，一萬隻或更多，覆寫着地平線上的天空，像一隻跳舞的水母。
< h1級""pgc-h-arrow-right"data-track""5">為什麼鳥類成群結隊地飛行</h1>
從很小的時候起，成群的鳥就被視為一個整體，人們對它們如何成群結隊地飛行感到好奇。古羅馬人相信這些鳥是上帝的傑作，它們在飛行中受到上帝的引導，是以所有的鳥類都可以飛翔。20世紀初的科學家與羅馬人有着相似的觀點，探索隻有集體思維才能協同工作的鳥類的心靈感應。
當然，許多鳥類會蜂擁而至，但隻有少數鳥類會真正一起飛行。在1970年代，羅德島大學的生物學家弗蘭克·赫普納（Frank Heppner）提出了所謂的"飛行群"的概念：高度組織化的路線或叢集。飛蛾，蟋蟀和其他水禽形成"一個"或"人類"字形，大概是為了利用空氣動力學來節省能源。但最令人印象深刻的鳥類群應該說是那些形成大型，不規則形狀的群體的鳥類，如鴕鳥，鴕鳥和黑鳥。鳥的速度有多快？它們通常以64公裡/小時或更高的速度飛行，在密集的群體中，它們之間的空間可能隻比身體長一點。然而，鳥類可以做出驚人的急轉彎，在人類的眼中，動作是完美的協調的。想象一下，在高速公路上，你和你周圍的所有司機在沒有任何預排的情況下躲避，你可以看到困難。
難怪觀察家們一直在尋找解釋。赫普納已經研究鴿子成群飛行超過30年，他認為成群的鳥通過某種基于神經系統的"生物電"飛行。
然而，今天，從高速攝影到計算機模拟的技術創新，使生物學家能夠以前所未有的方式觀察和分析鳥類種群。其他學科的科學家，包括數學家、實體學家甚至經濟學家，都對這種現象産生了新的興趣。是以，研究人員比以往任何時候都更接近團體飛行的真相。
"我們現在對此知之甚少，但我認為我們正朝着正确的方向前進，我們将在未來五年内知道鳥類如何成群飛行以及它們為什麼要這樣做，"赫普納說。"
反口組回家，編隊飛行。一群反嘴蜻蜓在江西省鄱陽的湖南铊濕地國家級自然保護區飛翔，群落戶，形成蒼蠅。（燕賢鎮鳥網早鳥）
<h1級"pgc-h-arrow right-right-track"data-track""43"的></h1>更危險
從某種意義上說，成群的動物集體行動的目的是顯而易見的，無論是鴨子、有角的馬、鲭魚還是放牧的昆蟲。更多的眼睛和耳朵意味着更多的機會找到食物，以及更多及時找到侵略者的機會。
當捕食者撲上來時，鳥類反應迅速。許多研究表明，群體行動中的個體在獨處時更容易受到傷害。這在很大程度上是由于集體行動造成的混亂。通過快速旋轉或簡單地沿着軸線單獨旋轉，黑腹碼頭可以将羽毛的外觀從黑色更改為明亮的白色，進而産生快速閃光效果，可以吓唬或迷惑捕食者。研究表明，灰背鹦鹉在狩獵和捕殺沿海鳥類的過程中最成功地追逐個體。獵鷹确實跟上了擁擠的黑腹沿海蛞蝓和其他雙鳥，但是當攻擊導緻鳥兒摔倒時，狩獵的成功率會急劇增加。換句話說，數字意味着安全，呆在一起的鳥往往生活在一起。意大利鳥類學家克勞迪奧·卡雷爾（Claudio Carere）曾參與羅馬鴕鳥群的合作研究，他說："摔倒總是更危險。
英國進化生物學家威廉·漢密爾頓（William Hamilton）在1971年創造了"自私叢集"一詞來描述這種現象。他寫道，每個群體成員的行為都是為了簡單的自身利益。當捕食者接近一個群體時，群體中的所有個體都會移動到最安全的地方，在群體的中間，以減少被捕獲的風險。對年輕的沿海鳥類的觀察表明，掌握這一點可能需要一些時間，因為它們隻會随着時間的推移學會形成有凝聚力的群體。正如他們所做的那樣，自然選擇決定了最不擅長與該群體共生的鳥類最有可能被捕食者捕獲。
廣東省汕頭市漢江口濱海濕地的"鳥浪"。每年春天遷徙高峰期，來自澳洲和東南亞的北上鳥類陸續來到汕頭，在漢江口濕地停留，作為補充體能的"中轉站"，然後踏上前往西伯利亞等北方繁殖地的漫長旅程。（中國地圖）
<h1級""pgc-h-right-arrow"資料軌道""44">群鳥從秩序的支撐下飛起來</h1>
自我利益可以解釋許多觀察到的群體運動，例如密度。但它并沒有解釋鳥類如何獲得同步移動和避開捕食者所需的資訊。群體中的每隻鳥都不可能同時看到快速飛行的獵鷹。那麼，他們怎麼知道該走哪條路來避免危險呢？科學家們在他們對魚類資源的研究中發現了線索。海洋中的許多物種也可以像最有凝聚力的鳥類群一樣複雜地移動，并且它們更容易研究，因為可以在露天水族館中觀察和拍攝魚類。在20世紀60年代，俄羅斯生物學家德米特裡·拉達科夫（Dmitry Radakov）對這種魚進行了測試，發現如果每條魚都能簡單地與鄰居協調，它們就可以成功地避開捕食者。他描述說，即使隻有少數人知道捕食者來自哪裡，他們也可以引導一個大型魚群，引導他們的鄰居和鄰居效仿。與具有明确上司的團體不同，叢集是民主的，它們在基層發揮作用，任何基層成員都可以發起其他成員将效仿的運動。
拉達科夫的理論直到1980年代才得到完善。就在那時，計算機程式員開始建立模型，模拟動物群體如何對其中個體的運動做出反應。結果表明，每隻鳥都能夠在飛行時遵循三個簡單的規則來形成一個緊密結合的群體。一個是避免碰撞，另一個是保持相同的速度，第三個是朝着與同伴相同的方向移動。通過将這三個功能輸入到計算機模型中，您可以建立您喜歡的任何生物的"虛拟組"。它們可以改變密度，改變形狀，并且像現實世界中的鳥類一樣，在狹小的空間内快速轉動。從《獅子王》到《水下動員》，電影制作人使用類似的軟體來描繪和模拟大型動物群體的真實動作，無論是賽角馬還是漂浮的水母。
穿越馬拉河的角馬被稱為天堂之渡，是東非野生動物大遷徙中最引人注目的場景之一。大量有角的馬越過馬拉河遷徙，它們需要成群結隊地過河，以逃避潛伏在河中的鳄魚。（中國地圖）
但是，現實世界并不像軟體那樣工作。基礎模型的一個問題是，它不能完全解釋鳥類如何像它們那樣快速地做出反應。這就是韋恩·波茨（Wayne Potts）在1970年代末還是一名研究所學生時所意識到的。Potts現在是猶他大學的生物學家，他對華盛頓州普吉特灣的黑腹沿海飛蛾進行了廣泛的研究。通過拍攝鳥類并分析每隻鳥如何逐幀移動，他發現了一個旋轉的漣漪穿過羊群，就像體育場裡的觀衆制造波浪一樣。他将自己的發現命名為卡巴萊特假說。一個舞者在開始踢他的腿之前等待他的鄰居移動，黑腹蟒蛇觀察他周圍的許多鳥類，而不僅僅是他最近的同伴，尋找下一步該做什麼的線索。這一發現終結了舊的心靈感應理論。
數以萬計的候鳥盤旋在古州灣上空覓食。深秋時節，随着氣溫的下降，山東青島環灣沿岸濕地的灰色斑點、黑色的腹部、白色的腰部、候鳥等聚集在海岸線上，景色壯觀。（中國地圖）
<h1級"pgc-h-右箭頭資料跟蹤">你周圍有七隻鳥，可以聚集一百萬隻鳥</h1>
每年都有成千上萬的鴕鳥湧向它們的羅馬栖息地。每天黃昏前，它們都會飛出鄉村的橄榄樹林，白天在昏暗的天空中覓食。正如美國博物學家雷切爾·卡森（Rachel Carson）所描述的鳥類可預測的習性時，成千上萬的鳥類聚集在一起，形成密集的球形、橢圓形、圓柱形和波浪形的線條，這些線條會立即改變它們群體的形狀。鴕鳥群激怒了許多居民，他們厭倦了他們留下的糞便，其中許多人享受着他們精湛的飛行表演。
"當鴕鳥靠近它們的栖息地時，它們經常受到鷹的攻擊，它們表現出令人驚訝的群體行為。"它們壓縮并分解，分裂和合并形成'恐怖波' - 從立即接近并看起來很壯觀的鷹身上閃過，"卡雷爾說。"
在丹麥西南部的沿海濕地，春天鴕鳥的數量可以超過100萬隻，當地人說他們會在傍晚看到一個"黑太陽"，這将使天空變暗。但是，對于羅馬的鴕鳥來說，研究也更容易，因為它們的主要栖息地之一是城市中央火車站和羅馬國家博物館分館之間的公園。
成群結隊的鴕鳥聚集在一起改變陣型，就像神秘的外星人一樣。英國蘇格蘭格雷特納，2020年10月。夜幕降臨之前，成群結隊的鴕鳥聚集在空中盤旋，形形各異，像神秘的外星人。鴕鳥聚集在一起的原因有很多，例如降低被捕和進食的風險，同時提高覓食效率。（中國地圖）
在過去的兩個冬天裡，來自泛歐合作組織StarFLAG的研究人員一直在曆史悠久的馬西莫宮（Massimo Palace）的屋頂上記錄數小時，将兩個相連的錄影機對準數千隻正在進行特技飛行的鴕鳥。一些研究人員以前曾使用高速立體攝影來分析鳥類的整體結構，但這隻适用于相對較小的群體。一旦一群鳥超過20隻，它的結構就很難梳理。"你必須說誰是誰，在用不同相機拍攝的照片中，它們在不同的圖像中看起來不同。與StarFLAG合作的意大利實體學家安德裡亞·卡瓦尼亞（Andrea Cavagna）說："人眼很難分辨，成千上萬的鳥是不可能的。使用從統計力學領域引入的軟體，通過檢查材料的分子結構來解釋材料的性質，Kavagner和其他實體學家現在已經能夠比對不同照片中的多達2，600隻鴕鳥。這使他們能夠比以往更準确地繪制鳥類的三維結構。在螢幕上，他們可以将他們看到的鳥想象成一個實心的整體圓圈，并将它們解釋為一個球體，或者更确切地說是更複雜的形狀，例如煎餅，圓柱體或打開的杯子。他們可以從任何角度看它，并觀察它以每秒10幀的速度改變形狀。
結果是一個可量化觀察的推測領域。通過放大三維重建，研究人員能夠了解組中個體鴕鳥之間的空間關系。他們發現，無論一個群體從外部看起來多麼密集，其成員都不會均勻地分布為網格上的節點。相反，就像高速公路上的司機一樣，每個成員的後面和前面都有足夠的空間。鴕鳥似乎并不介意鄰居在他們周圍或上下，隻要他們面前有空間。
這是有道理的，因為在飛行方向上有一條清晰的路徑，當鳥類需要突然改變其飛行路徑時，可以最大限度地減少碰撞的可能性，就像它被鷹攻擊一樣。但這種空間不對稱的真正美妙之處在于，研究人員已經能夠計算出每隻鴕鳥密切關注的鄰居數量——這是對波茨"歌舞團假說"的定量描述。通過觀察相鄰鴕鳥運動之間的相關性，他們可以證明每隻鳥總是關注相同數量的鄰居，無論它們的距離或距離如何。
那麼鄰居的數量是多少呢？卡瓦格納認為是六七個。他指出，鴕鳥群中幾乎總是看到更多的附近鳥類，但數量可能與鳥類的認知能力密切相關。實驗室測試表明，鴿子可以很容易地識别多達六個不同的物體，但不能識别更多。這似乎足以專注于一個或多個鄰居，讓鴕鳥在需要時快速移動。但是，将關注的鄰居數量保持在六到七個可以避免将大腦與來自更遠鳥類的不可靠或過多的資訊混淆。
然而，目前尚不清楚他們所做的是否隻是監視他們的鄰居。荷蘭格羅甯根大學的幾位StarFLAG合作者一直在使用這些密切關注的鳥類來校準計算機模型，這些模型比以前任何分析群體行為的計算機模型都要複雜。他們正試圖改進實體學家建立的模型，以更準确地反映鴕鳥面臨的真實條件，如重力和空氣湍流。研究人員還試圖了解鴕鳥在飛行中是如何交流的。雖然每個人都同意鴕鳥用眼睛近距離導航，但這可能不是他們所擁有的全部。
"我認為這既是健全的，也是有遠見的。"但沒有人确切知道它是如何工作的，"卡雷爾說。他認為鴕鳥甚至可以利用來自近鄰的空氣中的觸覺來引導它的方向。顯然，從這些最普通的鳥類身上還有很多東西可以學習。
< h1級"pgc-h-right-arrow"資料軌道""46">靈感來自鳥類</h1>向人類飛行
弗蘭克·赫普納（Frank Hepner）認為，研究人員很快就能解釋其中的許多奧秘，盡管他繼續質疑關于群體行為的一些最基本的假設。例如，他想知道為什麼鴕鳥在羅馬上空飛得如此壯觀，持續了幾分鐘才安頓下來。"如果他們真的想避開獵鷹，為什麼不快點消失呢？"他們所做的不是避開捕食者，而是吸引捕食者。"赫普納說。他推測，可能已經發生了一些基于數學的基本行為，實體學家稱之為"緊急屬性"。在這種情況下，整體比各部分的總和大得多。鴕鳥可能隻是受到由其個體程式設計引起的複雜行為的影響，例如聚類，這是不可避免的。對于人類來說，應該了解，因為我們知道這是一個簡單的生物規則，比如原始的人類本能對色彩鮮豔、移動的物體産生興趣，并可能導緻不可預測的、明顯不合理的行為，比如飛到幾千英裡外的布朗斯維爾去看一朵金冠雛菊。
"這可能是因為這些行為就像鳥類遵循規則的邏輯副産品，"Hepner說。您完全有可能從可預測的規則中得出不可預測的行為。"也許羅馬的鴕鳥會激發人們的集體決策。一些隸屬于StarFLAG計劃的科學家正在研究選民如何影響彼此的選擇，以及在特定地點設立新銀行分行的決定是否構成匆忙的可能性。
對一些人來說，這種了解群體行為的實際應用可能與了解上帝的意圖一樣有價值。但是，它們的價值可能低于确定人們如何影響群體的價值。在過去的幾年裡，在羅馬過冬的鴕鳥數量并沒有那麼大，但随着氣候變化，再加上其他因素，羅馬更适合他們的生活。但随着栖息地和食物的變化，許多鳥類正在減少。
然而，最典型的群體行為啟示，可能是對了解和享受鳥類飛行的探索。人們想知道整個世界是如何運作的，但他們也想簡單地欣賞它。無論計算機模型假設什麼，閃爍的黑腹鴕鳥和快速旋轉的鴕鳥一樣雲将保持吸引力，至少在某種程度上，它們将繼續表現。（由《人類的森林》的Peter Friederici撰寫，來自allAboutBirds專欄康奈爾鳥類學實驗室授權劉建國編譯編輯王強）