Nie trzeba być miłośnikiem ptaków, żeby obejrzeć się za przelatującym kluczem gęsi, żurawi czy stadem wróblaków. Zwłaszcza na jesień i na wiosnę potrafią one być imponujące i wcale nie musimy wyjeżdżać daleko, żeby je podziwiać. Ale jak to jest możliwe, że w takich stadach ptaki nie wpadają na siebie? Który ptak leci pierwszy w kluczu i czy są zmiany?
Zacznijmy od bardzo charakterystycznego widoku wiosną i jesienią. Obserwując lecące w kluczu gęsi, kormorany czy żurawie najczęściej widzimy lidera, za którym podążają pozostałe osobniki. Ptaki lecąc tworzą formację przypominającą literę V. Lot w tej formacji ma wiele zalet, między innymi pozwala widzieć i słyszeć pozostałe ptaki, dzięki czemu unikają one kolizji. Jednak to co jest najważniejsze to możliwość zaoszczędzania energii przez podążające za liderem ptaki.
Ptak lecący jako pierwszy ułatwia lot pozostałym osobnikom. Podczas lotu powietrze pod skrzydłami o wysokim ciśnieniu przepływa wokół końcówek skrzydła do obszaru o niskim ciśnieniu powietrza nad skrzydłami. Ten przepływ powietrza wytwarza dwa wiry, tworząc obszary wznoszenia na zewnątrz skrzydeł i obszary opadania bliżej osi lotu. Innymi słowy, podczas lotu powstaje wir powodujący spychanie powietrza bezpośrednio za ptakiem w dół, a powietrza znajdującego się dalej za nim i po bokach w górę (wznoszenie). Ptak lecący bezpośrednio za liderem ustawia się w takim miejscu, aby wykorzystać siłę nośną wytworzoną przez przepływ powietrza. Kolejne ptaki podtrzymują właściwe tempo i dostosowują machnięcia, aby utrzymać skrzydła w tej ruchomej strefie swobodnego wznoszenia. Lot w takiej formacji jest dużo bardziej wydajny energetycznie w porównaniu do lotu solo. Dawniej źródła podawały, że oszczędność może wynieść 50% i więcej, jednak jest możliwe, że były to zbyt optymistyczne wyliczenia. Dane uzyskane dla bernikli kanadyjskiej sugerują, że lot w formacji pozwala zaoszczędzić tym ptakom ok. 16% energii (referencje na końcu artykułu).
W jaki sposób gęsi decydują kto jest liderem? Nie ma to za dużo wspólnego z hierarchią, zazwyczaj ptaki mają równy udział w prowadzeniu formacji, aby rozdzielić wysiłek na kilka ptaków. Liderzy regularnie się zmieniają. Ptaki lecące z tyłu mniej się męczą, mają wolniejsze tętno niż te z przodu i rzadziej muszą machać skrzydłami.
W stadach grzywaczy lub czyży brak jednego lidera i wyglądają one na mniej zorganizowane i chaotyczne. Jednak pomimo tego ptaki nie wpadają na siebie i wciąż możemy zaobserwować mniej lub bardziej skoordynowane ruchy całości. Do jednych z bardziej widowiskowych należą formacje stad szpaków. Niejednokrotnie składają się one z setek lub nawet tysięcy osobników.
Badania prowadzone właśnie na stadach szpaków pozwoliły trochę przybliżyć tajemnicę niezwykłej koordynacji ptaków w stadzie. Odkryto, że jedną z najważniejszych zasad jest dystans do najbliższych sąsiadów ptaka, przy czym znaczenie ma ich liczba, a nie to czy są metr czy 5 metrów dalej. W dużym skrócie oznacza, że każdy ptak zwraca uwagę na ruch sześciu lub siedmiu najbliższych mu osobników i do nich dostosowuje swój lot. Nawet kiedy szpak ma w zasięgu wzroku piętnaście innych ptaków, będzie zwracać uwagę wyłącznie na najbliższych mu siedmiu sąsiadów. Dzięki takiej strategii szpaki nie wpadają na siebie i rezultatem są niezwykle widowiskowe przeloty ich stad. Dobra koordynacja utrudnia też potencjalnym skrzydlatym drapieżnikom polowanie.
Dlaczego akurat siedem? Nie do końca jest to wyjaśnione, ale istnieją dwa prawdopodobne powody. Możliwe, że to limit możliwości kognitywnych ptaków i mogą one śledzić maksymalnie siedem obiektów naraz. Możliwe też, że jest to optymalna liczba, żeby rzetelnie przekazywać informacje w grupie.
Literatura dla tych którzy chcą dowiedzieć się więcej:
Smart swarms, Peter Miller, wyd. Collins 2010
nationalgeographic.com/science/article/birds-that-fly-in-a-v-formation-use-an-amazing-trick
Young GF, Scardovi L, Cavagna A, Giardina I, Leonard NE (2013) Starling Flock Networks Manage Uncertainty in Consensus at Low Cost. PLoS Comput Biol 9(1): e1002894. doi:10.1371/journal.pcbi.1002894
Portugal, Hubel, Fritz, Heese, Trobe, Voelk, Hailes, Wilson & Usherwood. 2013. Upwash exploitation and downwash avoidance by flap phasing in ibis formation flight. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature12939
Maeng J-S, Park J-H, Jang S-M, Han S-Y. 2013 A modeling approach to energy savings of flying Canada geese using computational fluid dynamics. J. Theor. Biol. 320, 76 – 85. (doi:10.1016/j.jtbi.2012.11.032)
Voelkl B, Fritz J. 2017, Relation between travel strategy and social organization of migrating birds with special consideration of formation flight in the northern bald ibis. Phil. Trans. R. Soc. B 372: 20160235