Valkenier Robert Musters, hier met zijn havik
Groninger biologen Charlotte Hemelrijk en Hanno Hildenbrandt werken samen met valkenier Robert Musters. Zij willen het zwerm-gedrag van spreeuwen (en bijvoorbeeld wadvogels) in reactie op een roofvogel-aanval in wiskundige formules kunnen vangen.
Zo leren ze meer begrijpen van het fenomeen ‘zelforganisatie’. Spreeuwen en bijvoorbeeld strandlopertjes snappen niets van wiskunde, maar ze maken in vlucht zonder afspraak onderling toch een complex patroon. Dus iets ‘complex’ kan uit iets simpels ‘spontaan’ ontstaan. Dat is wat zelforganisatie min of meer inhoudt, de vogeltjes opereren in duizendtallen bijna alsof ze 1 lichaam zijn.
Musters is tegelijk werktuigbouwkundige die ‘nep’-roofvogels maakt. Die nep-vogels kunnen zo realistisch met klapvlucht vliegen, dat vogeltjes ‘m ook aanzien voor echte roofvogel: ze worden bang en gaan dan zwermen. Zo kun je in gecontroleerde omstandigheden dus proeven doen. Die voerde Musters onlangs nog uit op Vliegbasis Leeuwarden met een ‘nep’-havik, die duiven verjaagt.
Bonte strandlopers gaan zwenken in reactie op aanval roofvogel, je ziet afwisselend hun lichte buik en donkere rug
Die prooivogels zoeken net als herten in kuddes de veiligheid van het grote getal. Zo maken ze het een rover lastiger om een slachtoffer te kiezen. Een zelfde fenomeen van samenscholing in reactie op roofdieren, dat kun je ook zien bij scholen vissen in reactie op de aanval van tonijnen. Dat noem je een baitball in slecht Nederlands.
Wanneer je een computer-model wilt maken dat dit zwerm-gedrag op je beeldscherm kan nabootsen, moet je dus de wiskundige regels begrijpen die de dieren in een zwerm of school (onbewust) navolgen. Welke afstand hanteren ze tot 7 buren naast zich, hoe snel reageren ze op de buren. En hoe wijken ze uit, wanneer de roofvogel de zwerm induikt.
Aanvallende valk veroorzaakt golf van angst
Dat nabootsen van vogelgedrag op een computer verschilt niet veel van hoe programmeurs digitale tekenfilms maken van Pixar. Daarbij laat je bijvoorbeeld een mammoet in Ice Age zo realistisch mogelijk bewegen. Die bewegingen moet je- om ze in computer-bits (0-llen en 1-nen) om te zetten- in wiskundige formules kunnen vangen.
Maar daarvoor moet je eerst bestuderen hoe zo’n dier beweegt.
Bij het zwermgedrag moet je dus weten welke bewegingen al die vogeltjes maken in reactie op elkaar. In eerder onderzoek in Behavioural Ecology and Sociobiology (2015) onderzochten Hemelrijk en Hillebrandt de zogenaamde ‘waves of terror’ die door een spreeuwenwolk gaan, wanneer bijvoorbeeld een sperwer aanvalt of slechtvalk.
Op afstand lijkt het alsof de zwerm van al die vogeltjes een hogere dichtheid krijgt. Die donkere golf zie je dan door de zwerm heen en weer bewegen, en het lijkt dat die golf de roofvogel in verwarring brengt. Je kunt die reactie ook zien bij kanoetstrandlopers op het Wad.
Die strandlopers laten ook nog eens afwisselend hun donkere rug en lichte buik zien. Zo zie je steeds donkere en lichte flitsen door de zwerm gaan. Wat Hemelrijk en Hillebrandt bij de spreeuwenzwerm vonden, is dat die eigenlijk het zelfde doen als die strandlopers.
Kanoetstrandlopers die zwermen in reactie op een valk: de dichtheid wordt dus niet hoger, maar het naar ons toe getoonde vleugeloppervlak (ze draaien tegelijk hun rug in die verdichting van de zwerm)
Niet de dichtheid van de zwerm verandert, maar het (naar de waarnemer, danwel het roofdier) getoonde vleugeloppervlak wordt in zo’n ‘golf van angst’ even groter. Ze draaien in reactie op een aanval even naar links en weer naar rechts. Ze gaan ook niet sneller vliegen als een roofvogel in de buurt komt: want als je die versnelling naar je computermodel vertaalt, dan verdwijnt die donkere golf.
Zo kun je dus via waarneming uit het veld van natuur-verschijnselen, vertaald naar wiskunde in je computermodel (dat model heet bij Hemelrijk en Hildenbrandt “Stardisplay“), iets begrijpen van het fenomeen zelforganisatie, hoe dat ontstaat.
Die vogeltjes kennen geen wiskunde, en ze maken ook geen onderlinge afspraken. Toch ontstaan zo door collectief opgevolgd gedrag spontaan complexe patronen.
Eendjes (Smienten, fluiteenden) zwenken ook in reactie op een valk (stipje linksboven)
Wie weet, kan begrip van zwermgedrag ook helpen verklaren, hoe relatief complexe organismen en meercelligen ontstaan uit simpeler bacteriën. Het samenklonteren van bacteriën tot meercellige vormen, dat is ook wat levensmiddelen-technologen in zuivelfabrieken zien.
Dat vormen van klonten meercelligen doen die bacterieen in reactie op de pogingen van levensmiddelen-technologen om ze uit te roeien. Ze bestrijden om de fabriek schoon te houden. En om de melk-producten voor ongewenste besmetting te behoeden.
Of het nu een bacterie is of vogeltje, blijkbaar kunnen er gelijke natuurlijke regels ten grondslag liggen aan samenklonter-gedrag. De levensmiddelentechnoloog is dan voor de bacterie wat de valk is voor de vogeltjes. En het ontstaan van een complex patroon is dan gewoon een vorm van defensie.
Zo ontsnapt een levend wezen aan ongunstige milieu-veranderingen, of het nu een roofdier is of een ontsmettings-middel.