Intelligente Zwermen



Elsevier, Kennis 06-10-2017

Groninger biologen Charlotte Hemelrijk en Hanno Hildenbrandt starten samenwerking met valkenier en werktuig-bouwkundige Robert Musters.

Zij willen het zwerm-gedrag van bijvoorbeeld spreeuwen in reactie op een roofvogel-aanval kunnen vangen in wiskundige formules. Dan kun je in een computermodel vangen, wat voor ‘regels’ die vogeltjes in de natuur opvolgen.

Musters is tegelijk werktuigbouwkundige die ‘nep’-roofvogels maakt. Zijn nep-vogels -Avibird- genoemd- 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 toetsen, of je theorie over zwermgedrag klopt.

 

In eerder onderzoek in Behavioural Ecology and Sociobiology (2015) onderzochten Hemelrijk en Hillebrandt de zogenaamde ‘golven van angst’ die door een spreeuwen-wolk gaan, wanneer bijvoorbeeld een valk aanvalt.

Op afstand zie je een donkere golf door de zwerm gaan. Wat Hemelrijk en Hildenbrandt bij de spreeuwen-zwerm vonden, is dat niet de dichtheid van de zwerm verandert bij zo’n ‘golf van angst’. Als waarnemer zie je meer ’spreeuwen-oppervlak’ in het donkere deel van de zwerm. Omdat de vogeltjes collectief op het zelfde moment- als de valk aanvalt-daar hun rug en maximale vleugeloppervlak laten zien.

Met die angstgolven lukt het ze gezamenlijk vaak als groep de roofvogel te slim af te zijn. Dat foppen van roofvogels- zoals met zo’n angstgolf- dat heet een zogenaamd ‘verwarrings-effect’. Over het evolutionaire voordeel van zo’n effect publiceerden Hemelrijk en Hildenbrandt vervolgens dit voorjaar voor de Royal Society. Al dat (ogenschijnlijke) samen-geklonter en geflits in een zwerm maakt het de rover moeilijk zich op 1 slachtoffer te concentreren. Ook het vormen van een zo groot mogelijke groep- is een ‘verwarrings-effect’. Die effecten verlagen het jacht-succes van de valk.

 

Je kunt de ‘golven van angst’ zelf nu in de natuur zien. In de nazomer komen miljoenen Wadvogels- zoals kanoetstrandlopers- naar de Waddenzee om zich vol te vreten. Als een valk aanvalt, gaan ze massaal op de vlucht, en laten ze afwisselend hun lichte buik en donkere rug zien. Je ziet de flitsen door de zwerm gaan. Net als bij een school ansjovis die zwenkt wanneer tonijnen (roofvissen) aanvallen. Of het nu een school vissen is- met weinig hersens- is of vogels- iets meer- het patroon is het zelfde.

Maak je -zoals de Groningers- een computer-model dat dit zwerm-gedrag nabootst? Dan moet je wiskundige regels begrijpen die de dieren (onbewust) navolgen. Welke afstand hanteren ze tot 7 buren naast zich, en vele andere variabelen. Die afstanden tot elkaar en, hoe ze hun snelheid variëren kun je bijvoorbeeld vastleggen met hoge-snelheidscamera’s, als Musters zijn Avibird in actie komt.

De resultaten uit die metingen leveren formules op waarmee je een computer-model maakt dat de Groninger biologen Stardisplay noemen. De screensaver met figuren die over je beeldscherm stuiteren, zijn ook een simpele variant op zo’n ‘computer-model’ dat wiskundige gedragsregels volgt. Met zo’n model kun je dan achter je bureau de jacht van een valk op vogeltjes naspelen. Door dan met de snelheid en andere variabelen in de zwerm van je digitale vogeltjes te variëren, zie je wat voor effect dat heeft op patronen in je zwerm.

 

Het verbeteren van Stardisplay helpt de biologen bij het begrijpen van evolutie, vanuit de invalshoek van zogenaamde ‘zelforganisatie’: hoe kunnen simpele organismen zonder onderlinge afspraken toch complexe patronen vormen. Welke regels gelden? Wie weet, kan begrip van zwerm-gedrag ook helpen verklaren, hoe relatief complexe organismen en meercelligen ontstaan uit simpeler bacteriën.

Het tot een ‘zwerm’ samenpakken van bacteriën tot meercellige vormen, dat is ook wat levensmiddelen-technologen in zuivelfabrieken zien. Die technologen bestrijden schadelijke bacteriën met ontsmettingsmiddelen om de fabriek schoon te houden. En om de melk-producten voor ongewenste besmetting te behoeden. Sommige bacteriën gaan als verdediging tegen dat plots vijandige (voor hen giftige) milieu dan ook samenklonteren, alsof het meer-celligen zijn.

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 roofvogel is of een ontsmettings-middel.

 

////

 

 

Zwermgedrag

 

De grootste spreeuwen-zwermen die zich in het najaar vormen kunnen wel uit miljoenen exemplaren bestaan. Naast veiligheid van het getal tegen roofdieren, is iedere spreeuw ook een gloeilampje dat warmte afgeeft. Dus bij elkaar zijn ze in de winter een klein kacheltje.

Dankzij highspeed-camera’s meten wetenschappers hoe patronen in een zwerm ontstaan. Volgens onderzoeker Giorgio Parisi (PNAS 2010) lijken vogelzwermen wiskundig op lawines. Een systeem dat tegen een kantelpunt zit, slaat bij dat ene duwtje- zoals een roofdier-aanval- om in een heel ander patroon.