前段時間，在黃河入海口,數(shù)十萬只候鳥集群，在空中組成流動的鯤鵬，在云端翻滾涌動，讓莊子的逍遙照進(jìn)了現(xiàn)實。

黃河入?？谛嗡砌H鵬的鳥浪（圖片來源：人民日報）

相同的情況，還有沈陽漫天的烏鴉。

圖片來源：不相及研究所

但問題來了，在既沒有塔臺也沒有交警的情況下，這數(shù)以萬計的鳥類是如何協(xié)同交流，自由變換隊形而從不發(fā)生追尾剮蹭？

椋鳥（圖源：https://www.smithsonianmag.com/）

難不成，靠心靈感應(yīng)？你還別說，真有人這么想過，上世紀(jì)30年代，英國鳥類學(xué)家埃德蒙·塞洛在研究椋鳥的群體飛行時候就曾提出過這一浪漫的猜想，他在著作中寫道，這些鳥“必須同時集體思考?！?/p>

到了 90 年代，物理學(xué)家塔馬斯?維切克（Tamás Vicsek）提出的經(jīng)典模型給出了更理性的解釋，認(rèn)為每只鳥只需跟隨相鄰的鳥保持同向飛行，即可形成群體秩序。然而，這一模型雖能解釋部分群體飛行的特征，卻始終無法破解鳥群精準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)向的核心謎題。這叫像各種公式你熟稔于心，但是做起題來卻無從下手。

天空中同步轉(zhuǎn)向的椋鳥群（圖片來源：國家地理圖片集）

2010年，《美國國家科學(xué)院院刊》發(fā)表的一項研究，為我們揭開了第一重密碼：研究團(tuán)隊于2005-2007年的冬季日落時分，在羅馬一處椋鳥主要棲息地展開實地觀測，通過技術(shù)手段重建了不同規(guī)模（122只至4268只）椋鳥群中個體的三維位置與速度數(shù)據(jù)(Cavagna et al., 2010)。

A某一固定時刻下，椋鳥群中個體鳥類速度的二維投影；B同一鳥群、同一時刻下，個體速度漲落的二維投影（圖片來源：Cavagna et al., 2010）

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每只椋鳥僅與身邊約 7 只鄰近個體保持直接行為互動，其行為變化就能觸發(fā)整個群體的同步響應(yīng)。

鳥群協(xié)同示意圖（圖源; https://asknature.org/）

這一現(xiàn)象的核心被概括為“無標(biāo)度相關(guān)性”簡單說就是鳥群里沒有 “信息死角”！復(fù)雜一點說就是動物群體中個體行為波動的相關(guān)性無固有特征長度，而是以群體規(guī)模為唯一尺度，并推導(dǎo)出一個簡單的方程——

舉個例子，如果我們把鳥群看成一個班級，每只鳥就是一名同學(xué)，行為變化就是上課時候講的悄悄話。

正在上課的鳥同學(xué)（圖片來源：作者使用AI生成）

方程中r是兩名同學(xué)的座位間隔；γ是“悄悄話” 的衰減系數(shù)，這個值越小，悄悄話的傳遞就越不容易傳變味。當(dāng)γ趨近于0的時候，1/rγ就無限趨近于1，意味著“距離對相關(guān)性幾乎無影響”，也就是說，你在第一排說的悄悄話，最后一排的學(xué)生會完整無誤地聽到。

實驗中發(fā)現(xiàn)椋鳥的γ值僅0.19±0.08（幾乎接近0）—— 對應(yīng)鳥群中，遠(yuǎn)近距離的個體行為波動相關(guān)性幾乎不衰減；

起飛的鳥群（圖源; https://blog.mybirdbuddy.com/）

不過在黃河入海口化為鯤鵬的鳥類數(shù)量顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過4000這個數(shù)量級，根據(jù)統(tǒng)計其中光是花臉鴨就超過了24萬只,也就是說，這次悄悄話的傳遞，顯然不是一個小班，而是在階梯教室上課的超大班級。

花臉鴨（圖片來源：懂鳥app）

好在，隨著鳥群（班級）規(guī)模L的擴大，能同步聽到悄悄話的同學(xué)范圍，即相關(guān)長度ξ也按照比例擴大，不會出現(xiàn)班級太大最后一排的同學(xué)就聽不清悄悄話的問題

值得一提的事，根據(jù)《科學(xué)》網(wǎng)一篇名為“鳥群如何像液氦”的評述文章，這一方程與液態(tài)氦的超流體特性十分相似：當(dāng)液氦冷卻至接近絕對零度時，會變成無黏度的超流體，原子處于統(tǒng)一量子狀態(tài)，這種凝聚效應(yīng)與鳥群的協(xié)同行為在數(shù)學(xué)上高度契合。

圖源：https://www.newscientist.com/

這樣一來，我大膽猜測，莊子除了是一名拍鳥大爺，可能在退休前還是還是一名優(yōu)秀的物理學(xué)家！

莊周夢蝶（圖片來源：https://image.baidu.com）

如果說無標(biāo)度相關(guān)性是 “基礎(chǔ)設(shè)定” ， 那第二重密碼 “高效信息傳遞”就是鳥群的“開掛神器”！ 2014 年《自然 · 物理》發(fā)表的一項重磅研究數(shù)據(jù)顯示，轉(zhuǎn)向指令由數(shù)只椋鳥發(fā)出后，會以每秒 20 至 40 米的速度在鳥群中傳播，這意味著一個 400 只鳥的群體，僅需半秒多一點的時間就能完成全員轉(zhuǎn)向 (Attanasi et al., 2014) 。

紫翅椋鳥（圖片來源： simonglinn via Birdshare; murmuration photo by ad551 via Creative Commons.）

這樣是放在人類世界，相當(dāng)于全班同學(xué)秒回消息，零延遲！更令人驚嘆的是，這種信息傳播遵循“線性色散定律”——傳播距離與時間成正比，不會像WIHI一樣，距離越遠(yuǎn)信號越弱！

除了視覺上的行為聯(lián)動，聲音信號則構(gòu)成了鳥群協(xié)同的第三重密碼。對于許多群居鳥類而言，遷徙出發(fā)前的鳴叫并非隨意發(fā)聲，而是一種“共識溝通”——鳴叫強度的變化，直接反映了群體中“準(zhǔn)備出發(fā)”的個體比例，成為集體決策的關(guān)鍵信號。

科學(xué)家對寒鴉的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鳴叫強度達(dá)到-80至-70dB/Hz的臨界值時，就相當(dāng)于觸發(fā)了“全軍出擊”的信號，整個群體能在1至7秒內(nèi)同步升空。

寒鴉（

Corvus monedula

為驗證這一機制，研究者開展了回放實驗：向棲息地播放寒鴉的鳴叫錄音，結(jié)果使群體的首次大規(guī)模出發(fā)時間平均提前了6.57分鐘，而播放風(fēng)噪聲等對照信號時鳥群則理都不理(Dibnah et al., 2022)。這波操作，就是鳥類版的天王蓋地虎只能對寶塔鎮(zhèn)河妖！

圖片來源：gerdtromm / Getty Images

東營遷徙的候鳥雖非寒鴉，但這套“聲音共識”技能基本是群居鳥類的標(biāo)配。尤其是清晨或傍晚低光環(huán)境，視覺信號不便使用時，鳴聲就是鳥類的“無線對講機”，確保大家同時開沖，從根源上杜絕 有人搶跑、有人掉隊的碰撞風(fēng)險。這操作，像極了夜爬泰山時，大家跟著“一二一”的口號同步登頂，主打一個“聽指揮，不掉隊”！

從7只鳥的簡單互動，到幾十萬只鳥結(jié)成宛如垂天之云的鯤鵬隊形，鳥群用三重密碼向我們印證：復(fù)雜的集體行為，往往源于最簡單的規(guī)則。

背誦《逍遙游》的時候，總以為那是兩千多年前莊子筆下的浪漫神話。未曾想千年之后，生態(tài)保護(hù)帶來的生命奇跡，竟讓我們親眼見到了莊子創(chuàng)作的靈感源頭。

“化而為鳥，其翼若垂天之云”（圖片來源：人民日報）

參考文獻(xiàn):

1.Attanasi, A., Cavagna, A., Del Castello, L., Giardina, I., Grigera, T. S., Jeli?, A., Melillo, S., Parisi, L., Pohl, O., Shen, E., & Viale, M. (2014). Information transfer and behavioural inertia in starling flocks. Nature Physics, 10(9), 691–696. https://doi.org/10.1038/nphys3035

2.Cavagna, A., Cimarelli, A., Giardina, I., Parisi, G., Santagati, R., Stefanini, F., & Viale, M. (2010). Scale-free correlations in starling flocks. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(26), 11865–11870. https://doi.org/10.1073/pnas.1005766107

3.Dibnah, A. J. (n.d.). Vocally mediated consensus decisions govern mass departures from jackdaw roosts.

4.Dibnah, A. J., Herbert-Read, J. E., Boogert, N. J., McIvor, G. E., Jolles, J. W., & Thornton, A. (2022). Vocally mediated consensus decisions govern mass departures from jackdaw roosts. Current Biology, 32(10), R455–R456. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.04.032

來源：上海自然博物館

編輯：韶音

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