北京
前段時間，在黃河入海口,數十萬只候鳥集群，在空中組成流動的鯤鵬，在云端翻滾涌動，讓莊子的逍遙照進了現實。
黃河入海口形似鯤鵬的鳥浪（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，這數以萬計的鳥類是如何協同交流，自由變換隊形而從不發生追尾剮蹭？
椋鳥（圖源：https://www.smithsonianmag.com/）
難不成，靠心靈感應？你還別說，真有人這么想過，上世紀30年代，英國鳥類學家埃德蒙·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。”
到了 90 年代，物理學家塔馬斯?維切克（Tamás Vicsek）提出的經典模型給出了更理性的解釋，認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同步轉向的核心謎題。這叫像各種公式你熟稔于心，但是做起題來卻無從下手。
天空中同步轉向的椋鳥群（圖片來源：國家地理圖片集）
2010年，《美國國家科學院院刊》發表的一項研究，為我們揭開了第一重密碼：研究團隊于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，通過技術手段重建了不同規模（122只至4268只）椋鳥群中個體的三維位置與速度數據(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）
結果發現，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整個群體的同步響應。
鳥群協同示意圖（圖源; https://asknature.org/）
這一現象的核心被概括為“無標度相關性”簡單說就是鳥群里沒有 “信息死角”！復雜一點說就是動物群體中個體行為波動的相關性無固有特征長度，而是以群體規模為唯一尺度，并推導出一個簡單的方程——
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，行為變化就是上課時候講的悄悄話。
正在上課的鳥同學（圖片來源：作者使用AI生成）
方程中r是兩名同學的座位間隔；γ是“悄悄話” 的衰減系數，這個值越小，悄悄話的傳遞就越不容易傳變味。當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，最后一排的學生會完整無誤地聽到。
實驗中發現椋鳥的γ值僅0.19±0.08（幾乎接近0）—— 對應鳥群中，遠近距離的個體行為波動相關性幾乎不衰減；
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量顯然遠遠超過4000這個數量級，根據統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）規模L的擴大，能同步聽到悄悄話的同學范圍，即相關長度ξ也按照比例擴大，不會出現班級太大最后一排的同學就聽不清悄悄話的問題
值得一提的事，根據《科學》網一篇名為“鳥群如何像液氦”的評述文章，這一方程與液態氦的超流體特性十分相似：當液氦冷卻至接近絕對零度時，會變成無黏度的超流體，原子處于統一量子狀態，這種凝聚效應與鳥群的協同行為在數學上高度契合。
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秀的物理學家！
莊周夢蝶（圖片來源：https://image.baidu.com）
如果說無標度相關性是 “基礎設定” ， 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》發表的一項重磅研究數據顯示，轉向指令由數只椋鳥發出后，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，相當于全班同學秒回消息，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，距離越遠信號越弱！
除了視覺上的行為聯動，聲音信號則構成了鳥群協同的第三重密碼。對于許多群居鳥類而言，遷徙出發前的鳴叫并非隨意發聲，而是一種“共識溝通”——鳴叫強度的變化，直接反映了群體中“準備出發”的個體比例，成為集體決策的關鍵信號。
科學家對寒鴉的研究發現，當鳴叫強度達到-80至-70dB/Hz的臨界值時，就相當于觸發了“全軍出擊”的信號，整個群體能在1至7秒內同步升空。
寒鴉（
Corvus monedula）冬季遷徙前的棲息地（圖片來源： simonglinn via Birdshare; murmuration photo by ad551 via Creative Commons. ）
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，結果使群體的首次大規模出發時間平均提前了6.57分鐘，而播放風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配。尤其是清晨或傍晚低光環境，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：復雜的集體行為，往往源于最簡單的規則。
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，生態保護帶來的生命奇跡，竟讓我們親眼見到了莊子創作的靈感源頭。
“化而為鳥，其翼若垂天之云”（圖片來源：人民日報）
參考文獻:
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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