Choreografie špaččího hejna zůstává tajemstvím přírody (Právo)

To holubi létají rovnoměrně, v pravidelných rozestupech, zato zdánlivě bez jasného cíle. Jejich trasy tvoří majestátní křivky a oblouky a často hejno přistane na stejném místě, odkud vzlétlo. Vrány proti tomu letí jaksi ztěžka, namáhavě, ale na přímých trasách. Černošedí ptáci jako by se řídili výhradně efektivností letu a neměli nejmenší smysl pro nějaký „umělecký dojem”. Táhnoucí husy nebo labutě také letí soustředěně, důstojně, v přesně vymezené formaci s pravidelným rytmem střídání. Véčko velkých tažných ptáků jako by bylo svázáno velkou zodpovědností. Tanec hejna špačků ale bere dech. Naoko náhodně se jen tak na zdánlivě vyhrazeném prostoru přelévá a rozlévá, jednou houstne, pak zase řídne. Ptáci, kteří vzlétli spolu, se během vzdušné akrobacie nikdy bezdůvodně nerozdělí do menších skupin. Za potravou nebo na nocoviště nikdy neletí přímo, zdálo by se, že cestou záměrně předvádějí kolektivní akrobacii.

 

Výhody a nevýhody kolektivu
Pohybovat se v hejnu není v živočišné říši bezúčelné. Ptáci se nehromadí jen kvůli dálkovým letům při migraci. Skrýt se v množství má své výhody především ve snížení nebezpečí smrti v pařátech dravce. Nejde jen o počet pravděpodobnosti, že ten který jednotlivý člen hejna unikne smrtícímu útoku, když cílů je tolik. Mnozí ptačí predátoři na početné hejno ani nedokážou zaútočit - potřebují vidět jasný cíl, aby útok byl úspěšný. A také i v ptačím světě platí, že víc očí víc vidí, šance na „přepad” krmícího se hejna nebo hnízdní kolonie je tím menší, čím víc ptáků je pohromadě.

            Výhoda kolektivní „obrany” ale není zadarmo, přináší logicky větší konkurenci při hledání potravy. Proto se hejno po přistání v místě krmení vždy rozptýlí, aby jedinec měl „své” - byť omezené - místo. Některé ptačí druhy s potravní specializací se tak dokonce spojují ve smíšená hejna.

            Další problém hejna spočívá v „natěsnání” ptáků s různým sociálním postavením na malém prostoru. Jedinci, kteří na žebříčku stojí nízko, bývají v hejnu vystaveni ústrkům od těch nadřazenějších. K výhodám přítomnosti v hejnu patří možná i snížení energetického výdaje potřebného k udržení tělesné teploty. V tom se sice vědci neshodnou, ale větším otazníkem pro ornitology je skutečnost, že vrabci, holubi, vrány, husy, a dokonce ani takoví „akrobaté” jako špačci se v letu nikdy nesrazí, ať jich je v hejnu jen několik, nebo jejich počet jde do tisíců. A to, jak dokážou let koordinovat, je už skutečnou záhadou.

Stačí jen tři pravidla?
Hejnové chování, přesněji zásady pohybu v hejnu, je předmětem zájmu nejen biologů. Kons -truktéři robotů, kybernetici a badatelé v oblasti umělé inteligence se snaží principů po -užívaných ptáky využít i ve svém oboru. Už v roce 1987 na konferenci o umělé inteligenci - tehdy se používal termín umělý život -formuloval Američan Craig Reynolds tři pravidla pro úspěšnou ko -existenci velkého počtu autonomních objektů „boidů” v daném prostoru.

Jinými slovy pro počítačovou simulaci letu množství umělých ptáků v bludišti.

            Prvním zákonem bylo zachování minimální bezpečné vzdálenosti od všech objektů, tedy včetně ostatních boidů. Druhým pravidlem bylo udržování rychlosti pokud možno nejbližší s ostatními boidy. Třetí předpoklad vyloučení střetu byl pohyb ke středu nejbližší skupiny boidů.

            Autonomní objekty byly naprogramovány naprosto individuálně, analyzovaly signály jen ve vztahu k nejbližšímu okolí. Ačkoliv byly vypouštěny samostatně a z růz ných míst, vždycky nakonec vytvořily „hejno”. Velmi přirozeně a plavně oblétávalo různé konfigurace překážek. Někdy se rozdělilo na dvě nebo i více menších hejn, ale po obletu překážky se vždy spojilo.

            Z jiného úhlu se na otázku leteckých schopností špačků podívali italští vědci. Možná jsou pro nás Středoevropany nejnápadnějšími italskými ptáky holubi v Benátkách, pro Řím jsou ale typická špaččí hejna.

 

Rozhodují sedmičky

 

Pro odpověď, kde se bere výjimečná koordinace těchto ptáků v hejnu, si bioložka Irene Giardinová musela na konzultace zajít ke kolegům věnujícím se kybernetice, fyzice a matematice, protože biologické nástroje a kategorie nestačily, když se pokoušela analyzovat záznamy pohybu špaččího hejna, tvořeného asi 2700 ptáky, z několika kamer.

Jako první zjistila, že změna rychlosti jediného ptáka ovlivní téměř okamžitě rychlost všech ostatních ptáků v hejnu - a to bez ohledu na to, jak daleko od sebe se nacházejí. Jak se tento signál přenáší? Nejpravděpodobnější je optická cesta. Postavení očí ptáků, a tedy i špačků, umožňuje každému oku kontrolovat okolí v prostorovém úhlu téměř 180 stupňů, pták je tedy schopen vnímat prakticky téměř celý prostor před i za sebou.

            Překvapením pro vědce ale bylo, že změna směru pohybu u jednoho ptáka takový odraz u ostatních členů hejna nemá. Individuální manévr jednoho ptáka ovlivní směr letu jen několika nejbližších jedinců. Jakkoli složitý a nečekaný obrat jeden špaček provede, vždy ho kopíruje jen šest či sedm sousedů. Ovšem změna se lavinovitě šíří - každý z „ovlivněných” opět ovlivní šest či sedm sousedních ptáků, takže s nepatrným zpožděním mění směr letu postupně celé hejno.

Hlavně držet odstup
Kdyby se jednalo o neživé objekty, dal by se takový jev popsat jako projev magnetismu. Právě tak totiž chování jedné částice v magnetickém poli ovlivňuje chování jiných částic. Jenže špačci jsou živí. Jejich hejnové taneční kreace jsou zřejmě součástí obranné strategie proti možné blízkosti predátorů, případně potravních konkurentů. „Takový způsob interakce je zcela ojedinělý,” poznamenal k „pravidlu sedmi” ve špaččím hejnu Matthew Turner z britské univerzity ve Warwicku, který, ačkoliv je fyzik, se zákonitostmi hejnového chování dlouhodobě zabývá. Jiný zajímavý aspekt, který přinesl výzkum Giardinové, publikovaný roku 2008 v časopise Proceedings of the National Academy of Science, se týkal rozestupů mezi jednotlivými ptáky. Každý člen hejna se snažil udržovat větší odstup od ptáků před ním a za ním než od těch, kteří letěli vedle něj. To je v letecké akrobacii důležitá zásada, minimalizující riziko nebezpečné kolize. Zavadit do souseda ohebným ptačím křídlem nemusí mít takové následky, jako narazit přímo do jeho těla.

            Ukázalo se rovněž, že pozice jednotlivých členů hejna není konstantní, ale v průběhu akrobacie se mění. Zatím ale vědci nedokázali odhalit, podle jakých zásad - zda jde o důsledek složitých manévrů, o projev sociální hierarchie, nebo tu hraje roli nějaký jiný aspekt.

            S tím souvisí i další poznatek, a sice že hejno je vždy „hustší” ve středu než na okrajích. Ten střed ale není konstantní a ani totožný s geometrickým středem, navíc někdy může mít hejno i dvě nebo více takových center.

Dvojbarevný model funguje
Turner výsledky italského výzkumu použil ke zdokonalení svého počítačového modelu hejnového chování. Vyšel z faktu, že ptáci - na rozdíl od „věcí” - se v prostoru orientují především podle toho, co vidí. Jeho model se tak od podobných lišil zásadním způsobem.

            „Oni nejsou atomy a nechovají se tak,” řekl Turner o svém umělém ptačím hejnu. „Jedinou informaci, kterou mají pro řízení svého pohybu, jim zprostředkuje zrak,” vysvětlil svůj postup.

            Naprogramované objekty tak vybavil schopností rozlišit ve svém okolí jen dvě informace -ostatní ptáky jako černou a nebe či volný trojrozměrný prostor jako bílou. První reakce byla v souladu s italským výzkumem - umělí ptáci se vydali směrem k nejbližším sousedům.

            Jestliže ptáky naprogramoval jenom tak, aby se snažili dostat do blízkosti ostatních, hejno se srazilo do jediného bodu. Když bylo za prioritu označeno držet se v co nejbezpečnější vzdálenosti, hejno se rozprchlo. Opravdu fungující hejno vzniklo teprve tehdy, když jednotliví ptáci dostali instrukce držet se na hranici černé a bílé. Seskupili se, ale nesrazili.

            „Tou klíčovou vlastností, která dělá skupinu ptáků funkčním hejnem, je tedy hustota jednotlivců,” shrnul Turner. Ptáci - tedy naprogramované objekty v simulaci - se soustředili co nejblíže jeden ke druhému, ale při zachování možnosti vidět volný prostor. To koresponduje s jednou z funkcí hejna - poskytovat ochranu, ale nevysvětluje ono přelévání a změny ve formaci. Kouzlo proměn špaččího hejna tak zůstává nevysvětleno.

 

Klíčovou vlastností, která dělá skupinu ptáků funkčním hejnem, je hustota jednotlivců

 

Jakkoli složitý a nečekaný obrat jeden špaček provede, vždy ho kopíruje jen šest či sedm sousedů

 

Vrabčí hejno poletuje neuspořádaně, jednotliví ptáci vyrážejí vpřed nebo se zpožďují. Pokud se udrží pohromadě, míří hejno většinou jedním směrem, odněkud někam.