Kuldnokaparvede ruumilise liikumise analüüs heidab valgust lindude kollektiivsele käitumisele kui ka komplekssete süsteemide käitumisele üldisemalt.
Igal talveõhtul lendavad kuldnokad ümbruskonnast Rooma oma pesapaikadesse ja annavad enne puhkust ligi pooletunnise õhuetenduse. Andrea Cavagna Itaalia Rahvuslikust Kondensainefüüsika Instituudist (National Institute for the Physics of Condensed Matter, INFM) kirjeldab seda kui tõeliselt fantastilist vaatemängu. Kui kuldnokaparve rünnatakse, jaguneb see ja ühineb taas äärmiselt filigraansete manöövritega. Kuidas linnud säilitavad rünnaku käigus koordinatsiooni ja suudavad mängeldes parve struktuuri taastada?
Need looduslikud lennuetendused inspireerisid teoreetilisi füüsikuid looma rahvusvahelise multidistsiplinaarse töörühma StarFlag, mis uurib linnuparvede kollektiivset käitumist. Cavagna sõnul on nende eesmärgiks selgitada välja kolmemõõtmelisi iseorganiseeruvaid süsteeme kirjeldavad fundamentaalsed printsiibid. Projekti kuulub füüsikuid ja teoreetilisi biolooge, kes tegelevad arvutisimulatsioonidega; biolooge, kes uurivad kuldnokalennu ja käitumise eripärasid ning majandusteadlasi, kes koostöös füüsikutega otsivad võimalusi tulemuste üldistamiseks rakkudele paranevas haavas, robotite kooslustele, finantsturgudele jne. Sarnaseid uurimusi on varem läbi viidud kaladega, kuid nende arv on piirdunud kümnetega. Suuremate parvede kohta on loodud küll hulk mudeleid, ent neid kinnitavaid mõõtmistulemusi napib, eriti kolmemõõtmelisel juhul. StarFlagi raames mõõdetakse korraga tuhandete lindude liikumist. Cavagna sõnul ongi tänu tehnoloogia arengule võimalikuks saanud ulatuslikumad mõõtmised projekti selgrooks: "Uute andmete valguses loodame esmalt empiiriliselt aru saada mis toimub ja siis koostada vaatlustega kooskõlalisi mudeleid." Rooma Termini raudteejaama lähedusse seatakse igal õhtul üles kaamerad ja muu tehnika, mis 8 sekundi vältel valitud pirkonna 10 kaadrit sekundis stereoskoopselt jäädvustab. "Kui oleme kord kaamerad üles pannud, ei saa neid enam liigutada ja see, mis vaateväljas toimub, sõltub suuresti juhusest. Kaadrisse võib jääda 200 või 50 000 lindu," ütleb Cavagna. Kulus kaks aastat, et leida algoritm, mis teeks üheselt kindlaks kes on kes kahes järjest pildistatud kaadris. On selge, et lindude võime üksteist jälgida kauguse kasvades kahaneb, kuid kuidas täpselt? Statistilise füüsika ja optimiseerimisteooria ning arvutisimulatsioonide abiga on lindude interaktsioonile leitud kvantitatiivne kirjeldus. Cavagna peab seda StarFlagi olulisimaks saavutuseks. Ilmneb, et konkreetne lind ei pea silmsidet mitte kõikide kaaslastega mingil kaugusel endast, nagu enamik seniseid mudeleid eeldas, vaid kindla arvu lindudega oma vaateväljas olenemata nende kaugusest. Ka selgus, et ühe linnu jälgitavad liigikaaslased ei paikne vaateväljas isotroopselt. Üks uurimuse huvitav aspekt avaldub bioloogi Charlotte Hemelrijki mures, et füüsikud üritavad kõrvale jätta kõik pisidetailid ja keskenduda põhiprintsiipidele. Näiteks võtavad bioloogid arvesse, et lind ei ole täiuslik arvuti ega kasuta enda kogutud infot maksimaalselt, vaid teeb teadvusega olendile omaselt vigu.
Teoreetiline füüsik Jean-Philippe Bouchaud uurib tulemuste rakendatavust inimkäitumisele. Inimesed on oma valikutes kergesti mõjutatavad, märksõnadeks on siin moetööstus, trendikaubad, tarbeelektroonika. Intervjueerimise ajal uuris Bouchaud internetist allalaetava muusika valikute tagamaid. Samal ajal uurib Pisa majandusteadlaste rühm pankade harukontorite avamist ja paiknemist. Nende sõnul on kuldnokkade käitumine keerukam, sest toimub kolmes mõõtmes, ent põhimõte tuletada ühe indiviidi käitumisest koosluse kollektiivse toimimise mudel ühendab linde ja inimesi käsitlevaid uuringuid.
Allikas: physicstoday.org/
Toimetas Erik Randla