【物理】美しすぎるムクドリの群れを科学する

美しすぎるムクドリの群れを科学する

数千？数万羽のムクドリがつくる、美しく神秘的な群れの動き。コンピューターによるツール
類の登場により、その秘密は生物学よりもむしろ最先端の物理学の範疇に入るものだと
いうことが明らかになった。

http://vimeo.com/31158841
http://wired.jp/wp-content/uploads/2011/11/starling_murmuration.jpg

アイルランドのある川で撮影されたムクドリの群れの動画がクチコミで評判になっているが、
それにはもっともな理由がある。ムクドリの群れが一体となって飛んでいる様子は、それが
数百羽ほどの場合でも、自然がもたらすもっとも驚異的な光景のひとつといえるが、この
シャノン川で撮影された動画では、数千？数万羽のムクドリがつくる群れの驚くべき動きを
目にすることができるからだ。

この美しく、神秘的な群れの動きはどのようにして生まれるのか。これは最近まで謎に包
まれていた事柄で、科学者たちはその秘密を知るために、高精度のビデオ解析やコンピュー
ターによるモデリングなどのツール類の登場を待たなければならなかった。そして、これらの
技術がムクドリの群れの研究に応用されるようになったことで[1]、この群れのパターンが生物
学よりもむしろ最先端の物理学の範疇に入るものだということが明らかになった。
[1] Empirical investigation of starling flocks: a benchmark study in collective animal behaviour
Michele Ballerini, Nicola Cabibbo, Raphael Candelier, Andrea Cavagna, Evaristo Cisbani, Irene Giardina
Animal Behaviour Volume 76, Issue 1, July 2008, Pages 201-215
http://dx.doi.org/10.1016/j.anbehav.2008.02.004

ある研究によれば、ムクドリの群れが生み出す動きは、物理学における「臨界点と相転移」
に関する方程式で表すのがもっともふさわしい現象（日本語版記事）[2]だという。たとえば金属
が磁気を帯びたり、液体が気体に変わるような、即座にまったく別の状態に変化するような
現象に用いられる。ムクドリの群れのなかでは、それぞれの鳥が互いにつながっている。そして、
ひとつの群れは一斉に向きを変えるが、この時に起きるのが相転移なのだ。
[2] 鳥の群れが「一体となる」仕組み(動画)
Brandon Keim 日本語版：ガリレオ-高橋朋子／合原弘子
WIRED NEWS 2010/06/22
http://wired.jp/wv/2010/06/22/%E9%B3%A5%E3%81%AE%E7%BE%A4%E3%82%8C%E3%81%8C%E3%80%8C%E4%B8%80%E4%BD%93%E3%81%A8%E3%81%AA%E3%82%8B%E3%80%8D%E4%BB%95%E7%B5%84%E3%81%BF%E5%8B%95%E7%94%BB/

この相転移の際、個々のムクドリは「隣の仲間が動くと、自らも動く」[3]という比較的単純な
ルールに従って動いている。そして、群れの規模や飛行速度、それに群れを構成する個々
の飛行能力など、いくつかの条件の違いによって、群れ全体のパターンが変化する[4]。話が
複雑になるのは（少なくとも、まだよくわかっていないのは）臨界点がどのようにして生まれ、
維持されるのかという点だ。
[3] Inferring individual rules from collective behavior
Ryan Lukemana, Yue-Xian Lib, and Leah Edelstein-Keshetb
PNAS July 13, 2010 vol. 107 no. 28 12576-12580
http://www.pnas.org/content/107/28/12576.short
[4] Some Causes of the Variable Shape of Flocks of Birds
Charlotte K. Hemelrijk, Hanno Hildenbrandt
PLoS ONE 6(8): e22479. doi:10.1371/journal.pone.0022479
http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0022479

ムクドリにとって、隣の仲間が向きを変えたときに自分も向きを変えるというのは簡単なこと
だが、こうした変化が数十メートルから数百メートルも離れた2羽の個体間で起こる、ある
いは数百羽の群れでほぼ同時に起こるとなると話は別で、その生理学的なメカニズムは
依然謎に包まれたままである。そして、今後研究がさらに進めば、この生理学的なメカニ
ズムが鳥類以外の分野で見つかる可能性もある。

TEXT BY Brandon Keim　PHOTO BY ad551/Flickr　TRANSLATION BY 中村航
WIRED日本語版　2011年11月14日
http://wired.jp/2011/11/14/%E7%BE%8E%E3%81%97%E3%81%99%E3%81%8E%E3%82%8B%E3%83%A0%E3%82%AF%E3%83%89%E3%83%AA%E3%81%AE%E7%BE%A4%E3%82%8C%E3%82%92%E7%A7%91%E5%AD%A6%E3%81%99%E3%82%8B/
>>2辺りに続く

ムクドリの群れの動きは、タンパク質や神経細胞などにも見られる[5]とされる生物学的
臨界点を示す、最も美しく、もっとも目にとまりやすい例にすぎず、人間がまだ理解して
いない普遍的原理の存在をほのめかしているのかもしれない。
[5] Are biological systems poised at criticality?
Thierry Mora, William Bialek
http://arxiv.org/abs/1012.2242

関連ニュース
【鳥類】鳥の群れが「一体となる」仕組み 画像あり
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1277295155/-100
【生物】鳥の群れの「リーダーシップ」 人間の行動分析にも応用期待 画像あり
http://gimpo.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1271001602/-100
パンツの群れが大空を飛ぶ日が来た・・・組み立てキット「空飛ぶパンツ」登場 画像あり
http://hideyoshi.2ch.net/test/read.cgi/dqnplus/1265376712/-100
【佐賀】珍鳥「イスカ」の群れ /唐津・樫原湿原 画像あり
http://gimpo.2ch.net/test/read.cgi/femnewsplus/1232607311/-100
【軍事】ハチやアリの群れのように軍事作戦を遂行する「ロボット群」、英国で登場へ 画像あり
http://mamono.2ch.net/test/read.cgi/newsplus/1219549381/-100

あれ面白いよね
見てると群れが形を変えるだけじゃなくきれいに二つに分かれたりする

渋滞は相転移として記述できる話とか
ここ10年くらい、この分野がちまちまやられてるよね
この系統の研究の初出ってなに？

言わばバキの0.5秒前の話にも通じる

>>4
どうせアリストテレスだろ。

>>4

ここ10年どころか、ライフゲームあたりからからやっているから60年代ー70年代には遡るでしょ。
サンタフェ研究所が設立されたのが1984年だしね。

イワシの群れを再現した研究があったな

>>4
複雑系の本で最初に見たな

>>4
画像検出やらコンの発達で、昔出来なかったことができるようになったからね
スキルつけて、生態学に殴りこみかけるなんてのも面白そう

イワシの群れの動きは、目や側線で仲間の動きを感じてから動いてると考えるには
あまりにも反応が速くて説明がつかないって話。テレパシーだとかなんとか。

イワシの相転移

http://www.youtube.com/watch?v=tl4T26O0eq0

なんでもかんでも相転移

奥義　想天威
時空を想い一体になり天の気を纏うことで
相手の意識よりも早く意図と動きを察知する技なのである

アニメ版そらのおとしもののぱんつの群れを思い出した。

蚊柱の相転移
http://www.youtube.com/watch?v=_EfzE-lYq20

ちょっと待て

近所の林が大量のムクドリに占拠されて、
夏の朝、空を埋め尽くす数万のムクドリを目にしたら
もう美しなんて言えない・・

>>10
ハトにGPS付けて動きを解析した論文なら、もう出てるぞ。

魚類の群れなんかこれとは比較にならないくらい美しいじゃん
アジだかサンマだかがグルグル回っている絵とか

>>18
同意。 あの騒音、あのフンの量…。
ただ、一斉に飛び上がり舞う様は圧巻！　>>1動画より遥かに劣るけど

相関がどうしたって？　相関を別の視点で見ると相転移になるんでしょ？
まぁ物理現象をすべて情報として理解するという視点があるように・・・
数学上　そうとしかオレには思えん

>>1
チェンジ

>>22
ポテンシャルの井戸やアトラクタの分水嶺って考え方をとれば
わりと何でも相転移が定義できそうなのはそうかなあと思う。

空間の磁場の変化に操られて
一挙に動くんだよ

記述できたからなんだという気がしなくもないが、まあがんばれ

でも耳障りな声なんだよな・・・・

1/fとは何だったのか。