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鸟类的有组织飞行现象

发布时间:2019-03-23 来源:mrchy.com 编辑:顶牛股

三、聚集式飞行
有很多文献也讨论了聚集式飞行的生物学作用,但是很少有文献提到聚集式飞行的鸟群能够在快速飞行过程中整齐划一的快速转向问题。对小型鸟类为什么要聚集成团飞行最常见的一种解释认为,这是为了能够免遭老鹰等捕食者的袭击,因为这种方式可能能够增加与捕食者撞击并获胜的机会。有研究者观察到椋鸟或滨鹬(shorebird)在攻击老鹰时会紧密的聚成一团。这种解释听起来比较合乎情理,但是还有一些比较常见的现象还无法得到满意的解释。比如在太阳马上落下或尚未落下时,一个栖息地的欧洲椋鸟会大量的聚集在一起,配资公司哪家好,但是在白天觅食时,同一栖息地的欧洲椋鸟只会形成比较小的集体。这些欧洲椋鸟在回窝休息之前会进行一段长达30~45分钟的集体“空中芭蕾”,然后才各自回家就寝。于是我们就产生了下列问题:
1.欧洲椋鸟进行这种貌似没有意义的集体活动不是浪费了宝贵的体力吗,这是为什么呢?
2.欧洲椋鸟每晚在同一个地点都要进行这种大规模的活动,它们形成的鸟群在1公里之外都能看见,这不是主动邀请捕食者前来会餐吗?在周围等候时机的捕食者很容易捕捉到鸟群中走散的迷鸟(straggler)。因为在鸟群乍开乍合之际,经常会有个别鸟儿不能及时的跟随大部队行动而变成迷鸟。
3.为什么鸟群在觅食回家之后不马上回到各自的窝里?它们在发现觅食地点之后为什么不是马上降落进食,而要先在空中盘旋10~15分钟呢?这不是在浪费宝贵的体力,同时还有可能招来捕食者吗?

图4 图片说明:罗马上空欧洲椋鸟(European starlings, Sturnus vulgaris)的聚集飞行方式(Cluster formation)。图片来源,2009 STARFLAG project, INFMCNR。

Wynne-Edwards在1962年提出,鸟类的这种动作代表了一种夸量行为(epideictic displays),鸟群可以借此来判断整个种群的密度,以此来调控繁殖行为。这种观念实际上就是我们今天所说的天然群体选择(naive group selection)概念。不过Wynne-Edwards的理论在当时并没有获得大多数人的支持,但是最近有人却对此产生了兴趣,认为该理论有可能能够解释鸟儿的这种聚集飞行现象。Major和Dill在1978年提出了另一种假说,他们认为鸟儿这种迅速改变飞行方向的行为是为了迷惑捕食者。最近有一些研究表明,鸽子如果结对飞行会更加容易准确的归巢,但是还不清楚鸽群的组成结构,聚集样式对此有没有什么帮助。

对于鸟类聚集飞行的机制,而不是功能,一般来说都会有如下疑问:
1.鸟群中所有的成员真能同时转向吗,还是中间的先转向,然后带动周围的一起转向?
2.在鸟群中有没有一个领导者,以某种方式向其余的成员传导讯息,或者鸟群本身有没有什么特别的特征能够协调鸟群的动作?
3.是什么机制让鸟群起飞离开鸟巢、栖息地?为什么有时整个鸟群会同时起飞,但有时又只有部分鸟先起飞?

鸟群是否能同时转向这与鸟群中是否存在头领有关。如果鸟群不是同时转向这说明(但并不一定能够证明)鸟群中可能有一个头领,它先转向,经过一个短暂的延迟期之后它周围的鸟会跟着转向,进而带动整个鸟群中的鸟都发生转向,但谁是最后一个转向的呢?Pomeroy 和Heppner曾经在1977在实验室中对椋鸟进行过实验,他们发现这段延迟期不会超过100ms。在这种群体中视觉信号肯定是最不方便的一种信息交流方式,因为紧挨在一起的鸟会互相遮挡彼此的视线。不过如果所有的鸟都同时(至少是我们目前无法检测出每只鸟转向之间的时间差)转向,那么问题就变得更加有意思了。在这种情况下如果鸟群中真的有一只领头鸟,那么它就必须能够同时将转向命令传递给所有成员,而这在大规模的鸟群中似乎是视觉信号和听觉信号(叫声)都很难做到的。或者鸟群中没有领导者,但是会有一套机制保证所有的鸟都能同时行动。到20世纪80年代,我们终于发现了这样一种模型。

Davis在1980年用每秒拍摄72帧的慢动作电影照相机(slow-motion cine camera)记录了黑腹滨鹬(dunlin, Calidris alpina)鸟群的转向过程。黑腹滨鹬的背部和腹部的颜色不一样,Davis对一个大约有40只黑腹滨鹬组成的鸟群进行了观察,结果发现鸟群中有一些黑腹滨鹬能在120ms时间之内同时转向,看起来就好像划过天空的一道闪电一样。Potts在1984年重复了该实验,结果他发现黑腹滨鹬的转向动作并不是整齐划一的,而是在14ms之内呈波浪式的传遍整个鸟群,这比黑腹滨鹬的反应时间要快的多。于是Potts提出了“合唱团(chorus-line)”理论来解释这种快速的转向现象。他认为,一只鸟或几只鸟最开始转向,然后影响周围的“邻居”,这种动作的传遍速度取决于鸟的反应时间,但是距离更远的鸟可以提前估计出合适转向并在适当的时候“提前”作出反应,与大家一起动作,这就有点像我们在体育馆中经常会看到的墨西哥人浪。不过Heppner在1997年提出,我们认为鸟群不是同时转向这有可能只是因为观察者的角度问题造成的假象。很早就有人意识到,要想弄清楚鸟类的聚集飞行问题还需要考虑各种采用聚集飞行方式鸟类之间的遗传关系,这也就是说需要开发一种三维的分析方法。这种研究方法在鱼群研究中已经非常成熟了,但是在鸟群研究中还存在很多问题。

Major和Dill在1978年使用立体照相技术(stereoscopic photographic technique,Major和Dill将两个35mm的照相机平行放置,固定在一个5.5米长的铝制底座上制成了这个立体照相机)第一次测量了黑腹滨鹬和欧洲椋鸟鸟群中的空间距离。Major和Dill对鸟群中相邻鸟之间的距离和角度尤其感兴趣,因为有了这些信息,大致就可以了解整个鸟群的排列情况。结果发现,与A鸟距离最近的另一只鸟一般都在A鸟的身后或者下方,这种情况和鱼群中的情况是一样的。

Pomeroy 和Pomeroy-Heppner小组分别在1983年和1992年使用直角3维摄影技术(orthogonal 3D photographic technique)对半家养的野鸽(semidomestic rock pigeons)群(大约有8~11只野鸽)进行了连续拍摄。使用该技术,他们能够了解到每一个野鸽的飞行路线,以及这只野鸽和最邻近野鸽之间的距离。他们发现每一只野鸽的飞行路线都是呈90直角°相互交叉的,比如处于领先位置的野鸽会转到鸟群的左边或者右边,然后又转到鸟群的末尾。这也说明一只鸟想要通过一直位于整个鸟群最前面的方式来获得领导地位是不可能的。

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