Zwarte zon

Door Hans Revier

[PIC4273]Als in de herfst enorme zwermen spreeuwen de ondergaande zon verduisteren, spreekt men in het Deense waddengebied over de ‘sort sol’ of zwarte zon. Enorme groepen vogels draaien en keren in de lucht en vormen spectaculaire patronen. Wetenschappers proberen al tijdenlang het geheim achter dit verschijnsel te ontrafelen. Computermodellen lichten een stukje van de sluier op.

De rietlanden nabij Tønder in het Deense waddengebied zijn een favoriete verzamelplek voor miljoenen spreeuwen uit Rusland en Scandinavië tijdens de najaarstrek. Ook in de Lauwersmeer kunnen dan tijdelijk honderdduizenden spreeuwen bivakkeren. De vogels zoeken plekken op waar ze zich gedurende de nacht kunnen verschuilen en waar voldoende voedsel voorhanden is om aan te sterken voor de trek. Vanuit het waddengebied trekken grote groepen verder naar het zuiden, bijvoorbeeld naar Zuid-Engeland, om te overwinteren. Waar grote groepen spreeuwen bijeen zijn, doet zich het fenomeen van het zwermen voor. Soms wel tienduizenden vogels gaan gelijktijdig  op de wieken en vormen, als gedreven door de hand van een onzichtbare choreograaf, allerlei sierlijke patronen. Biologen breken zich al tijden het hoofd over het hoe en waarom van dit opmerkelijke gedrag.

[PIC4274]Telepathie

Over het algemeen neemt men aan dat het zwermen bescherming biedt tegen roofvogels. De grote groep beschermt het individu en het dansen in de lucht brengt de rovers in verwarring. Studies in Rome -ook in een stedelijke omgeving komt het zwermen voor-brachten aan het licht dat de zwerm groter en dichter wordt als de predatiedruk stijgt. Maar hoe de dieren er in slagen gezamenlijk deze voortdurend veranderende zwermen te vormen, blijft onderzoekers intrigeren. Sommigen dachten aan een collectieve geest of een soort telepathie om dit ingewikkelde groepsgedrag  te verklaren. Wiskundige modellen van zelforganisatie laten echter zien dat ingewikkeld collectief gedrag de uitkomst kan zijn van enkele eenvoudige gedragsregels.

Vissen

Een eerste wiskundig model voor een dergelijke vorm van zelforganisatie is opgesteld voor vissen die scholen vormen. Want net als de spreeuwen vormen vele vissoorten grote groepen die zwermen, waardoor ze minder kwetsbaar zijn voor roofvissen. Waarnemingen aan visscholen in de natuur laten zien dat die altijd langgerekt zijn. Uit het model blijkt dat de langwerpige vorm vanzelf tot stand komt door zelforganisatie. Naast het gebruikelijke groeperen en coördineren zijn daar geen extra regels voor nodig. Een vis die achter een andere vis zwemt, remt iets af om een botsing te vermijden en de buurvissen schuiven dan naar binnen om de opengevallen ruimte op te vullen. Zo wordt de school langwerpig. De ervaringen met het model voor visscholen bracht de onderzoekers er toe ook een model te ontwerpen voor de spreeuwenzwermen.

Draaien

Het model heeft een beperkt aantal uitgangspunten: de vogels zijn tot elkaar aangetrokken, ze bewegen dezelfde kant op en ze proberen botsingen te vermijden. Verder bevat het wiskundige functies die het vlieggedrag beschrijven met behulp van een vereenvoudigde vorm van aerodynamica. De spreeuwen ondervinden een opwaartse kracht, luchtweerstand en zwaartekracht en hellen bij een bocht naar binnen. Met dit programma simuleerden de onderzoekers het rondvliegen van spreeuwenzwermen boven een slaapplaats. Telkens als de spreeuwen buiten het gebied rond die plek kwamen, moesten ze terugdraaien. Na een draai komen de vogels in een andere positie ten opzichte van elkaar. Vogels die eerst naast elkaar vlogen, vliegen dan achter elkaar. En bij een volgende draai vliegen vogels die eerst aan stuurboord zaten, ineens aan bakboord. Het draaien blijkt een van de belangrijkste factoren te zijn die de vormvariatie bepaalt.

Verder onderzoek en nadere verfijning van het model zal moeten uitwijzen wat de invloed is van factoren als predatiedruk, weersomstandigheden en voedsel op het gedrag van de spreeuwen en daarmee op de vormen van de zwermen. In de tussentijd blijven natuurliefhebbers zich elke herfst verwonderen over de gratie van de spreeuwenzwermen in de avondlucht.

Bronnen

Filmpje: Dylan Winter www.keepturningleft.co.uk

Hildenbrandt, H., Carere, C., & Hemelrijk, C. K. (2010). Self-organized aerial displays of thousands of starlings: a model. Behavioral Ecology, 21(6), 1349-1359. http://beheco.oxfordjournals.org/content/21/6/1349.full

Hemelrijk, Charlotte K., and Hanno Hildenbrandt. Some causes of the variable shape of flocks of birds. PloS one 6.8 (2011)  http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0022479

Procaccini, A., Orlandi, A., Cavagna, A., Giardina, I., Zoratto, F., Santucci, D., … & Carere, C. (2011). Propagating waves in starling, Sturnus vulgaris, flocks under predation. Animal behaviour, 82(4), 759-765. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003347211002867

T.K. Andersen, Vadehavscentret & I. Sønnichsen, Naturcentret Tønnisgård Black sun; a unique nature phenomenon in the Wadden Sea  http://vadehav.dk/media/3156929/Black%20Sun.pdf

Filmpje gebaseerd op wiskundig model: http://www.rug.nl/research/behavioural-ecology-and-self-organization/people/_movies/birds