Wie vroeg opstaat, kent het wel: de zon is nog maar amper op of er barst een uitbundig fluitconcert los. Overal beginnen vogels vrijwel tegelijk te zingen. Dit ochtendkoor houdt biologen al tientallen jaren bezig, maar waarom zoveel vogels juist op hetzelfde moment hun stem laten horen, is nog altijd niet volledig duidelijk.
Een nieuw wiskundig model van Alexander Kaye van de University of Warwick biedt daar nu een mogelijke verklaring voor. Het laat zien hoe eenvoudige interacties tussen individuele vogels, in combinatie met het langzaam toenemende ochtendlicht, kunnen leiden tot een kakofonie aan vogelgeluiden.
“Ik ben onlangs naar het platteland verhuisd en werd vaak wakker van de vogeltjes”, vertelt Kaye. “Dat zette me aan het denken over een tak van de wiskunde die catastrofetheorie wordt genoemd. Die beschrijft hoe een systeem plotseling van gedrag kan veranderen, terwijl de factor die dat gedrag aanstuurt slechts geleidelijk verandert. Een klassiek voorbeeld is een boom die ineens afbreekt terwijl de windsnelheid langzaam toeneemt. Ik vroeg me af of hetzelfde wiskundige principe kon verklaren waarom vogels vaak bijna gelijktijdig beginnen te zingen, terwijl de lucht slechts langzaam lichter wordt.”
Elke vogel heeft zijn eigen drempel
Kaye wilde onderzoeken of het gezamenlijk gefluit kan ontstaan uit heel eenvoudige gedragsregels van individuele vogels, zonder uit te gaan van groepsgedrag. Daarom ontwikkelde hij een model waarin elke vogel zich in een van twee toestanden bevindt: stil of zingend. Elke virtuele vogel kreeg daarbij een eigen ‘fluitdrempel’. Met andere woorden: de ene vogel heeft meer prikkels nodig om te beginnen met fluiten dan de andere.
“In mijn model begint een vogel te zingen wanneer een combinatie van de hoeveelheid ochtendlicht en het gezang van naburige vogels die drempel overschrijdt”, legt Kaye uit. “Omdat iedere vogel een iets andere drempel heeft, reageert geen enkel individu precies hetzelfde.”
Om die verschillen tussen vogels na te bootsen, gebruikt het model een kansverdeling. Vervolgens werden de voorspellingen van het model vergeleken met computersimulaties waarin duizenden virtuele vogels samen het ochtendkoor vormden.
Een kettingreactie van vogelgezang
Uit de simulaties blijkt dat eenvoudige gedragsregels al voldoende zijn om een opvallend groepsverschijnsel te laten ontstaan. Naarmate het langzaam lichter wordt, beginnen de eerste vogels te zingen. Hun gezang vormt vervolgens een extra prikkel voor andere vogels, waardoor steeds meer dieren aansluiten. Zo verspreidt het zingen zich als een golf door de populatie. “Ook al volgt iedere vogel een heel eenvoudige beslisregel, het model produceert vanzelf het snelle ontstaan van een ochtendconcert doordat sociale interacties het effect van toenemend licht versterken”, zegt Kaye.
“Een van de meest bevredigende aspecten van dit werk is dat het laat zien dat een verschijnsel dat vaak kwalitatief werd beschreven, kan worden afgeleid uit eenvoudige biologische mechanismen. In plaats van eerst de wiskunde te veronderstellen en die vervolgens op vogels toe te passen, ben ik uitgegaan van het gedrag van individuele vogels en heb ik laten zien dat de karakteristieke ‘catastrofe’ vanzelf uit die interacties ontstaat.”
Ook toepasbaar op andere diersoorten
Het model laat zien dat verschillen tussen individuele vogels een belangrijke rol spelen in het gezamenlijke gedrag bij zonsopkomst. Een vogel begint te zingen zodra het licht een bepaalde waarde bereikt én wanneer voldoende soortgenoten in de directe omgeving al zingen. Die combinatie kan ervoor zorgen dat het gezang zich razendsnel door een hele populatie verspreidt.
De wiskundige aanpak is mogelijk breder inzetbaar. Hij kan worden gebruikt om andere vormen van collectief gedrag te bestuderen, bijvoorbeeld insectenkoren, paringsgedrag, gezamenlijk foerageren en zelfs sommige menselijke gedragingen, zoals applaudisseren na een voorstelling of het gezamenlijk verlaten van een ruimte.
“Dezelfde wiskundige ideeën kunnen ons helpen veel andere systemen te begrijpen”, aldus Kaye. “De volgende stap is het vergelijken van het model met echte gegevens. Ik zou het model graag willen toepassen op opnamen van ochtendkoren om te zien hoe nauwkeurig het voorspelt wanneer vogels onder verschillende omstandigheden beginnen te zingen. En ik wil het model ook biologisch realistischer maken door factoren als temperatuur, neerslag, wind en de aanwezigheid van roofdieren op te nemen. Van al die factoren is bekend dat ze het zanggedrag beïnvloeden.”
Wil je niets van Scientias missen? Voeg Scientias toe als voorkeursbron op Google dan zie je al onze verhalen!
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
