I segreti degli stormi di storni mutaforma

Tutto si muove: storni, traffico, folla, bolle speculative, flussi di opinione, detriti spaziali…

[12 Maggio 2022]

Gli stormi di uccelli che  creano nuvole mutaforma affascinano da sempre  scienziati e naturalisti e d’inverno il cielo delle città italiane, a partire da Roma, offrono uno spettacolo impressionante, di vita selvatica quasi inattesa in grandi centri urbani: ogni sera, poco prima del tramonto, migliaia di storni coordinano i loro movimenti e il loro stormi, chiamati mormorii, si comportano come un unico organismo per difendersi dai predatori. «Osservandoli è inevitabile chiedersi come riescano a esibire un movimento collettivo così perfetto» dicono i ricercatori di Istituto Sistemi Complessi del  Consiglio Nazionale delle Ricerche, del Dipartimento di fisica dell’università Sapienza di Roma, Istituto nazionale di fisica nucleare. IMT Institute for Advanced Studies, Enrico Fermi Research Center, Universidad Nacional de La Plata  (Andrea Cavagna, Antonio Culla, Xiao Feng, Irene Giardina, Tomas S. Grigera, Willow Kion-Crosby, Stefania Melillo, Giulia Pisegna, Lorena Postiglione e Pablo Villegas  che hanno pubblicato  su Nature Communications lo studio “Marginal speed confinement resolves the conflict between correlation and control in collective behaviour”, che rappresenta  l’analisi più dettagliata realizzata finora della fisica di queste acrobazie aeree.

Il modello matematico illustrato dallo studio suggerisce che gli storni coprano le traiettorie di volo di altri uccelli e facciano solo piccole fluttuazioni di velocità. Culla, dell’università La Sapienza di Roma, sottolinea in un’intervista a BBC News che «Non c’è leader in uno stormo, tutti imitano i loro vicini. E ogni uccello è in grado di cambiare un po’ la sua velocità in un modo molto semplice».

La Melillo, dell’Istituto dei sistemi complessi del Cnr (Cnr-Isc) e che fa parte del gruppo di ricerca Collective behaviour in biological systems (Cobbs), nato dalla collaborazione Cnr e università La Sapienza, spiega: «Si potrebbe pensare a un direttore d’orchestra, un unico uccello, il capobranco, che dirige il gruppo e che decide che movimenti eseguire. Ma in realtà, i dati raccolti sul campo, mostrano che questi stormi sono sistemi auto-organizzati, nei quali non c’è un leader ma tutti gli uccelli possono dare il via a una manovra e nei quali il comportamento collettivo è frutto dell’interazione tra gli individui».

Per sviluppare il modello matematico di questo comportamento mutaforma del mormorio, i  fisici hanno analizzato filmati di stormi di storni di dimensioni comprese tra 10 e 3.000 uccelli. Poi hanno utilizzato simulazioni al computer di uno stormo artificiale di uccelli per verificare che il loro modello matematico corrispondesse a quel che accade nel mondo reale.

Gli scienziati dicono che «Lo studio potrebbe aiutare a sviluppare sciami di droni che possono volare collettivamente sui campi coltivati. Può anche aiutare a trovare nuovi modi per tracciare i detriti spaziali».

Al Cnr-Isc ricordano che «Il fenomeno dell’autorganizzazione non è limitato agli storni, ed è anzi molto diffuso nel regno animale. Più in generale, il comportamento collettivo auto-organizzato è diffuso anche nel contesto dei fenomeni sociali ed economici». La Melillo  conferma: «Troviamo comportamento collettivo auto-organizzato, ad esempio, quando, alla fine di un concerto o dopo una manifestazione di piazza, una grande massa di individui deve uscire da uno spazio confinato, o nella formazione di trend e flussi di opinione, o ancora nella creazione di bolle speculative nei mercati finanziari. Ecco quindi che studiare il meccanismo alla base del comportamento collettivo negli uccelli, può contribuire alla comprensione di una classe di fenomeni molto più ampia, essenzialmente quella dei sistemi complessi».

Il Cobbs è uno dei pochi team di ricerca che raccoglie dati sugli stormi nel loro ambiente naturale e la Melillo spiega ancora: «Per studiare il comportamento collettivo negli stormi, dalle terrazze di alcuni palazzi romani, abbiamo registrato dei video con un sistema di telecamere stereometriche, ricostruendo le traiettorie tridimensionali dei singoli individui nel gruppo. L’analisi di queste traiettorie svela che il segreto del movimento collettivo è una interazione a corto raggio. Per generare il comportamento collettivo, gli uccelli non hanno bisogno di tenere sotto controllo tutti i membri dello stormo, ma solo alcuni, una decina, nelle loro vicinanze. Il meccanismo è simile a quello che abbiamo quando siamo in macchina fermi al semaforo. Non abbiamo bisogno di vedere tutta la fila di macchine, ma guardiamo solo qualche macchina davanti a noi e una volta che il semaforo è verde l’onda del movimento si propaga a tutta la fila. Nel caso degli storni, infatti, i dati mostrano che, quando un uccello dà il via alla manovra e cambia direzione di volo, i primi a reagire sono i suoi vicini, che si accorgono del suo cambio di direzione e lo imitano. A questo punto, con una sorta di passaparola, il cambio di direzione si propaga molto velocemente in tutto lo stormo, in modo che il movimento sia repentino e allo stesso tempo il gruppo rimanga coeso».