I en stæreflok

I E N S TÆ R E F L O K

Titel

G I O R G I O PA R I S I

I en stæreflok Skønheden i komplekse systemer I samarbejde med Anna Parisi

På dansk ved Lorens Juul Madsen

Gutkind

I en stæreflok er oversat fra italiensk af Lorens Juul Madsen efter In un volo di storni © 2021 Mondadori Libri S.p.A., Milano Denne udgave: © Giorgio Parisi og Gutkind Forlag A/S, København 2022 1. udgave, 1. oplag, 2022 Omslag: © Sofie Winding Forsidefoto: © Søren Solkær Sat med Joanna hos Christensen Grafisk og trykt hos ScandBook EU ISBN 978-87-434-0288-6

Enhver kopiering fra denne bog må kun ske efter reglerne i lov om ophavsret af 14. juni 1995 med senere ændringer.

Gutkind Forlag · Læderstræde 9, 1. · DK-1201 København K gutkind.dk · f gutkindforlag · gutkind_forlag

Til min kone, Daniella Ambrosino, som altid har været der for mig

5

6

I en stæreflok Vekselvirkning er en vigtig problemstilling, også for forståelsen af psykologiske, sociale og økonomiske ­fænomener.

Vi har særlig koncentreret os om, hvordan alle individer i flokken bærer sig ad med at bevæge sig på en konsistent måde, så de indgår i en kollektiv og mangfoldig helhed.

Det er fascinerende at iagttage dyrs kollektive adfærd, hvad enten det drejer sig om fugleflokke, fiskestimer eller grupper af pattedyr.

Når solen går ned, ser vi fugleflokkene danne fantastiske figurer, tusinder af små dansende prikker på baggrund af en himmel i skiftende farver. Vi ser, hvordan de flyver side om side uden at støde ind i eller blive væk fra hinanden, hvordan de overvinder forhindringer, spredes og samles og hele tiden danner nye formationer, som om der er en dirigent, der styrer hele flokken. Vi bliver aldrig trætte af at se på dem, for optrinet ændrer sig hele tiden i stadig nye og ufor­ udsigelige retninger. Selv over for noget så enestående smukt kan en forskers erhvervsskade, at stille mange spørgsmål, ikke undgå at melde sig. Findes der en dirigent, eller er denne kollektive adfærd et udtryk for selvorganisering? Hvordan kan informationerne nå så hurtigt ud til hele flokken? Hvordan kan formationerne ændre sig så hurtigt?

Hvordan fordeler hastighed og accele­ration sig mellem fuglene? Hvordan kan de alle sammen ændre kurs uden at 7

støde ind i hinanden? Er en række simple regler for stærenes vekselvirkning nok til at udløse de kollektive og omskiftelige optrin, vi kan iagttage på himlen over Rom? Hvis du er nysgerrig og gerne vil have svar på dine spørgsmål, giver du dig til at søge. Engang søgte man svar i bøgerne, nu foregår det på nettet. Hvis du er heldig, får du svar, men hvis svarene ikke findes, fordi ingen kender dem, og hvis du er virkelig nysgerrig, begynder du at overveje, om det ikke er dig selv, der skal finde svaret. Du lader dig ikke skræmme af, at ingen har fundet det før dig, for det er jo netop det, dit arbejde består i: at tænke eller gøre ting, som ingen nogensinde har haft held med. På den anden side kan du ikke bruge hele dit liv på at forsøge at komme ind ad nogle døre, som du ikke har nøglen til. Inden du kaster dig ud i projektet, er du nødt til at overveje, om du har de fornødne kompetencer og tekniske hjælpemidler til at gennemføre det. Der findes ingen garanti for succes, du er nødt til at kaste dig ud i det, men hvis opgaven virker helt uoverstigelig, må du hellere lade være.

Kompleks kollektiv adfærd Når jeg var så interesseret i stæreflokkene, så skyldtes det, at der var en sammenhæng mellem dem og den røde tråd i ikke alene min egen forskning, men i mange andre moderne fysikeres forskning: at forstå vekselvirkningen i et system bestående af et stort antal indbyrdes agerende bestanddele (aktører). Inden for fysikken kan disse aktører være snart elektroner, snart atomer, spin eller molekyler.

Isoleret set er deres adfærd styret af meget simple regler, men når de betragtes under ét, udløser det en langt mere 8

kompleks, kollektiv adfærd. Siden 1800-tallet har den sta­tistiske fysik forsøgt at besvare spørgsmål som: Hvorfor henholdsvis koger eller fryser en væske ved bestemte temperaturer? Hvorfor er visse stoffer (for eksempel metaller) gode varmeledere, mens andre isolerer? Der er for længst fundet svar på disse spørgsmål, mens andre fortsat er ubesvarede.

For alle disse fysiske problemers vedkommende kan vi på en kvantitativ måde forstå, hvordan den kollektive adfærd er udtryk for nogle simple regler for de enkelte aktørers vekselvirkning. I vores tilfælde bestod udfordringen i at overføre den statistiske fysiks teknikker fra livløse størrelser til dyr, for eksempel stære. Resultaterne ville ikke alene være interessante for etologien og evolutionsbiologien, men kunne på meget lang sigt give os en bedre forståelse for økonomiske og sociale fænomener inden for humanvidenskaberne. Også her har vi et stort antal individer, som udsætter hinanden for gensidig påvirkning. Vi må prøve at forstå sammenhængen mellem de enkelte individers adfærd og den kollektive adfærd.

Den store amerikanske fysiker Philip Warren Anderson (vinder af Nobelprisen i fysik i 1977) barslede med denne idé i en provokerende artikel fra 1972 med titlen More Is Different, hvor han hævdede, at et øget antal komponenter i et system ikke alene medfører en kvantitativ, men også en kvalitativ ændring: Han mente således, at det væsentligste begrebs­mæssige problem, som fysikken burde beskæftige sig med, var at forstå forholdet mellem de mikroskopiske regler og den makroskopiske adfærd.

9

Stæreflokke Hvis vi skal forklare noget, er vi nødt til først at lære det at kende. I dette tilfælde manglede vi en afgørende oplysning: Vi var nødt til at forstå, hvordan stæreflokkene bevægede sig set i et rumligt perspektiv, men det vidste man ikke noget om på det tidspunkt. Det enorme antal videoer og fotos af flokkene, som var tilgængelige (og som også er let til­­ gængelige på internettet), var alle sammen taget fra en enkelt vinkel, og dermed gik vi glip af de tredimensionelle informationer. Vi var på en måde ligesom fangerne i Platons huleallegori, der kun kunne se de todimensionelle skygger på hulens vægge og derfor var ude af stand til at erkende tingenes tredimensio­nelle væsen.

Og netop denne udfordring gjorde mig kun endnu mere interesseret i sagen: Studiet af stæreflokkenes bevægelser udgjorde et fuldstændigt projekt. Det omfattede plan­ lægning af eksperimentet, indsamling og analyse af data, udvikling af et computerprogram til simulationer og fortolkning af undersøgelsens resultater og deraf følgende konklusioner.

Vi vidste, at den statistiske fysiks metoder, som jeg altid havde forsket i, ville være uundværlige i en tredimensionel rekonstruktion af flokkenes bevægelser, men det, der virkede allermest dragende på mig, var planlægningen og udførelsen af selve forsøget. Vi teoretiske fysikere sætter sjældent vores ben i et laboratorium og arbejder med abstrakte begreber. Hvis man skal løse et reelt problem, skal man have styr på en hel masse variabler, som i dette tilfælde gik fra kameralinsernes opløsning til kameraernes optimale placering, fra datalagerplads til analysemetoder. Enhver 10

detalje er af­gørende for, hvorvidt forsøget falder heldigt ud eller ej. Når man sidder »bag skrivebordet« og tænker, kan man slet ikke forestille sig, hvor mange problemer man støder på »i felten«. Jeg har aldrig brudt mig om at være alt for længe væk fra laboratorierne.

Stære er enormt interessante dyr. Engang tilbragte de sommermånederne i Nordeuropa og overvintrede i Nordafrika. Nu er vintertemperaturerne ikke alene steget på grund af den globale opvarmning, vores byer er også blevet langt varmere, hvilket både skyldes deres størrelse og tilstede­værelsen af mange varmekilder (opvarmning af husene, trafik). Mange stære er holdt op med at krydse Middelhavet og tilbringer vinteren i forskellige italienske kystbyer, deriblandt Rom, hvor vintrene er blevet mildere, end de var engang.

Stærene ankommer i begyndelsen af november og rejser igen først i marts. Disse træk er temmelig regelmæssige: Tidspunktet afhænger formentlig ikke så meget af temperaturen som af astronomiske forhold, for eksempel dagens længde. I Rom tilbringer stærene nætterne i stedsegrønne træer, som yder læ for vinden. Om dagen er der knaphed på føde i byen, og i små flokke på cirka 100 fugle søger de ud efter føde i det åbne land på den anden side af motorringvejen. De er sociale dyr og vant til at leve i flokke: Når de slår sig ned på en mark, giver halvdelen sig roligt til at æde, mens den anden halvdel sætter sig i markskellet, hvor de holder øje med de rovdyr, der måtte nærme sig. Når de så ankommer til næste mark, bytter de rolle. Om aftenen vender de tilbage til varmen i byen, og inden de sætter sig i træerne, danner de meget store flokke, som flyver rundt på himlen over hovedstaden. De er trods alt stadig følsomme 11

over for vinterkulden, og efter en nat, hvor det blæser koldt fra nord, finder man ikke sjældent en masse fugle frosset ihjel under træerne, som ikke har ydet tilstrækkelig beskyttelse mod kulden.

Derfor er det rette valg af overnatningssted et spørgsmål om liv og død. Det er slet ikke usandsynligt, at disse luft­­­ koreografier omkring solnedgang er en form for signal, der kan ses selv på stor afstand, om at her findes et godt sted at tilbringe natten. Det svarer til, at man vifter med et kæmpestort, meget tydeligt signalflag. I en klar skumringstime en vinteraften har jeg med det blotte øje kunnet se flere flokke på en halv snes kilometers afstand. De så ud som grålige pletter, der bevægede sig nærmest amøbeagtigt foran den smalle stribe med lys himmel, der stadig var lige over horisonten. De første småflokke, der kommer ind fra det åbne land, giver sig til at danse, og dansen bliver mere og mere hektisk, i takt med at lyset aftager. Lidt efter lidt kommer de sidste stære til, og til sidst dannes der flokke på tusinder af individer, som en halv times tid efter solnedgang, når det efterhånden er blevet mørkt, pludselig slår ned i de træer, hvor de vil overnatte, og hvor de bliver nærmest opslugt af træerne.

Ofte nærmer vandrefalken sig en af disse flokke i håb om at få sig noget aftensmad. Man kan let overse den, for de fleste har opmærksomheden rettet mod stærene, og det er de færreste, der har øje for falken. Selv om vandrefalken er en rovfugl med et vingefang på en meter og kan flyve med op mod 200 kilometer i timen, når den dykker, er stærene ikke noget let bytte. Hvis falken støder sammen med en flyvende stær, risikerer den nemlig at brække sine skrøbelige vinger, og sådan en ulykke ville utvivlsomt koste den 12

livet. Falken vover sig derfor ikke ind i flokken, men forsøger at fange en isoleret fugl i flokkens udkant. Stærene reagerer på falkens angreb ved at rykke tættere sammen, flyve i sluttet trop og ved hele tiden at skifte retning for at undslippe rovfuglens dødsensfarlige kløer. Nogle af de mest be­­­mærkelsesværdige træk i stærenes evolution skyldes netop deres bestræbelser på at vægre sig mod vandrefalkens stadige angreb, og falken er nødt til at angribe mange gange, før den fanger en stær. En del af stærens adfærd kan formentlig forklares ud fra nødvendigheden af at overleve disse dødsensfarlige angreb.

Forsøget Men lad os vende tilbage til vores projekt. Den første udfordring bestod i at få et tredimensionelt billede af flokken og dens form samt at lave en film i 3D af en række fortløbende enkeltbilleder. Det var i teorien let nok, og der fandtes en enkel løsning på problemet. Enhver ved, at hvis vi vil se tingene i 3D, skal vi bare bruge begge øjne.

Når vi ser på noget fra to forskellige vinkler, selv fra vinkler, der er så spidse som den mellem vores tæt­­ siddende øjne, kan hjernen »beregne« afstanden til en genstand og dermed skabe tredimensionelle billeder.

Bruger vi kun et øje, mister vi fornemmelsen af dybde i billedet. Man kan nemt afprøve det ved at lukke det ene øje og forsøge at gribe ud efter en genstand. Hånden vil fejlbedømme afstanden til genstanden. Hvis man ligefrem forsøger at spille bordtennis med bind for det ene øje, er man sikker på at tabe. Systemet kan imidlertid kun fungere, hvis vi kan identificere den fugl, vi kan se i højre 13

kamera, som den, vi kan se i venstre kamera, og den øvelse kan udvikle sig til lidt af et mareridt, når der er tusinder af fugle på hvert billede.

Vi havde tydeligvis slået et stort brød op. I den tilgængelige faglitteratur fandtes der kun undersøgelser, hvor man havde rekonstrueret 3D-billeder af højst cirka 20 dyr, som man identificerede manuelt, et for et. Vi ønskede at rekonstruere tusindvis af billeder, og på hvert billede var der tusinder af fugle. Det kunne vi naturligvis ikke gøre manuelt, og vi var nødt til at lade en computer om at identificere dyrene.

Når man giver sig i kast med et problem uden at have forudsætningerne for det, kan det kun ende galt. Vi samlede en gruppe, som ikke kun bestod af fysikere (jeg selv og min lærer Nicola Cabibbo og desuden to af hans bedste elever, Andrea Cavagna og Irene Giardina), men også to ornitologer (Enrico Alleva og Claudio Carere). Sammen med den afdøde økonom Marcello De Cecco og flere europæiske forskergrupper søgte vi i 2004 om EU-midler til projektet. Vores ansøgning blev godkendt: Vi kunne gå i gang, ansætte stu­­ derende og ph.d.-studerende og købe udstyr.

Vi opstillede vores kameraer på taget af Palazzo Massimo, som huser det dejlige Museo Nazionale Romano og ligger ud til pladsen ved Roms hovedbanegård, Stazione Termini, som i de år (de første data blev indsamlet fra december 2005 til marts 2006) var et af stærenes flittigst brugte ­over­natningssteder. Vi valgte nogle af de mest avancerede kameraer, der fandtes, da opløsningen på billeder fra videokameraer på det tidspunkt stadig var for lav til, at de kunne bruges. Hvis vi anbragte to kameraer med 25 meters mellemrum, var vi sikre på, at vi kunne fastslå den indbyrdes 14

placering af to stære på 25 meters afstand med en sikkerhed på cirka 10 centimeter. Det var nøj­­agtigt nok til, at vi kunne kende forskel på stærene, som flyver med cirka 1 meters af­­­ stand til hinanden. Vi brugte desuden endnu et kamera, som stod få meter fra et af de andre, og som hjalp os, når fuglene skyggede for hinanden i et af de to hovedkameraer.

Dette tredje kamera var en afgørende hjælp i flere tilfælde, hvor det var særlig vanskeligt at rekonstruere stærenes flugt.

Alle tre kameraer tog samtidig, med en præcision på en tusindedel sekund, fem billeder i sekundet (vi måtte lave en elektronisk udløser til at styre dem med). Faktisk stod der på hver position to indbyrdes forbundne kameraer, som skiftevis tog et billede, så vi fordoblede billedfrekvensen og tog ti billeder i sekundet. Vi stod i virkeligheden ikke meget tilbage for et videokamera, som normalt tager 25-30 billeder i sekundet. Vi brugte kameraer, men resultatet var i praksis små film.

Jeg skal ikke her komme nærmere ind på alle de tekniske problemer med kameraernes nøjagtige opstilling (som vi opnåede ved hjælp af en udspændt fiskeline), fokus og kalibrering og behovet for hurtigt at lagre mange megabyte data ... Det hele lykkedes til sidst, blandt andet takket være den vedholdende Andrea Cavagna, som jeg uden betænkeligheder havde givet det øverste ansvar for optagelserne.

Andrea er utvivlsomt en langt bedre organisator, end jeg er, og jeg havde desuden mange andre ting at se til.

Ikke nok med, at vi selvfølgelig skulle ændre vores op­­­ tagelser til 3D, en teknisk meget krævende operation, vi skulle også rekonstruere fuglenes tredimensionelle positioner. Med de 3D-film, der vises i biograferne, er det ingen 15

kunst: Hvert af vores øjne ser det, der er blevet filmet af ét kamera, hvorefter vores hjerne, der er resultatet af millioner af års selektion, uden videre formår at opfatte filmen tre­­ dimensionelt og lokalisere de sete objekter rumligt. Vi skulle løse en lignende opgave ved hjælp af algoritmer i en computer, og det var vores anden store udfordring. Vi trak på hele vores repertoire af statistisk analyse, sandsynligheds­ regning og avancerede matematiske algoritmer. I flere måneder frygtede vi, at det ville mislykkes: Sommetider kaster man sig ud i at løse et alt for indviklet problem og ender med at stå med uforrettet sag, og man kan ikke vide det på forhånd. Men ved hårdt arbejde udviklede vi de nødvendige matematiske modeller, og efterhånden lykkedes det os at løse det ene problem efter det andet. Mindre end et år efter de første optagelser stod vi med de første rekonstruerede 3D-billeder.

Studiet af fuglenes flugt Selv om studiet af stærenes adfærd naturligvis må være en opgave for en biolog, er den kvantitative analyse af hver enkelt fugls tredimensionelle flugt noget, som kun kan løses af en fysiker. Den samtidige analyse af tusindvis af fugle på tusindvis af fotografier med henblik på at rekonstruere de enkelte dyrs bane i tid og rum er et typisk fysisk problem.

De teknikker, der egner sig til at foretage den slags analyser, har meget til fælles med dem, vi har udviklet til at løse problemer inden for sta­­tistisk fysik og til at analysere meget store mængder af forsøgsdata.

Efter næsten to års arbejde var vi de eneste i verden, der var i besiddelse af tredimensionelle optagelser af stære16

flokke. Selv en simpel iagttagelse af dem lærte os mange ting. Når vi betragter stærene med det blotte øje nede fra jorden, er en af de ting, der gør størst indtryk på os, hvor hurtigt flokken kan ændre form. Det er svært at beskrive det for nogen, som aldrig har set det: Himlen krydses af nogle udefinerbare størrelser, som pludselig bliver mindre eller fladere for så at udvide sig igen, ændre form, blive næsten usynlige, så helt mørke. Deres form og tæthed undergår hele tiden store forandringer.

Mange flyvesimulationer, hvor man forsøgte at genskabe fuglenes flugt på en computer, tog udgangspunkt i flokke, der i bund og grund var kugleformede. De første tredimensionelle billeder viste os imidlertid en flok, der snarere er skiveformet. Det er netop derfor, vi ser flokken ændre form med så stor hast: En skiveformet genstand kan, alt efter synsvinklen, blive stor og rund, hvis vi ser den på den brede led, og langt smallere, hvis vi ser den fra siden. Når flokken fra det ene øjeblik til det andet fuldstændig kan ændre form og tæthed, skyldes det altså den tredimensionelle virkning af, at den positionerer sig anderledes i forhold til os (en forklaring, som Nicola Cabibbo foreslog, før vi overhovedet gik i gang med forsøget, men uden data kunne vi ikke påvise, at han havde set rigtigt).

Hvad der derimod kom som en stor overraskelse for os, var, at fuglenes tæthed i flokkens udkant viste sig at være næsten 30 procent større end i flokkens midte. Stærene er tættere på hinanden, når de befinder sig i udkanten end i midten, altså lidt ligesom i en overfyldt bus, hvor folk typisk står tættest ved dørene, hvad enten de lige er steget på, snart skal af eller vil køre videre med bussen. Hvis vi ud fra en naiv forestilling betragtede stærene som partikler, der 17

tiltrækker hinanden, ville vi forvente, at tætheden var størst i midten og aftog i kanterne, men her forholdt det sig stik modsat. Flokkene er også meget skarpt afgrænsede – det ses sjældent, at en enkelt fugl fjerner sig fra gruppen. Denne adfærd kan højst sandsynligt forklares biologisk som et forsvar mod vandrefalkenes angreb. En enlig fugl er et let bytte, og jo tættere fuglene i kanten flyver, desto sværere er det for falken at fange dem. Fuglene i kanten er tilbøjelige til at flyve tæt for at forsvare sig, mens de i midten ikke behøver at klumpe sig sammen, fordi de i forvejen føler sig beskyttet af kammeraterne længere ude.

De første billeder viste os også, at alle stærene er tilbøjelige til at holde større afstand til fuglen foran eller bagved end til sidemanden. Det kan sammenlignes med bilerne på en motorvej: Det er helt normalt at ligge med et par meters afstand til bilen ved siden af, men bestemt ikke nogen god idé at køre så tæt på bilen foran.

Tendensen til at holde afstand til fuglen foran og nærme sig sidekammeraten ses i øvrigt både i tættere flokke (med en middelafstand på cirka 80 centimeter) og i mere spredte flokke (med en middelafstand på cirka 2 meter). Dette fænomen afhænger ikke af fuglenes indbyrdes afstand. Vi kan med rimelighed antage, at det ikke skyldes dynamiske forhold, som det er tilfældet med fly, der er nødt til at holde en vis indbyrdes afstand for at undgå turbulens fra hinanden, for i så fald ville turbulens­effekten være langt mindre, når fuglene flyver med større afstand til hinanden.

Det skyldes derimod den måde, fuglene positionerer sig på indbyrdes i flokken for at holde kursen uden at støde ind i hinanden.

18

Noget nyt Dette kendetegn ved stærenes måde at positionere sig på førte os til et helt uventet resultat: Den gensidige påvirkning mellem stærene afhænger ikke så meget af deres indbyrdes afstand som af forbindelsen til de nærmeste fugle. Det virker ret naturligt: Hvis jeg løber en tur med mine venner og ser til højre for at sikre mig, at jeg ikke er ved at sakke bagud, samler min opmærksomhed sig om den nærmeste ven (uanset om han er en eller to meter væk fra mig), mens jeg er mere eller mindre ligeglad med, hvad en fjernere ven foretager sig. Det var i bagklogskabens lys ret indlysende, men i fysikken og mate­matikken hersker der et forbløffende mis­­ forhold mellem vores anstrengelser for at forstå noget nyt for første gang og den enkelhed og naturlighed, der kendetegner resultatet, når vi først har foretaget alle mellemregningerne.

I forskning som i digtekunst bærer slutresultatet ikke spor af den kreative proces og den tvivl og de forbehold, det har givet anledning til.

Fysikken har, siden Newtons hypotese om den universelle kraftlov for gravitationen (»gravitationskraften mellem to legemer er omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem de to legemer«, ikke også?), skullet forholde sig til vekselvirkninger, som afhænger af afstanden.

Tanken om, at afstanden skulle spille en marginal rolle for den kraft, ­vekselvirkningen foregår med, end ikke strejfer en, indtil forsøgsresultaterne tvinger en til at forholde sig til den.

Hvordan gik det så i vores tilfælde? Til at begynde med lavede vi en kvantitativ beskrivelse af ovennævnte betragtninger om fuglenes tendens til at indtage en større »sikker19

hedsafstand« til kammeraten umiddelbart foran end til sidekammeraten. På den måde definerede vi en mængde, som vi kaldte anisotrop (i fysikken er en størrelse anisotrop, hvis den har forskellige værdier i forskellige retninger). Hvis vi i en fotosekvens af en bestemt flok kunne registrere, at der var anisotropi mellem fugle, der var tæt på hinanden, fandt vi en høj værdi, mens værdien mellem fugle, der var langt fra hinanden, var praktisk taget ikkeeksisterende. Så vidt, så godt: Vi havde forventet, at fugle, der var langt fra hinanden, ikke havde informationer om hinandens posi­ tioner, og det var logisk, at der ikke var nogen forskel på afstanden til siden og den fremad.

De alvorlige problemer opstod, da vi sammenlignede anisotropien mellem fugle i samme indbyrdes afstand til hinanden målt i forskellige fotosekvenser. Det gav slet ingen mening: Sommetider var anisotropien mellem fugle med mere end to meters afstand meget stor, på andre billedserier var anisotropien mellem fugle med samme indbyrdes afstand ubetydelig. Til sidst gik det op for os, at det ikke duede at sammenligne adfærden hos fugle med samme indbyrdes afstand i forskellige flokke, fordi afstanden mellem de fugle, der er tættest på hinanden, kan variere meget fra flok til flok.

Så ændrede vi perspektiv: For hver fugl definerede vi den nærmeste nabo, eller rettere den nærmeste, den næst­ nærmeste, den tredjenærmeste nabo ... Vi fandt, at der var en høj grad af anisotropi til sidemanden, lavere til næst­ nærmeste og næsten ikkeeksisterende til nabo nr. syv. Ved første øjekast bidrog det tilsyneladende ikke med yderligere oplysninger i forhold til den forudgående analyse: Anisotropien aftager, i takt med at afstanden stiger. Alligevel 20

ændrer tingene sig, hvis vi sammenligner flokkene: Anisotropien var ens mellem par af nærmeste naboer i forskellige flokke, selv om middelafstanden mellem disse par var mere end dobbelt så stor i den ene flok som i den anden. Nu krævede det ikke den store intellektuelle udfoldelse at nå frem til en konklusion: På baggrund af data kunne vi kun antage, at der fandt en vekselvirkning sted mellem fuglene, som ikke afhang af den absolutte afstand mellem parrene, men af de relative afstandsforhold.

Det var resultatet af vores første studie i 2008. Siden er der løbet meget vand under Tiberens broer. Forskerholdets sammensætning er ændret, min forskning i glas er blevet en fuldtidsbeskæftigelse, vi har modtaget nye midler til vores forskning, og der er blevet indkøbt langt mere avanceret udstyr: Der var nu kommet nogle kameraer på markedet, som kunne tage op til 160 billeder i sekundet, hvert på 4 megapixel.

Vi har haft travlt. Der er blevet lanceret nye ideer og nye algoritmer. Lige nu kan vi med få hundrededele af et sekunds nøjagtighed registrere det øjeblik, hvor hver enkelt fugl begynder at dreje, når hele flokken skifter kurs. I næsten hvert tilfælde begynder en mindre gruppe i den ene side af flokken at dreje, og i løbet af et øjeblik – få tiendedele af et sekund i små flokke og godt et sekund i store – følger alle fuglene trop. Efter lang tids analyse af data og omhyggelige teoretiske overvejelser indså vi, at vi kan nå frem til en meget detaljeret forståelse af flokkens kvantitative adfærd, også under en vending. Fuglene ­regulerer deres bevægelser i forhold til nabofuglene og følger i dette nogle enkle regler, som vi har rekonstrueret med vores opmålinger. Infor­­ mationen om kursskiftet 21

bevæger sig med stor hast fra den ene fugl til den anden, som en lynhurtig besked.

Vores arbejde udløste et paradigmeskifte inden for forskningen i fugleflokke, fiskestimer og grupper af pattedyr.

Inden vores studie blev det nemlig taget for givet, at vekselvirkningen afhang af afstanden. Efter vores studie er man nødt til at tage i betragtning, at vekselvirkningen altid sker blandt de nærmeste individer. Men måske var det mest interessante resultat, at det var muligt samtidig at fastslå flere tusinde fugles position og heraf uddrage informationer, som kunne bruges til at forstå dyrenes adfærd.

Det, der muliggjorde vores resultater, var brugen af kvan­ titative teknikker til et statistisk studie af adfærden i en meget talrig dyreflok. Vi indførte nye standarder for en sådan undersøgelse, idet vi overførte teknikker til biologien, som er opstået og udviklet inden for statistisk fysik til at løse problemer, der er kendetegnet ved uorden og stor kom­­ pleksitet. Det var ikke alle biologer, der var lige begejstrede over, at vi gik dem i bedene. Nogle af dem virkede meget interesserede i vores resultater, mens andre mente, at der var alt for lidt biologi og alt for meget matematik i vores undersøgelse. Vores resultater blev afvist af flere videnskabelige tidsskrifter, som formentlig har ærgret sig gule og grønne: Efter den store succes, vores første artikel opnåede, som efterhånden er blevet citeret i mere end 2.000 videnskabelige publikationer, er der siden kommet mange flere til.

Biologien er for tiden inde i en rivende udvikling. Det, at vi har adgang til store og voldsomt stigende datamængder, gør ikke alene anvendelsen af kvantitative metoder mulig, men også nødvendig. Disse metoder kan så enten anvendes på en hensigtsmæssig eller en uhensigtsmæssig måde, det 22

afhænger helt af konteksten. Navnlig inden for etologien, læren om dyrs adfærd, kan en overdreven brug af matematik let udløse negative reaktioner. Etologerne søger jo efter år­­­ sagerne til dyrs adfærd, mens man kunne få den tanke, at kvantitative metoder er rent deskriptive og ikke nærmer sig kernen i den etologiske forskning.

Under alle omstændigheder har holdningen inden for mange videnskabelige discipliner ændret sig med årene. Det er et resultat af ophedede diskussioner om, hvilke metoder der er videnskabeligt relevante, og hvilke der omvendt bør for­kastes, fordi de ikke formår at besvare de relevante spørgsmål inden for det pågældende felt. Det minder mig om kvante­teoriens ophavsmand, Max Plancks, kyniske ord: »En ny videnskabelig sandhed vinder normalt ikke hævd, fordi dens modstandere lader sig overbevise og siger, at de har set lyset, men fordi de ender med at dø, og den følgende generation får et fortroligt forhold til de nye tanker.« Selv er jeg mere op­­­timistisk end Planck. Jeg mener, at man – i hvert fald i de fleste tilfælde – med masser af god vilje og stor tål­­modighed kan nå frem til en fælles forståelse eller i det mindste kaste lys over uoverensstemmelserne.

23