Mô hình đám đông chim cánh cụt tụ tập để chia sẻ hơi ấm

Mô hình mới khám phá ra cách mà những con chim cánh cụt chia sẻ hơi ấm công bằng với nhau.

Chim cánh cụt phải đối mặt với những cơn gió lạnh và băng giá khắc nghiệt của Nam Cực thường túm tụm cùng nhau thành các nhóm lớn để được ấm hơn trong suốt các cơn bão.

Các nhà toán học tại Đại học California, Merced (UC Merced) đã tạo ra một mô hình của đám chim cánh cụt tụ tập, cho rằng mỗi con chim cánh cụt tham gia nhóm tụ tập chỉ nhằm mục đích giảm thiểu sự mất nhiệt của chính nó. Đáng ngạc nhiên, mô hình này cho thấy kết quả hành vi như “tự cho mình là trung tâm” cho kết quả trong một chia sẻ vô tư về hơi ấm.

Các kết quả được công bố trực tuyến trên tờ PLoS ONE, các nhà nghiên cứu sẽ thảo luận về những phát hiện của họ tại cuộc họp hàng năm của phòng Động lực học chất lỏng (Division of Fluid Dynamics -DFD), của Hiệp hội Vật lý Mỹ (American Physical Society - APS), tổ chức vào ngày 18 đến 20 tháng mười tại San Diego, California.

Chim cánh cụt không phải là một chủ đề nghiên cứu điển hình của Francois Blanchette, một nhà toán học ứng dụng tại UC Merced. Nhà toán học này chủ yếu tập trung nghiên cứu vào động lực học chất lỏng. Tuy nhiên, sau khi nhìn thấy đám chim cánh cụt tụ tập trong bộ phim "March of the Penguins”. (Cuộc hành trình của chim cánh cụt") Blanchette nhận ra rằng các yếu tố quan trọng đã định hình đám chim cánh cụt, bao gồm cả gió và dòng nhiệt, các yếu tố này nằm trong lĩnh vực chuyên môn của ông.

Blanchette và các đồng nghiệp của ông, Arnold Kim và Aaron Waters đã mô hình hóa các đám đông chim cánh cụt ,mà chỉ có những chú chim cánh cụt ở bên ngoài có thể di chuyển. Mỗi chim cánh cụt trong đám đông phát ra nhiệt mà bị gió thổi đi. Bằng cách xem xét các yếu tố như số lượng chim cánh cụt trong nhóm và sức mạnh và sự xáo động của gió, mô hình tính được con chim cánh cụt nào ở phía ngoài bị lạnh nhất. Con chim cánh cụt bị lạnh nhất di chuyển đến chỗ được che chắn tốt nhất có sẵn, thường di chuyển từ chỗ đầu hướng gió đến chỗ cuối hướng gió, và sau đó phân phối nhiệt xung quanh đám chim cánh cụt đã được sắp xếp lại. Sự lặp đi lặp lại cho thấy đám chim cánh cụt kéo dài dần dần và từ từ hướng về phía khuất gió theo thời gian.

Lúc đầu mô hình có gió không đổi và những con chim đồng nhất, nhưng kết quả cho thấy các đám chim cánh cụt có hình dạng dài hơn và mảnh hơn so với những gì được quan sát thấy trong tự nhiên. Khi các nhà nghiên cứu thêm vào các yếu tố không ổn định như xoáy gió bất thường và sự khác biệt tự nhiên về kích thước và khả năng chịu lạnh của từng con chim cánh cụt, mô hình đám chim cánh cụt đã gần giống với trên thực tế.

Các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên vì mô hình cho thấy các con chim cánh cụt đã chia sẻ sự ấm áp gần như bình đẳng với nhau. "Thậm chí nếu các chú chim cánh cụt chỉ ích kỷ, chỉ cố gắng để tìm vị trí tốt nhất cho bản thân và không suy nghĩ về cộng đồng của chúng, vẫn còn bình đẳng về lượng thời gian mà mỗi con chim cánh cụt tiếp xúc với gió", Blanchette nói. “Không phải tất cả các trường hợp cá biệt của hành vi ích kỷ cho kết quả trong các kết quả công bằng như vậy”, ông lưu ý. "Đám đông chim cánh cụt là một hệ thống tự cung tự cấp, trong đó những con chim này nương tựa vào những con khác để được che chắn, và tôi nghĩ rằng đó là cái làm cho nó công bằng. Nếu bạn có một số loại chướng ngại vật, như một bức tường, sau đó tôi nghĩ rằng nó sẽ không còn công bằng nữa”, Blanchette nói.

Hiện nay các nhà nghiên cứu muốn nhận sự phản hồi từ các nhà sinh học trước khi họ tiếp tục tinh chỉnh các mô hình. Tuy nhiên việc thu thập dữ liệu thực nghiệm là khó khăn, Blanchette cho biết. Các nhà toán học hy vọng công việc của họ có thể phục vụ như một hướng dẫn cho các nhà khoa học trong lĩnh vực này, giúp họ biết những quan sát nào để thực hiện nhằm kiểm tra mô hình.

Blanchette nói nhóm của ông cũng có thể nghiên cứu cách mô hình này thích ứng để mô tả các sinh vật khác sinh học, chẳng hạn như vi khuẩn nào đó, di chuyển như là một nhóm để đáp ứng với một kích thích bên ngoài như thức ăn hay sự hiện diện của độc tố. Cuối cùng, các khái niệm từ các mô hình có thể hướng dẫn việc thiết kế các robot đám đông che chắn nhau trong điều kiện khắc nghiệt. Blanchette cho biết: "Gần như tất cả mọi người có vẻ yêu chim cánh cụt và ít người yêu toán học". "Nếu chúng ta sử dụng toán học để nghiên cứu chim cánh cụt, chúng tôi có khả năng làm cho mọi người để cũng yêu toán học nữa!"