鳥や魚の群れは「柔らかい結晶」のように動いているという研究結果

空を飛ぶ鳥の群れや水中を泳ぐ魚の群れは、個々の動物が複雑に動いているにもかかわらず全体を見ると整った形を保ったまま移動しています。アメリカ・ニューヨーク大学の研究チームは、こうした群れの動きを「柔らかい結晶性物質」のようなものだとする研究結果を報告しました。

Modeling flying formations as flow-mediated matter | Physical Review Fluids
https://journals.aps.org/prfluids/accepted/10.1103/tp8s-76vr

How Do Flocking Birds and Schools of Fish Move? New Research Offers Crystal-Clear Answer | NYU
https://www.nyu.edu/about/news-publications/news/2026/june/how-do-flocking-birds-and-schools-of-fish-move--new-research-off.html

ニューヨーク大学のクリスティアナ・マヴロイアコウモウ氏らの研究チームによると、過去の研究により鳥や魚の群れ全体の大まかな動きを生み出す仕組みは分かってきた一方で、個体同士がどのような細かな相互作用によって整った動きを保っているのかは十分に分かっていなかったとのこと。

研究チームは鳥や魚の列が一定の間隔を保ちながら動く点に注目しました。羽ばたく鳥や泳ぐ魚は周囲に空気や水の流れを作り、その後ろに渦を含む流れを残します。後ろにいる個体はその流れから力を受けるため、個体同士は直接触れていなくても互いに影響し合います。研究チームはこうした考え方を数理モデルとして組み立て、鳥や魚の列を「空気や水の流れを介した相互作用によって性質が決まる物質」として扱いました。

研究チームは、「前の個体が作る流れが後ろの個体にどのような力を及ぼすのか」を数式で表すモデルを作成しました。このモデルでは、鳥や魚が互いに触れていなくても前の個体が作る流れによって後続の個体の位置や間隔が影響を受け、群れの中に一定の間隔やバネのような結びつきが生じると説明されます。また、モデルを解析したところ、群れの一部が押されたり揺れたりするとその影響が列に沿った波として後方へ伝わりながら大きくなることが示されたとのことです。

以下の図は翼のように羽ばたく物体が作る流れと、その後ろに並ぶ物体への影響を示したものです。灰色の矢印は進行方向を表し、青い線や矢印は羽ばたきの向きや後流の速度を表しています。

研究チームはこのモデルを使って実際の現象を説明できるかを確かめるため、過去10年ほどに行われた物理実験の結果と照らし合わせました。その一つが、3Dプリントしたプラスチック製の翼をモーターで動かし、水の入った水槽の中で羽ばたかせる実験です。5枚の翼が水槽の中で上下に羽ばたくように動き、互いが作る流れの影響を受けながら水槽内を動く様子を以下の動画で確認できます。

Flocking Birds Experiment - YouTube

この実験装置は鳥が前の個体の真後ろに1羽ずつ並ぶ縦列隊形をまねて作られており、水槽の中で翼を羽ばたかせることで、鳥が飛んでいる時に翼の周囲で起きる流れに相当する現象と、その流れが後ろの翼に及ぼす影響を調べることが可能。

研究チームはこうした過去の実験結果がモデルの考え方を支持するものだったと報告しています。つまり、鳥や魚の列は単なる個体の集まりではなく、流れを介して互いに力を及ぼし合うことで、一定の間隔やバネのような結びつきを持つ物質のように振る舞うと考えられるというわけです。これは、原子が規則的な繰り返しのパターンで並ぶ「柔らかい結晶性物質」に似ていると説明されています。

ただし実際の鳥や魚は、前後の個体が作る流れだけでなく、捕食者や障害物、風や水流など周囲の変化も捉えて動きを調整します。研究チームは、鳥や魚の群れは壊れやすい構造だからこそ周囲に反応しやすい可能性があり、流れを介した相互作用を分析・操作する手がかりにもなると説明しています。