Gepubliseer op: 11 Maart 2025 / Update van: 11 Maart 2025 - Skrywer: Konrad Wolfenstein
Swak en swermnavorsing met virtuele werklikheid: Duitse wetenskaplikes ontleed sprinkane - Beeld: Xpert.digital
VR -navorsing onthul nuwe strukture in sprinkane
Deurbraak in sprinkane: langtermynteorieë weerlê
Die woestyn -sprinkaan het 'n vreesaanjaende reputasie vir Bybelse tyd gehad. Met raves van tot 50 miljoen individue, kan hierdie tipe insek verwoestende skade veroorsaak deur hele gebiede van kaal te eet en sodoende voedingsveiligheid in gevaar te stel. Nou het navorsers van die Universiteit van Konstanz en die Max Planck Instituut vir Gedragsbiologie baanbrekende kennis oor die organisasie van hierdie swerms opgedoen en baie jare se teorieë weerlê. Met behulp van innoverende virtuele werklikheidstegnologie kon die wetenskaplikes demonstreer dat sprinkaan swerms fundamenteel anders is as wat voorheen aanvaar is. Hierdie studie wat in die bekende spesialisjoernaal “Science” gepubliseer is, draai vorige verklarende modelle onderstebo en bied belangrike insigte wat kan bydra tot die beter voorspelling en bestryding van sprinkane.
Geskik vir:
Die verskynsel van sprinkane en hul wêreldwye betekenis
Woestynproppers (Schistocerca Gregaria) is een van die indrukwekkendste voorbeelde van kollektiewe gedrag in die natuurlewe. Die vlug wat nie in staat is om te vlieg nie, so -geroepte nimfe, leef aanvanklik as plaaslike individue. Onder sekere voorwaardes kom hulle egter bymekaar om enorme raves te vorm en begin stap - nie doelloos nie, maar in 'n gekoördineerde beweging, asof hulle sentraal beheer word. Hierdie groot insekkollektiewe kan tot 50 miljoen diere insluit en dus een van die grootste dierekollektiewe op ons planeet verteenwoordig.
Die gevolge van sulke sprinkane is verwoestend. Volgens die navorsers bedreig hulle die bestaan van elke tiende persoon wêreldwyd. 'N Konkrete voorbeeld hiervan het die massiewe sprinkaan plaag op die horing van Afrika tussen 2019 en 2020 verskaf, wat landbouproduksie verwoes en 'n hongersnood veroorsaak het. Die wetenskaplike navorsing van die meganismes wat lei tot die vorming en beweging van sulke swerms is dus nie net van teoretiese belang nie, maar het ook 'n groot praktiese belang vir wêreldwye voedingsveiligheid.
Die vorige teorie: sprinkane as 'n 'selfgedrewe deeltjie'
Die kollektiewe gedrag van sprinkane word al dekades met behulp van 'n konsep uit teoretiese fisika verduidelik. In hierdie model word die insekte beskou as 'selfaangedrewe deelnemers' (selfgedrewe deeltjies), wat hul posisies en bewegingsrigtings op hul onmiddellike bure in lyn bring. Hierdie teorie veronderstel dat dit voldoende is as die individue slegs 'in 'n ry' met hul direkte bure kom om 'n samehangende beweging oor die hele swerm te skep.
'N Ander sentrale element van hierdie vorige verklaring was die aanname dat die digtheid van die diere 'n deurslaggewende faktor is vir die oorgang van versteurde vlotbeweging. Volgens hierdie hipotese begin die oorgang na 'n gekoördineerde beweging sodra daar genoeg diere in 'n beperkte ruimte is. Hierdie teorie het so oortuigend gelyk dat dit dekades lank gedien het as 'n standaardmodel om kollektiewe bewegings in die natuurlewe te verduidelik.
Interessant genoeg het vorige navorsing onder leiding van Iain Couzin, wat ook by die huidige studie betrokke is, al ander verrassende bevindings oor die swermgedrag van sprinkane verskaf. Sy span het ontdek dat kannibalisme 'n dryfveer vir die stapbewegings kan wees - die sprinkane beweeg vorentoe om nie van agter geëet te word nie. Hierdie besef het reeds aangedui dat meer ingewikkelde gedrag 'n rol kan speel as blote fisiese reaksies.
Die innoverende navorsingsbenadering: virtuele werklikheid onthul die geheime van die swerm
Om die ingewikkelde interaksies in die krediete van die sprinkaan beter te verstaan, is die navorsingspan rondom Iain Couzin van die Cluster of Excellence Collective aan die Universiteit van Constance en die Max Planck Instituut vir Gedragsbiologie oor 'n revolusionêre benadering: Virtual Reality (VR). "Soos bekend, is dit moeilik om die meganismes van interaksie by mobiele groepe diere te herken," verduidelik Couzin. "Die individue beïnvloed mekaar en word ook beïnvloed deur die gedrag van die ander, in 'n ingewikkelde wisselwerking."
Om hierdie probleem op te los, het die navorsers 'n gesofistikeerde VR -opstelling ontwikkel. Individuele lewende grasse is op 'n beweegbare bal geplaas, soortgelyk aan 'n trapmeul, sodat hulle vry kon beweeg. Rondom hulle het die wetenskaplikes tot 64 foto -realistiese virtuele sprinkane geprojekteer, sodat die regte insekte geglo het dat hulle in 'n natuurlike swerm was. Hierdie innoverende metode het navorsers in staat gestel om presies te kyk watter inligting uit die lewende gras beskikbaar was - hoeveel ander diere in hul omgewing was en in watter rigting hulle was.
In 'n besondere onthullende eksperiment het die navorsers regte sprinkane tussen twee virtuele, drie -dimensionele swerms geplaas. Hierdie toetsreëling het hulle in staat gestel om te toets of die diere eintlik reageer op die gedrag van hul direkte bure, soos voorheen aanvaar, en dat hulle as 'n eenvormige drukwerk sou beweeg.
Verrassende resultate: 'n Paradigmaverskuiwing in swermnavorsing
Die resultate van die eksperimente was verbasend en bevraagteken die vorige teorie fundamenteel. In teenstelling met die verwagting van die navorsers, het die regte sprinkane nie beweeg as deel van 'n groot, eenvormige swerm in dieselfde rigting nie. In plaas daarvan draai hulle in die rigting van een van die virtuele swerms en hardloop spesifiek na hulle.
Hierdie waarneming het die wetenskaplikes getoon dat die so -oproepe “optomotoriese reaksie” - 'n aangebore refleks wat veroorsaak dat sprinkane die sensoriese indrukke van beweging volg - nie die oorsaak van die gekoördineerde kollektiewe beweging is nie. In werklikheid het die navorsers geen bewyse gevind dat sprinkane hul posisie en beweging in lyn gebring het op grond van hul bure nie.
"Individuele diere is nie deeltjies nie," verduidelik Iain Couzin. "Ons moet die sprinkane sien as kognitiewe, waarnemende onderwerpe wat hul omgewing waarneem en op grond hiervan hul besluite neem waar hulle volgende gaan." Die navorsers neem nou aan dat die ontwikkeling van 'n swerm baie meer afhang van elke individuele sprinkaan as wat voorheen aanvaar is.
Die eksperimente het ook getoon dat die diere soms van die gewrigskursus afgewyk het, selfs al het hulle twee swerms langs hulle gehad wat in dieselfde rigting loop. Daarbenewens het die span geen bewyse gevind dat die digtheid van individue, soos voorheen aanvaar, die aanloklike faktor vir die swermbeweging was nie.
Praktiese belang vir die bekamping van sprinkane
Die nuwe bevindings het praktiese implikasies wat verreikend is. 'N Beter begrip van die fundamentele meganismes van swermvorming en beweging kan help om die gedrag van die insekte te voorspel en om meer effektiewe strategieë te ontwikkel om grasreekse te bekamp.
In die lig van die feit dat sprinkane die bestaan van alle tiende mense bedreig, moet die belangrikheid van hierdie navorsing nie onderskat word nie. Die verwoestende gevolge van die sprinkaan plaag op die horing van Afrika tussen 2019 en 2020, wat gelei het tot oesfoute en hongersnood, illustreer die dringende behoefte aan beter voorspelling en beheermeganismes.
Deur die besef dat sprinkane nie net as 'n fisiese deeltjie optree nie, maar as individuele kognitiewe akteurs met hul eie besluitnemingsprosesse, is nuwe benaderings om die verwoesting te beheer. In plaas daarvan om uitsluitlik op groot skaalbeheermaatreëls te vertrou, kan toekomstige strategieë gerig wees op die begrip en invloed van individuele besluitnemingsprosesse.
Geskik vir:
Toekomstige navorsingsaanwysings en die “Center for Visual Computing of Collective”
Die baanbrekende bevindings verteenwoordig slegs die begin van 'n nuwe begrip van kollektiewe gedrag. Hierdie sentrum, wat een van die modernste fasiliteite is vir die ondersoek na groepsgedrag, is bedoel om diere -swerms in virtuele holografiese 3D -omgewings waar te neem en hul bewegings te ontleed.
Terselfdertyd ondersoek die span rondom Couzin ook ruimtelike besluitneming vir verskillende diersoorte. 'N Studie wat onlangs in PNA's gepubliseer is, toon hoe diere die kompleksiteit van hul omgewing verwerk deur die wêreld tot opeenvolgende besluite tussen net twee opsies te verminder. Hierdie bevindings dui aan dat basiese meetkundige beginsels kan verklaar hoe en waarom diere beweeg soos hulle doen - 'n benadering wat ook toegepas kan word op die begrip van sprinkane.
'N Nuwe era in die ondersoek na kollektiewe gedrag
Die navorsing van die wetenskaplikes aan die Universiteit van Konstanz en die Max Planck Instituut vir Gedragsbiologie is 'n keerpunt in die begrip van kollektiewe gedrag in die natuurlewe. Deur die lang gevestigde teorie van “selfgedrewe deeltjies” te bevraagteken, open hulle 'n nuwe perspektief, die sprinkane en ander diere as individuele besluitnemers, waarvan die kollektiewe gedrag voortspruit uit ingewikkelde kognitiewe prosesse.
Die gebruik van innoverende virtuele werklikheidstegnologie is die sleutel tot sukses. Dit het die navorsers in staat gestel om die voorheen ondeurdringbare kompleksiteit van dierekollektiewe te ontsyfer en om fundamentele insigte in die organisasie van swerms te kry. Hierdie bevindings kon nie net ons teoretiese begrip van kollektiewe gedrag 'n omwenteling maak nie, maar bied ook praktiese oplossings vir die bekamping van sprinkane wat die voedingsveiligheid wêreldwyd bedreig.
Die werk van die span rondom Iain Couzin, wat reeds die gesogte Gottfried Wilhelm Leibniz -prys ontvang het vir sy navorsing op die gebied van kollektiewe gedrag, onderstreep die belangrikheid van interdissiplinêre navorsing op die koppelvlak van biologie, rekenaarwetenskap en fisika. Dit wys indrukwekkend hoe moderne tegnologie ons kan help om die fassinerende geheime van die natuur te ontsyfer en terselfdertyd praktiese oplossings te ontwikkel om wêreldwye probleme te dring.
Geskik vir:
Jou globale bemarkings- en besigheidsontwikkelingsvennoot
☑️ Ons besigheidstaal is Engels of Duits
☑️ NUUT: Korrespondensie in jou landstaal!
Konrad Wolfenstein
Ek sal graag jou en my span as 'n persoonlike adviseur dien.
Jy kan my kontak deur die kontakvorm hier in te vul of bel my eenvoudig by +49 89 89 674 804 (München) . My e-posadres is: wolfenstein ∂ xpert.digital
Ek sien uit na ons gesamentlike projek.
