Gepubliseer op: 11 Maart 2025 / Opgedateer op: 11 Maart 2025 – Outeur: Konrad Wolfenstein
Swermintelligensie en swermnavorsing met virtuele realiteit: Duitse wetenskaplikes analiseer sprinkaanswerms – Beeld: Xpert.Digital
VR-navorsing onthul nuwe strukture in sprinkaanswerms
Deurbraak in sprinkaannavorsing: Langdurige teorieë weerlê
Die woestynsprinkaan het sedert Bybelse tye 'n vreesaanjaende reputasie. Met swerms van tot 50 miljoen individue kan hierdie insekspesie verwoesting saai deur hele streke te verslind en sodoende voedselsekerheid in gevaar te stel. Nou het navorsers van die Universiteit van Konstanz en die Max Planck Instituut vir Dieregedrag baanbrekende insigte in die organisasie van hierdie swerms verkry, wat langgekoesterde teorieë omverwerp. Deur gebruik te maak van innoverende virtuele realiteitstegnologie kon die wetenskaplikes demonstreer dat sprinkaanswerms hulself fundamenteel anders organiseer as wat voorheen aanvaar is. Hierdie studie, gepubliseer in die gesogte tydskrif "Science", keer bestaande verklarende modelle op hul kop en bied belangrike insigte wat kan bydra tot beter voorspelling en beheer van sprinkaanplae.
Geskik vir:
Die verskynsel van sprinkaanswerms en hul wêreldwye betekenis
Woestynsprinkane (Schistocerca gregaria) is van die indrukwekkendste voorbeelde van kollektiewe gedrag in die diereryk. Die vluglose jong insekte, genaamd nimfe, leef aanvanklik as geïsoleerde individue. Onder sekere omstandighede kom hulle egter in enorme swerms saam en begin migreer – nie doelloos nie, maar in 'n gekoördineerde beweging, asof sentraal beheer. Hierdie ontsaglike insekteswerms kan tot 50 miljoen individue bevat, wat hulle een van die grootste dierkollektiewe op ons planeet maak.
Die gevolge van sulke sprinkaanswerms is verwoestend. Navorsers skat dat hulle die lewensbestaan van ongeveer een uit elke tien mense wêreldwyd bedreig. 'n Konkrete voorbeeld hiervan was die massiewe sprinkaanplaag in die Horing van Afrika tussen 2019 en 2020, wat landbouproduksie verwoes en 'n hongersnood veroorsaak het. Daarom is wetenskaplike navorsing oor die meganismes wat lei tot die vorming en beweging van sulke swerms nie net van teoretiese belang nie, maar het ook aansienlike praktiese betekenis vir globale voedselsekerheid.
Die vorige teorie: Sprinkane as "selfaangedrewe deeltjies"
Vir dekades word die kollektiewe gedrag van sprinkaanswerms verduidelik met behulp van 'n konsep uit teoretiese fisika. In hierdie model word die insekte as "selfgedrewe deeltjies" beskou wat hul posisies en bewegingsrigtings met hul onmiddellike bure in lyn bring. Hierdie teorie neem aan dat dit voldoende is vir individue om hulself slegs met hul onmiddellike bure in lyn te bring om 'n samehangende beweging oor die hele swerm te genereer.
Nog 'n sleutelelement van hierdie vorige verduideliking was die aanname dat dierdigtheid 'n deurslaggewende faktor is in die oorgang van wanordelike na geordende swermbeweging. Volgens hierdie hipotese begin die oorgang na gekoördineerde beweging sodra genoeg diere in 'n beperkte ruimte bymekaarkom. Hierdie teorie het so oortuigend gelyk dat dit vir dekades as die standaardmodel gedien het om kollektiewe bewegings in die diereryk te verduidelik.
Interessant genoeg het vorige navorsing onder leiding van Iain Couzin, wat ook by die huidige studie betrokke is, reeds ander verrassende insigte in die swermgedrag van sprinkane opgelewer. Sy span het ontdek dat kannibalisme 'n dryfveer in hul migrasiebewegings kan wees – die sprinkane beweeg vorentoe om te verhoed dat hulle van agter geëet word. Hierdie bevinding het reeds daarop gedui dat meer komplekse gedrag as blote fisiese reaksies moontlik aan die gang kan wees.
Die innoverende navorsingsbenadering: Virtuele Realiteit onthul die geheime van die swerm.
Om die komplekse interaksies binne sprinkaanswerms beter te verstaan, het die navorsingspan onder leiding van Iain Couzin van die Cluster of Excellence "Collective Behavior" aan die Universiteit van Konstanz en die Max Planck Instituut vir Dieregedrag 'n revolusionêre benadering gebruik: virtuele realiteit (VR). "Dit is berug moeilik om die meganismes van interaksie in mobiele dieregroepe te onderskei," verduidelik Couzin. "Individue beïnvloed mekaar en word gelyktydig beïnvloed deur die gedrag van ander, in 'n komplekse wisselwerking."
Om hierdie probleem op te los, het die navorsers 'n gesofistikeerde VR-opstelling ontwikkel. Individuele lewende sprinkane is op 'n bewegende bal geplaas, soortgelyk aan 'n trapmeul, wat hulle toegelaat het om vrylik te beweeg. Om hulle het die wetenskaplikes tot 64 fotorealistiese virtuele sprinkane geprojekteer, sodat die regte insekte geglo het dat hulle in 'n natuurlike swerm was. Hierdie innoverende metode het die navorsers in staat gestel om presies te beheer watter inligting beskikbaar was vir die lewende sprinkaan - hoeveel ander diere in sy omgewing was en in watter rigting hulle beweeg het.
In 'n besonder onthullende eksperiment het die navorsers regte sprinkane tussen twee virtuele, driedimensionele swerms geplaas. Hierdie eksperimentele opstelling het hulle toegelaat om spesifiek te toets of die diere werklik op die gedrag van hul onmiddellike bure sou reageer, soos voorheen aanvaar, en saam met hulle as 'n verenigde swerm sou beweeg.
Verrassende resultate: 'n Paradigmaskuif in swermnavorsing
Die resultate van die eksperimente was verrassend en het bestaande teorie fundamenteel uitgedaag. In teenstelling met die navorsers se verwagtinge, het die werklike sprinkane nie in dieselfde rigting beweeg as deel van 'n groot, eenvormige swerm nie. In plaas daarvan het hulle na een van die virtuele swerms gedraai en direk daarheen beweeg.
Hierdie waarneming het wetenskaplikes getoon dat die sogenaamde "optomotoriese reaksie" - 'n aangebore refleks wat veroorsaak dat sprinkane sensoriese indrukke van beweging volg - nie die oorsaak van die gekoördineerde kollektiewe beweging is nie. Trouens, die navorsers het geen bewyse gevind dat sprinkane hul posisie en bewegingsrigting op grond van hul bure in lyn bring nie.
“Individuele diere is nie deeltjies nie,” verduidelik Iain Couzin. “Ons moet die sprinkane beskou as kognitiewe, handelende subjekte wat hul omgewing waarneem en, gebaseer hierop, besluite neem oor waarheen om volgende te gaan.” Die navorsers neem nou aan dat die vorming van 'n swerm baie meer van elke individuele sprinkaan afhang as wat voorheen gedink is.
Die eksperimente het ook getoon dat die diere soms van die gemeenskaplike koers afgewyk het, selfs wanneer hulle twee swerms langs hulle gehad het wat in dieselfde rigting beweeg het. Verder het die span geen bewyse gevind dat die digtheid van individue, soos voorheen aangeneem, die snellerfaktor vir swermbeweging is nie.
Praktiese implikasies vir die bestryding van sprinkaanplae
Die nuwe bevindinge het verreikende praktiese implikasies. 'n Beter begrip van die fundamentele meganismes van swermvorming en beweging kan help om insekgedrag te voorspel en meer effektiewe strategieë te ontwikkel vir die bestryding van sprinkaanplae.
Aangesien sprinkaanswerms die lewensbestaan van na raming een uit elke tien mense bedreig, kan die belangrikheid van hierdie navorsing nie oorskat word nie. Die verwoestende impak van die sprinkaanplaag in die Horing van Afrika tussen 2019 en 2020, wat tot misoes en hongersnode gelei het, beklemtoon die dringende behoefte aan verbeterde voorspellings- en beheermeganismes.
Die besef dat sprinkane nie bloot as fisiese deeltjies optree nie, maar as individuele kognitiewe agente met hul eie besluitnemingsprosesse, maak nuwe benaderings oop vir die beheer van swerms. In plaas daarvan om slegs op grootskaalse beheermaatreëls staat te maak, kan toekomstige strategieë meer fokus op die begrip en beïnvloeding van individuele besluitnemingsprosesse.
Geskik vir:
Toekomstige navorsingsrigtings en die "Sentrum vir Visuele Berekening van Kollektiewe"
Hierdie baanbrekende bevindinge verteenwoordig slegs die begin van 'n nuwe begrip van kollektiewe gedrag. Om hierdie navorsingsveld verder te bevorder, het Iain Couzin die "Sentrum vir Visuele Berekening van Kollektiewe" in Konstanz begin. Hierdie sentrum, wat onder die modernste fasiliteite vir die navorsing van groepgedrag sal wees, sal diereswerms in virtuele holografiese 3D-omgewings waarneem en hul bewegings analiseer.
Parallel hiermee doen Couzin se span ook navorsing oor ruimtelike besluitneming in verskeie dierspesies. 'n Onlangse studie wat in PNAS gepubliseer is, toon hoe diere die kompleksiteit van hul omgewing verwerk deur die wêreld te reduseer tot opeenvolgende besluite tussen slegs twee opsies. Hierdie bevindinge dui daarop dat fundamentele geometriese beginsels kan verduidelik hoe en waarom diere beweeg soos hulle beweeg – 'n benadering wat ook toegepas kan word om sprinkaanswerms te verstaan.
'n Nuwe era in die studie van kollektiewe gedrag
Die navorsing deur wetenskaplikes van die Universiteit van Konstanz en die Max Planck Instituut vir Dieregedrag dui op 'n keerpunt in die begrip van kollektiewe gedrag in die diereryk. Deur die gevestigde teorie van "selfgedrewe deeltjies" uit te daag, open hulle 'n nuwe perspektief wat sprinkane en ander diere as individuele besluitnemers beskou wie se kollektiewe gedrag voortspruit uit komplekse kognitiewe prosesse.
Die gebruik van innoverende virtuele realiteitstegnologie het bewys dat dit die sleutel tot sukses is. Dit het navorsers in staat gestel om die voorheen ondeurdringbare kompleksiteit van dierkollektiewe te ontsyfer en fundamentele insigte in swermorganisasie te verkry. Hierdie bevindinge kan nie net ons teoretiese begrip van kollektiewe gedrag revolusioneer nie, maar bied ook praktiese oplossings vir die bestryding van sprinkaanplae wat voedselsekerheid wêreldwyd bedreig.
Die werk van Iain Couzin se span, wat reeds die gesogte Gottfried Wilhelm Leibniz-prys vir sy navorsing op die gebied van kollektiewe gedrag ontvang het, beklemtoon die belangrikheid van interdissiplinêre navorsing op die koppelvlak van biologie, rekenaarwetenskap en fisika. Dit demonstreer indrukwekkend hoe moderne tegnologieë ons kan help om die fassinerende geheime van die natuur te ontsluit terwyl hulle terselfdertyd praktiese oplossings vir dringende globale probleme ontwikkel.
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.
