ذكاء الأسراب وأبحاث الأسراب باستخدام الواقع الافتراضي: علماء ألمان يحللون أسراب الجراد – الصورة: Xpert.Digital
تكشف أبحاث الواقع الافتراضي عن هياكل جديدة في الجراد
اختراق في الجراد: تنحرف نظريات طويلة المدى
تتمتع جراد الصحراء بسمعة مرعبة في الأوقات التوراتية. مع وجود ما يصل إلى 50 مليون شخص ، يمكن أن يسبب هذا النوع من الحشرات أضرارًا مدمرة عن طريق تناول مساحات كاملة من العارية وبالتالي تعرض السلامة الغذائية للخطر. الآن اكتسب باحثون من جامعة كونستانز ومعهد ماكس بلانك لعلم الأحياء السلوكي معرفة رائدة حول تنظيم هذه الأسرار ودحضوا سنوات عديدة من النظريات. بمساعدة تكنولوجيا الواقع الافتراضي المبتكرة ، تمكن العلماء من إثبات أن أسراب الجندب تختلف اختلافًا جذريًا عن المفترض سابقًا. هذه الدراسة التي نشرت في المجلة المتخصصة الشهيرة "Science" تحول النماذج التوضيحية السابقة رأسًا على عقب وتوفر رؤى مهمة يمكن أن تسهم في التنبؤ ومكافحة الجراد.
مناسب ل:
ظاهرة الجراد ومعناها العالمي
يُعدّ الجراد الصحراوي (Schistocerca gregaria) من أبرز الأمثلة على السلوك الجماعي في عالم الحيوان. تعيش هذه الحشرات الصغيرة غير القادرة على الطيران، والتي تُسمى الحوريات، في البداية كأفراد مستقرة. ولكن في ظل ظروف معينة، تتجمع هذه الحشرات في أسراب هائلة وتبدأ بالهجرة – ليس عشوائيًا، بل في حركة منسقة، كما لو كانت تحت سيطرة مركزية. يمكن أن تضم هذه التجمعات الضخمة من الحشرات ما يصل إلى 50 مليون فرد، مما يجعلها واحدة من أكبر التجمعات الحيوانية على كوكبنا.
آثار مثل هذه الجراد مدمرة. وفقا للباحثين ، فإنهم يهددون رزق كل شخص العاشر في جميع أنحاء العالم. قدم مثال ملموس على هذا الطاعون الضخم الجراد على القرن الأفريقي بين عامي 2019 و 2020 ، والذي دمر الإنتاج الزراعي وأثار مجاعة. وبالتالي فإن البحث العلمي للآليات التي تؤدي إلى تكوين وحركة مثل هذه الأسرار ليست ذات أهمية نظرية فحسب ، بل لها أيضًا أهمية عملية كبيرة للأمن التغذوي العالمي.
النظرية السابقة: الجراد كـ "جسيم مدفوع ذاتيًا"
على مدى عقود ، تم شرح السلوك الجماعي للجندب بمساعدة مفهوم من الفيزياء النظرية. في هذا النموذج ، يُنظر إلى الحشرات على أنها "مشاركين ذاتيهم" (الجسيمات ذاتية القائمة) ، والتي تعمل على مواقعها واتجاهات الحركة على جيرانهم المباشرين. تفترض هذه النظرية أنها كافية إذا "يدخل الأفراد فقط في صف" مع جيرانهم المباشرين من أجل إنشاء حركة متماسكة عبر الأسرب بأكمله.
عنصر مركزي آخر في هذا التفسير السابق هو افتراض أن كثافة الحيوانات هي عامل حاسم لانتقال حركة التعويم المضطربة. وفقًا لهذه الفرضية ، يبدأ الانتقال إلى حركة منسقة بمجرد وجود حيوانات كافية في مساحة محدودة. بدت هذه النظرية مقنعة لدرجة أنها كانت تعمل لعقود من الزمن كنموذج قياسي لشرح الحركات الجماعية في الحياة البرية.
من المثير للاهتمام أن بحثًا سابقًا أجراه إيان كوزين، المشارك أيضًا في الدراسة الحالية، قد قدّم بالفعل رؤىً أخرى مثيرة للدهشة حول سلوك أسراب الجراد. اكتشف فريقه أن أكل لحوم البشر قد يكون عاملًا دافعًا لحركات هجرته – إذ يتقدم الجراد للأمام لتجنب أن يُفترس من الخلف. تشير هذه النتيجة إلى أن سلوكيات أكثر تعقيدًا من مجرد ردود فعل جسدية قد تكون مسؤولة عن ذلك.
نهج البحث المبتكر: الواقع الافتراضي يكشف أسرار السرب
من أجل فهم التفاعلات المعقدة بشكل أفضل في اعتمادات الجراد ، فريق البحث حول إيان كوزين من مجموعة من التميز الجماعي في جامعة كونستانس ومعهد ماكس بلانك لعلم الأحياء السلوكي على نهج ثوري: الواقع الافتراضي (VR). "كما هو معروف ، من الصعب التعرف على آليات التفاعل في المجموعات المتنقلة من الحيوانات" ، يوضح كوزين. "يؤثر الأفراد على بعضهم البعض ويتأثرون أيضًا بسلوك الآخرين ، في تفاعل معقد."
لحل هذه المشكلة، طوّر الباحثون نظام واقع افتراضي متطور. وُضعت جنادب حية فردية على كرة متحركة، تشبه جهاز المشي، مما أتاح لها الحركة بحرية. عرض العلماء ما يصل إلى 64 جندبًا افتراضيًا واقعيًا حولها، مما جعل الحشرات الحقيقية تعتقد أنها في سرب طبيعي. أتاحت هذه الطريقة المبتكرة للباحثين التحكم بدقة في المعلومات التي يمكن للجندب الحي الوصول إليها – مثل عدد الحيوانات الأخرى الموجودة في محيطه واتجاه حركته.
في تجربة تكشف بشكل خاص ، وضع الباحثون جراد حقيقي بين أسراب افتراضية وثلاثة أبعاد. سمح لهم ترتيب الاختبار باختبار ما إذا كانت الحيوانات تتفاعل فعليًا مع سلوك جيرانها المباشرين ، كما هو مفترض سابقًا ، وسوف تتحرك معهم باعتبارها سحقًا موحدًا.
نتائج مفاجئة: تحول نموذج في أبحاث السرب
كانت نتائج التجارب مفاجئة واستجوبت بشكل أساسي النظرية السابقة. على عكس توقعات الباحثين ، فإن الجراد الحقيقيين لم يتحركوا كجزء من سرب كبير موحد في نفس الاتجاه. بدلاً من ذلك ، تحولوا في اتجاه أحد الأعمار الافتراضية وركضوا على وجه التحديد.
أظهرت هذه الملاحظة للعلماء أن ما يُسمى "الاستجابة البصرية الحركية" – رد فعل فطري يدفع الجنادب إلى اتباع الإشارات الحسية للحركة – ليس سبب الحركة الجماعية المنسقة. في الواقع، لم يجد الباحثون أي دليل على أن الجنادب تُحدد مواقعها واتجاه حركتها بناءً على جيرانها.
"الحيوانات الفردية ليست جزيئات" ، يوضح إيان كوزين. "علينا أن نرى الجراد كمواضيع إدراكية ، بالنيابة التي تلاحظ محيطهم ، وعلى هذا الأساس ، يتخذون قراراتهم إلى أين يذهبون بعد ذلك." يفترض الباحثون الآن أن تطوير سرب يعتمد أكثر على كل جراد فردي مما كان يفترض سابقًا.
أظهرت التجارب أيضًا أن الحيوانات تنحرف في بعض الأحيان عن المسار المشترك ، حتى لو كان لديهم أسراب بجوارهما في نفس الاتجاه. بالإضافة إلى ذلك ، لم يجد الفريق أي دليل على أن كثافة الأفراد ، كما يفترض سابقًا ، كانت العامل المثير لحركة Swarm.
أهمية عملية لمكافحة الجراد
النتائج الجديدة لها آثار عملية تتجه بعيدة. يمكن أن يساعد الفهم الأفضل للآليات الأساسية لتشكيل السرب والحركة في التنبؤ بسلوك الحشرات وتطوير استراتيجيات أكثر فعالية لمكافحة النطاقات العشب.
في ضوء حقيقة أن الجراد يهدد رزق جميع الناس العاشرون ، لا ينبغي التقليل من أهمية هذا البحث. إن الآثار المدمرة لطاعون الجندب على القرن الأفريقي بين عامي 2019 و 2020 ، مما أدى إلى فشل الحصاد والمجاعات ، توضح الحاجة الملحة إلى آليات التنبؤ والتحكم بشكل أفضل.
من خلال إدراك أن الجراد لا يعملون ببساطة كجسيم مادي ، ولكن كجهات فاعلة إدراكية فردية مع عمليات صنع القرار الخاصة بهم ، فإن الأساليب الجديدة للسيطرة على ويلات مفتوحة. بدلاً من الاعتماد حصريًا على تدابير التحكم الكبيرة ، يمكن توجيه الاستراتيجيات المستقبلية نحو فهم عمليات صنع القرار الفردية والتأثير عليها.
مناسب ل:
اتجاهات البحث المستقبلية و "مركز الحوسبة البصرية للجماعية"
تمثل النتائج الرائدة بداية فهم جديد للسلوك الجماعي. يهدف هذا المركز ، الذي سيكون من بين أحدث المرافق للبحث في سلوك المجموعة ، إلى مراقبة أسراب الحيوانات في البيئات ثلاثية الأبعاد الافتراضية وتحليل تحركاتها.
بالتوازي مع ذلك، يُجري فريق كوزين أيضًا أبحاثًا حول عملية اتخاذ القرارات المكانية لدى أنواع مختلفة من الحيوانات. تُظهر دراسة حديثة نُشرت في مجلة الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS) كيف تُعالج الحيوانات تعقيد بيئتها من خلال اختزال العالم إلى قرارات متسلسلة بين خيارين فقط. تُشير هذه النتائج إلى أن المبادئ الهندسية الأساسية قد تُفسر كيفية وسبب تحرك الحيوانات بهذه الطريقة – وهو نهج يُمكن تطبيقه أيضًا على فهم أسراب الجراد.
حقبة جديدة في البحث عن السلوك الجماعي
يمثل بحث العلماء في جامعة كونستانز ومعهد ماكس بلانك لعلم الأحياء السلوكي نقطة تحول في فهم السلوك الجماعي في الحياة البرية. من خلال التشكيك في النظرية الراسخة المتمثلة في "الجسيمات ذاتية الاستناد" ، فإنها تفتح منظورًا جديدًا ، ومرضى الجراد والحيوانات الأخرى كصناع قرار فرديين ، والذي ينتج عن سلوكهم الجماعي من العمليات المعرفية المعقدة.
لقد أثبت استخدام تكنولوجيا الواقع الافتراضي المبتكرة أنه مفتاح النجاح. وقد مكن الباحثون من فك تشفير التعقيد الذي لا يمكن اختراقه مسبقًا لمجموعات الحيوانات واكتساب رؤى أساسية في تنظيم أسراب. لم تستطع هذه النتائج إحداث ثورة في فهمنا النظري للسلوك الجماعي فحسب ، بل توفر أيضًا حلولًا عملية لمكافحة الجراد التي تهدد الأمن الغذائي في جميع أنحاء العالم.
إن عمل الفريق المحيط بـ Iain Couzin ، الذي حصل بالفعل على جائزة Gottfried Wilhelm Leibniz المرموقة لبحثه في مجال السلوك الجماعي ، يؤكد على أهمية البحث متعدد التخصصات في واجهة البيولوجيا وعلوم الكمبيوتر والفيزياء. إنه يوضح بشكل مثير للإعجاب كيف يمكن أن تساعدنا التقنيات الحديثة في فك تشفير أسرار الطبيعة الرائعة وفي الوقت نفسه تطوير حلول عملية للضغط على المشكلات العالمية.
مناسب ل:
شريكك العالمي في التسويق وتطوير الأعمال
☑️ لغة العمل لدينا هي الإنجليزية أو الألمانية
☑️ جديد: المراسلات بلغتك الوطنية!
كونراد ولفنشتاين
سأكون سعيدًا بخدمتك وفريقي كمستشار شخصي.
يمكنك الاتصال بي عن طريق ملء نموذج الاتصال أو ببساطة اتصل بي على +49 89 89 674 804 (ميونخ) . عنوان بريدي الإلكتروني هو: ولفنشتاين ∂ xpert.digital
إنني أتطلع إلى مشروعنا المشترك.
