تم نشره على: 11 مارس 2025 / تحديث من: 11 مارس 2025 - المؤلف: Konrad Wolfenstein
أبحاث السواد والسرب مع الواقع الافتراضي: العلماء الألمان يحللون 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
من بين الأمثلة الأكثر إثارة للإعجاب للسلوك الجماعي في الحياة البرية. الرحلة غير قادرة على الطيران ، لذلك تسمى الحوريات ، تعيش في البداية كأفراد محليين. ومع ذلك ، في ظل ظروف معينة ، يجتمعون لتشكيل هائلة هائلة والبدء في الارتفاع - ليس بلا هدف ، ولكن في حركة منسقة ، كما لو كانت تسيطر عليها مركزيًا. يمكن أن تشمل مجموعات الحشرات الضخمة هذه ما يصل إلى 50 مليون حيوان ، وبالتالي تمثل واحدة من أكبر مجموعات الحيوانات في 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.
ومن المثير للاهتمام ، أن الأبحاث السابقة التي يقودها Iain Couzin ، التي تشارك أيضًا في الدراسة الحالية ، قدمت بالفعل نتائج مفاجئة أخرى حول سلوك Swarm من الجراد. اكتشف فريقه أن أكل لحوم البشر يمكن أن يكون عاملاً قياسيًا لحركات المشي لمسافات طويلة - يتحرك الجراد للأمام حتى لا يؤكل من الخلف. أشار هذا الإدراك بالفعل إلى أن السلوك الأكثر تعقيدًا يمكن أن يلعب دورًا من مجرد ردود الفعل الجسدية.
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 ، طور الباحثون إعداد VR متطور. تم وضع الأعشاب الفردية الحية على كرة متحركة ، على غرار جهاز المشي حتى يتمكنوا من التحرك بحرية. من حولهم ، توقع العلماء ما يصل إلى 64 جرادًا افتراضيًا واقعية ، بحيث يعتقد الحشرات الحقيقية أنهم كانوا في سرب طبيعي. مكّنت هذه الطريقة المبتكرة الباحثين من التحقق على وجه التحديد من المعلومات الواردة من العشب الحي - كم عدد الحيوانات الأخرى الموجودة في محيطهم وفي أي اتجاه كانوا.
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 "رد فعل البصريات" الذي يطلق عليه SO - وهو رد فعل فطري يتسبب في اتباع الجراد لمتابعة الانطباعات الحسية للحركة - ليس سبب الحركة الجماعية المنسقة. في الواقع ، لم يجد الباحثون أي دليل على أن الجراد يربطون موقفهم واتجاه الحركة على أساس جيرانهم.
"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.
في الوقت نفسه ، يبحث الفريق حول كوزين أيضًا القرار المكاني -صنع الأنواع الحيوانية المختلفة. توضح دراسة نشرت مؤخرًا في PNAS كيف تعالج الحيوانات تعقيد بيئتها من خلال تقليل العالم إلى قرارات متتالية بين خيارين فقط. تشير هذه النتائج إلى أن المبادئ الهندسية الأساسية يمكن أن تفسر كيف ولماذا تتحرك الحيوانات كما تفعل - وهو نهج يمكن أيضًا تطبيقه على فهم 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.
