Публикувано на: 11 март 2025 г. / Актуализирано на: 11 март 2025 г. – Автор: Konrad Wolfenstein
Роева интелигентност и изследване на рояци с виртуална реалност: Немски учени анализират рояци скакалци – Изображение: Xpert.Digital
VR изследвания разкриват нови структури в рояци скакалци
Пробив в изследванията на скакалците: Опровергани дългогодишни теории
Пустинният скакалец има страховита репутация още от библейски времена. С рояци до 50 милиона индивида, този вид насекомо може да сее хаос, като погълне цели региони и по този начин застраши продоволствената сигурност. Сега изследователи от Университета в Констанц и Института по поведение на животните „Макс Планк“ са получили новаторски прозрения за организацията на тези рояци, преобръщайки дългогодишни теории. Използвайки иновативна технология за виртуална реалност, учените успяха да демонстрират, че рояците скакалци се организират коренно различно от предполагаемото досега. Това проучване, публикувано в престижното списание „Science“, обръща съществуващите обяснителни модели с главата надолу и предоставя важни прозрения, които биха могли да допринесат за по-добро прогнозиране и контрол на нашествия от скакалци.
Свързано с това:
Феноменът на рояците скакалци и тяхното глобално значение
Пустинните скакалци (Schistocerca gregaria) са сред най-впечатляващите примери за колективно поведение в животинското царство. Нелетящите млади насекоми, наречени нимфи, първоначално живеят като изолирани индивиди. При определени условия обаче те се събират в огромни рояци и започват да мигрират – не безцелно, а в координирано движение, сякаш централно контролирани. Тези огромни рояци от насекоми могат да наброяват до 50 милиона индивида, което ги прави едни от най-големите животински колективи на нашата планета.
Последиците от подобни нашествия на скакалци са опустошителни. Изследователите изчисляват, че те застрашават прехраната на приблизително един на всеки десет души по света. Конкретен пример за това е масовото нашествие на скакалци в Африканския рог между 2019 и 2020 г., което опустоши селскостопанското производство и предизвика глад. Следователно, научните изследвания на механизмите, които водят до образуването и движението на такива рояци, са не само от теоретичен интерес, но и от значително практическо значение за глобалната продоволствена сигурност.
Предишната теория: Скакалците като „самозадвижващи се частици“
В продължение на десетилетия колективното поведение на рояците скакалци се обяснява с помощта на концепция от теоретичната физика. В този модел насекомите се считат за „самозадвижващи се частици“, които подравняват позициите и посоките си на движение с непосредствените си съседи. Тази теория приема, че е достатъчно индивидите да се подредят само с непосредствените си съседи, за да генерират съгласувано движение в целия рояк.
Друг ключов елемент от това предишно обяснение беше предположението, че гъстотата на животните е решаващ фактор при прехода от неподредено към подредено роево движение. Според тази хипотеза преходът към координирано движение започва веднага щом достатъчно животни се съберат в ограничено пространство. Тази теория изглеждаше толкова убедителна, че служи като стандартен модел за обяснение на колективните движения в животинското царство в продължение на десетилетия.
Интересното е, че предишни изследвания, ръководени от Иън Кузин, който участва и в настоящото проучване, вече бяха дали други изненадващи прозрения за роево поведение на скакалците. Неговият екип откри, че канибализмът може да е движещ фактор в миграционните им движения – скакалците се движат напред, за да избегнат да бъдат изядени отзад. Това откритие вече предполага, че може да са в действие по-сложни поведения от просто физически реакции.
Иновативният изследователски подход: Виртуалната реалност разкрива тайните на рояка
За да разберат по-добре сложните взаимодействия в рамките на рояците скакалци, изследователският екип, ръководен от Иън Кузин от Клъстера за върхови постижения „Колективно поведение“ в Университета в Констанц и Института по поведение на животните „Макс Планк“, използва революционен подход: виртуална реалност (VR). „Известно е, че е трудно да се разграничат механизмите на взаимодействие в мобилните животински групи“, обяснява Кузин. „Индивидите си влияят взаимно и едновременно с това са повлияни от поведението на другите, в сложно взаимодействие.“
За да решат този проблем, изследователите разработили сложна VR система. Отделни живи скакалци били поставени върху движеща се топка, подобна на бягаща пътека, което им позволявало да се движат свободно. Около тях учените проектирали до 64 фотореалистични виртуални скакалци, така че истинските насекоми да повярват, че са в естествен рояк. Този иновативен метод позволил на изследователите прецизно да контролират каква информация е достъпна за живия скакалец – колко други животни има в близост до него и в каква посока се движат.
В един особено показателен експеримент, изследователите поставили истински скакалци между два виртуални, триизмерни рояка. Тази експериментална установка им позволила да тестват дали животните действително ще реагират на поведението на непосредствените си съседи, както се предполагаше преди, и ще се движат с тях като единен рояк.
Изненадващи резултати: Промяна на парадигмата в изследванията на рояците
Резултатите от експериментите бяха изненадващи и фундаментално оспориха съществуващата теория. Противно на очакванията на изследователите, истинските скакалци не се движеха в една и съща посока като част от голям, еднороден рояк. Вместо това, те се обърнаха към един от виртуалните рояци и се придвижиха директно към него.
Това наблюдение показа на учените, че така нареченият „оптомоторен отговор“ – вроден рефлекс, който кара скакалците да следват сензорни впечатления от движение – не е причината за координираното колективно движение. Всъщност изследователите не откриха доказателства, че скакалците подравняват позицията и посоката си на движение въз основа на своите съседи.
„Отделните животни не са частици“, обяснява Иън Кузин. „Трябва да разглеждаме скакалците като когнитивни, действащи субекти, които наблюдават средата си и въз основа на това вземат решения за това къде да отидат след това.“ Изследователите сега предполагат, че образуването на рояк зависи много повече от всеки отделен скакалец, отколкото се смяташе преди.
Експериментите също така показаха, че животните понякога се отклоняват от общия курс, дори когато имат два рояка до себе си, движещи се в една и съща посока. Освен това екипът не откри доказателства, че гъстотата на индивидите, както се предполагаше преди, е задействащият фактор за роево движение.
Практически последици за борбата с нашествия на скакалци
Новите открития имат широкообхватни практически последици. По-доброто разбиране на основните механизми на роене и движение би могло да помогне за прогнозиране на поведението на насекомите и разработване на по-ефективни стратегии за борба с нашествия на скакалци.
Като се има предвид, че нашествия от скакалци заплашват прехраната на приблизително един на всеки десет души, значението на това изследване не може да бъде надценено. Опустошителното въздействие на нашествие от скакалци в Африканския рог между 2019 и 2020 г., което доведе до лоши реколти и глад, подчертава неотложната необходимост от подобрени механизми за прогнозиране и контрол.
Осъзнаването, че скакалците не действат просто като физически частици, а като отделни когнитивни агенти със собствени процеси на вземане на решения, открива нови подходи за контролиране на рояците. Вместо да се разчита единствено на мащабни мерки за контрол, бъдещите стратегии биха могли да се съсредоточат повече върху разбирането и повлияването на индивидуалните процеси на вземане на решения.
Свързано с това:
Бъдещи насоки на изследване и „Център за визуални изчисления на колективи“
Тези новаторски открития представляват само началото на ново разбиране за колективното поведение. За да развие допълнително тази област на изследване, Иън Кузин инициира „Център за визуални изчисления на колективи“ в Констанц. Този център, който ще бъде сред най-модерните съоръжения за изследване на груповото поведение, ще наблюдава рояци животни във виртуални холографски 3D среди и ще анализира движенията им.
Успоредно с това, екипът на Кузин изследва и пространственото вземане на решения при различни животински видове. Неотдавнашно проучване, публикувано в PNAS, показва как животните обработват сложността на средата си, като свеждат света до последователни решения между само две възможности. Тези открития показват, че фундаменталните геометрични принципи биха могли да обяснят как и защо животните се движат по начина, по който го правят – подход, който може да се приложи и за разбиране на рояците скакалци.
Нова ера в изучаването на колективното поведение
Изследването на учени от Университета в Констанц и Института по поведение на животните „Макс Планк“ бележи повратна точка в разбирането на колективното поведение в животинското царство. Като оспорват отдавна установената теория за „самозадвижващи се частици“, те откриват нова перспектива, която разглежда скакалците и другите животни като индивидуални вземащи решения, чието колективно поведение е резултат от сложни когнитивни процеси.
Използването на иновативна технология за виртуална реалност се оказа ключът към успеха. Тя позволи на изследователите да разгадаят досега непроницаемата сложност на животинските колективи и да получат фундаментални прозрения за организацията на рояците. Тези открития биха могли не само да революционизират теоретичното ни разбиране за колективното поведение, но и да предложат практически решения за борба с нашествия на скакалци, които заплашват продоволствената сигурност в световен мащаб.
Работата на екипа на Иън Кузин, който вече е удостоен с престижната награда „Готфрид Вилхелм Лайбниц“ за изследванията си в областта на колективното поведение, подчертава значението на интердисциплинарните изследвания на границата между биологията, компютърните науки и физиката. Тя впечатляващо демонстрира как съвременните технологии могат да ни помогнат да разкрием завладяващите тайни на природата, като същевременно разработваме практически решения на належащи глобални проблеми.
Свързано с това:
Вашият глобален партньор по маркетинг и бизнес развитие
☑️ Нашият бизнес език е английски или немски
☑️ НОВО: Кореспонденция на родния ви език!
Konrad Wolfenstein
Аз и моят екип с удоволствие ще бъдем на ваше разположение като ваш личен съветник.
Можете да се свържете с мен, като попълните формата за контакт тук или просто ми се обадите на +49 89 89 674 804 ( Мюнхен) . Моят имейл адрес е: [email protected]
Очаквам с нетърпение нашия съвместен проект.
