Publikováno: 11. března 2025 / Aktualizováno: 11. března 2025 – Autor: Konrad Wolfenstein
Rojová inteligence a výzkum rojů s využitím virtuální reality: Němečtí vědci analyzují roje kobylek – Obrázek: Xpert.Digital
Výzkum VR odhaluje nové struktury v rojích kobylek
Průlom ve výzkumu kobylek: Vyvráceny dlouholeté teorie
Pouštní kobylka má děsivou pověst už od biblických dob. S roji až 50 milionů jedinců může tento druh hmyzu způsobit zkázu tím, že pohltí celé oblasti, a tím ohrozí potravinovou bezpečnost. Nyní vědci z Univerzity v Kostnici a Max Planckova institutu pro chování zvířat získali průlomové poznatky o organizaci těchto rojů a vyvrátili tak dlouho zažité teorie. Pomocí inovativní technologie virtuální reality byli vědci schopni prokázat, že roje kobylek se organizují zásadně jinak, než se dříve předpokládalo. Tato studie, publikovaná v prestižním časopise „Science“, převrací stávající vysvětlující modely naruby a poskytuje důležité poznatky, které by mohly přispět k lepší predikci a kontrole kobylkových epidemií.
Vhodné pro:
Fenomén rojů kobylek a jejich globální význam
Pouštní kobylky (Schistocerca gregaria) patří k nejpůsobivějším příkladům kolektivního chování v živočišné říši. Tato nelétavá mladá hmyzí zvířata, nazývaná nymfy, zpočátku žijí jako izolovaní jedinci. Za určitých podmínek se však shromažďují v obrovských hejnech a začínají migrovat – ne bezcílně, ale koordinovaně, jako by byly centrálně řízeny. Tato obrovská hmyzí hejna mohou čítat až 50 milionů jedinců, což z nich činí jedno z největších zvířecích společenství na naší planetě.
Důsledky takových hejn kobylek jsou zničující. Vědci odhadují, že ohrožují živobytí přibližně každého desátého člověka na celém světě. Konkrétním příkladem byla masivní epidemie kobylek v oblasti Afrického rohu v letech 2019 až 2020, která zničila zemědělskou produkci a vyvolala hladomor. Vědecký výzkum mechanismů, které vedou k tvorbě a pohybu takových hejn, proto není jen teoreticky zajímavý, ale má i značný praktický význam pro globální potravinovou bezpečnost.
Předchozí teorie: Kobylky jako „samohybné částice“
Po celá desetiletí bylo kolektivní chování hejů kobylek vysvětlováno pomocí konceptu z teoretické fyziky. V tomto modelu je hmyz považován za „samohybné částice“, které sladí své polohy a směry pohybu se svými bezprostředními sousedy. Tato teorie předpokládá, že k vygenerování souvislého pohybu napříč celým hejnem stačí, aby se jedinci srovnali pouze se svými bezprostředními sousedy.
Dalším klíčovým prvkem tohoto předchozího vysvětlení byl předpoklad, že hustota populace zvířat je klíčovým faktorem při přechodu od neuspořádaného k uspořádanému rojení. Podle této hypotézy začíná přechod ke koordinovanému pohybu, jakmile se v uzavřeném prostoru shromáždí dostatečný počet zvířat. Tato teorie se zdála tak přesvědčivá, že po celá desetiletí sloužila jako standardní model pro vysvětlení kolektivních pohybů v živočišné říši.
Je zajímavé, že předchozí výzkum vedený Iainem Couzinem, který se podílí i na současné studii, již přinesl další překvapivé poznatky o rojení kobylek. Jeho tým zjistil, že kanibalismus by mohl být hnací silou jejich migračních pohybů – kobylky se pohybují vpřed, aby se vyhnuly sežrání zezadu. Toto zjištění již naznačovalo, že by mohlo docházet ke složitějšímu chování než jen k fyzickým reakcím.
Inovativní výzkumný přístup: Virtuální realita odhaluje tajemství roje.
Aby lépe porozuměli složitým interakcím v hejnech kobylek, výzkumný tým vedený Iainem Couzinem z klastru excelence „Kolektivní chování“ na Univerzitě v Kostnici a Institutu Maxe Plancka pro chování zvířat použil revoluční přístup: virtuální realitu (VR). „Je notoricky známé, že je obtížné rozpoznat mechanismy interakce v mobilních zvířecích skupinách,“ vysvětluje Couzin. „Jedinci se navzájem ovlivňují a zároveň jsou ovlivňováni chováním ostatních v komplexní souhře.“
Aby tento problém vyřešili, vědci vyvinuli sofistikované VR nastavení. Jednotlivé živé kobylky byly umístěny na pohybující se kouli, podobnou běžeckému pásu, což jim umožňovalo volný pohyb. Vědci kolem nich promítali až 64 fotorealistických virtuálních kobylek, takže skutečný hmyz věřil, že se nachází v přirozeném roji. Tato inovativní metoda umožnila vědcům přesně kontrolovat, jaké informace má živá kobylka k dispozici – kolik dalších zvířat se v její blízkosti nachází a kterým směrem se pohybují.
V obzvláště odhalujícím experimentu umístili vědci skutečné kobylky mezi dva virtuální trojrozměrné roje. Toto experimentální uspořádání jim umožnilo cíleně otestovat, zda zvířata skutečně reagují na chování svých bezprostředních sousedů, jak se dříve předpokládalo, a pohybují se s nimi jako jednotný roj.
Překvapivé výsledky: Změna paradigmatu ve výzkumu hejna
Výsledky experimentů byly překvapivé a zásadně zpochybnily existující teorii. Na rozdíl od očekávání vědců se skutečné kobylky nepohybovaly stejným směrem jako součást velkého, jednotného roje. Místo toho se otočily k jednomu z virtuálních rojů a pohybovaly se přímo proti němu.
Toto pozorování ukázalo vědcům, že tzv. „optomotorická reakce“ – vrozený reflex, který způsobuje, že kobylky sledují senzorické vjemy pohybu – není příčinou koordinovaného kolektivního pohybu. Vědci ve skutečnosti nenašli žádné důkazy o tom, že by kobylky vůbec přizpůsobovaly svou polohu a směr pohybu svým sousedům.
„Jednotlivá zvířata nejsou částice,“ vysvětluje Iain Couzin. „Musíme kobylky považovat za kognitivní, jednající subjekty, které pozorují své prostředí a na základě toho se rozhodují, kam dál.“ Vědci nyní předpokládají, že vznik roje závisí mnohem více na každé jednotlivé kobylce, než se dříve myslelo.
Experimenty také ukázaly, že se zvířata někdy odchýlila od společné trasy, a to i v případě, že vedle sebe měla dva roje pohybující se stejným směrem. Tým navíc nenalezl žádné důkazy o tom, že by hustota jedinců, jak se dříve předpokládalo, byla spouštěcím faktorem pro rojení.
Praktické důsledky boje proti moru kobylek
Nové poznatky mají dalekosáhlé praktické důsledky. Lepší pochopení základních mechanismů rojení a pohybu by mohlo pomoci předpovídat chování hmyzu a vyvinout účinnější strategie pro boj s kobylkami.
Vzhledem k tomu, že roje kobylek ohrožují živobytí odhadem každého desátého člověka, nelze význam tohoto výzkumu přeceňovat. Ničivý dopad moru kobylek v oblasti Afrického rohu v letech 2019 až 2020, který vedl k neúrodě a hladomorům, podtrhuje naléhavou potřebu zlepšení prognostických a kontrolních mechanismů.
Poznání, že kobylky se nechovají pouze jako fyzické částice, ale jako individuální kognitivní agenti s vlastními rozhodovacími procesy, otevírá nové přístupy ke kontrole hejn. Místo spoléhání se pouze na rozsáhlá kontrolní opatření by se budoucí strategie mohly více zaměřit na pochopení a ovlivňování individuálních rozhodovacích procesů.
Vhodné pro:
Budoucí směry výzkumu a „Centrum pro vizuální výpočty kolektivů“
Tato průlomová zjištění představují pouze začátek nového chápání kolektivního chování. Pro další rozvoj této oblasti výzkumu inicioval Iain Couzin v Kostnici založení „Centrum pro vizuální výpočty kolektivů“. Toto centrum, které bude patřit k nejmodernějším zařízením pro výzkum skupinového chování, bude pozorovat zvířecí hejna ve virtuálním holografickém 3D prostředí a analyzovat jejich pohyby.
Couzinův tým souběžně zkoumá také prostorové rozhodování u různých živočišných druhů. Nedávná studie publikovaná v PNAS ukazuje, jak zvířata zpracovávají složitost svého prostředí tím, že redukují svět na postupná rozhodnutí mezi pouhými dvěma možnostmi. Tato zjištění naznačují, že základní geometrické principy by mohly vysvětlit, jak a proč se zvířata pohybují tak, jak se pohybují – přístup, který by mohl být aplikován i na pochopení hejn kobylek.
Nová éra ve studiu kolektivního chování
Výzkum vědců z Univerzity v Kostnici a Max Planckova institutu pro chování zvířat představuje zlom v chápání kolektivního chování v živočišné říši. Zpochybněním dlouho zavedené teorie „samostatně řízených částic“ otevírají novou perspektivu, která vnímá kobylky a další zvířata jako individuální činitele s rozhodovací pravomocí, jejichž kolektivní chování je výsledkem složitých kognitivních procesů.
Využití inovativní technologie virtuální reality se ukázalo jako klíč k úspěchu. Umožnilo vědcům rozluštit dříve neproniknutelnou složitost zvířecích kolektivů a získat základní poznatky o organizaci hejna. Tato zjištění by mohla nejen způsobit revoluci v našem teoretickém chápání kolektivního chování, ale také nabídnout praktická řešení pro boj s kobylkami, které ohrožují potravinovou bezpečnost na celém světě.
Práce týmu Iaina Couzina, který již získal prestižní cenu Gottfrieda Wilhelma Leibnize za svůj výzkum v oblasti kolektivního chování, podtrhuje důležitost interdisciplinárního výzkumu na rozhraní biologie, informatiky a fyziky. Působivě ukazuje, jak nám moderní technologie mohou pomoci odhalit fascinující tajemství přírody a zároveň vyvinout praktická řešení naléhavých globálních problémů.
Vhodné pro:
Váš globální partner pro marketing a rozvoj podnikání
☑️ Naším obchodním jazykem je angličtina nebo němčina
☑️ NOVINKA: Korespondence ve vašem národním jazyce!
Konrad Wolfenstein
Rád vám a mému týmu posloužím jako osobní poradce.
Kontaktovat mě můžete vyplněním kontaktního formuláře nebo mi jednoduše zavolejte na číslo +49 89 89 674 804 (Mnichov) . Moje e-mailová adresa je: wolfenstein ∂ xpert.digital
Těším se na náš společný projekt.
