Publikováno dne: 11. března 2025 / Aktualizace od: 11. března 2025 - Autor: Konrad Wolfenstein
Výzkum zčerňování a roje s virtuální realitou: Němečtí vědci analyzují kobylky - image: xpert.digitální
Výzkum VR odhaluje nové struktury u kobylek
Průlom u kobylek: dlouhodobé teorie vyvrácené
Pouštní kobylka měla děsivou pověst pro biblické časy. S ravy až 50 milionů jednotlivců může tento typ hmyzu způsobit ničivé poškození tím, že jí celé oblasti holé a ohrožení nutriční bezpečnosti. Nyní vědci z University of Konstanz a Max Planck Institute for Behavioral Biology získali průkopnické znalosti o organizaci těchto rojů a vyvrátili mnoho let teorií. S pomocí inovativní technologie virtuální reality byli vědci schopni prokázat, že roje kobylek jsou zásadně odlišné, než se dříve předpokládalo. Tato studie zveřejněná v renomovaném specializovaném časopise „Science“ mění předchozí vysvětlující modely vzhůru nohama a poskytuje důležité poznatky, které by mohly přispět k lepší predikci a boji o kobylky.
Vhodné pro:
- VR, AR a MR v globálním srovnání: Regionální zaměření, technické milníky a aktuální vývoj na trhu XR
Jev kobylek a jejich globální význam
Pouštní kobylky (Schistocerca Gregaria) patří mezi nejpůsobivější příklady kolektivního chování v divočině. Let, který není schopen létat, tak -call nymphs, zpočátku žijí jako místní jednotlivci. Za určitých podmínek se však scházejí, aby vytvořili obrovské ravy a začali se túry - ne bezcílně, ale v koordinovaném pohybu, jako by byly kontrolovány centrálně. Tyto obrovské kolektivy hmyzu mohou zahrnovat až 50 milionů zvířat, a proto představují jeden z největších zvířecích kolektivů na naší planetě.
Účinky takových kobylek jsou zničující. Podle vědců ohrožují živobytí kolem každé desáté osoby po celém světě. Konkrétní příklad toho poskytl masivní mor kobylky na Africkém rohu v letech 2019 až 2020, který zničil zemědělskou produkci a spustil hladomor. Vědecký výzkum mechanismů, které vedou k tvorbě a pohybu takových rojů, je proto nejen teoretickým zájmem, ale má také značný praktický význam pro globální výživovou bezpečnost.
Předchozí teorie: Grasshoppers jako „částice poháněné“
Po celá desetiletí bylo kolektivní chování kobylek vysvětleno pomocí konceptu z teoretické fyziky. V tomto modelu je hmyz považován za „účastníky s vlastním pohonem“ (částice s pohonem), které sladí jejich pozice a směry pohybu na jejich bezprostředních sousedech. Tato teorie předpokládá, že je dostačující, pokud se jednotlivci „dostanou do řady“ se svými přímými sousedy, aby vytvořili soudržný pohyb po celém roji.
Dalším centrálním prvkem tohoto předchozího vysvětlení byl předpoklad, že hustota zvířat je rozhodujícím faktorem pro přechod narušeného plovákového pohybu. Podle této hypotézy začíná přechod na koordinovaný pohyb, jakmile je v omezeném prostoru dostatek zvířat. Tato teorie se zdála tak přesvědčivě, že sloužila po celá desetiletí jako standardní model pro vysvětlení kolektivních pohybů v divočině.
Je zajímavé, že předchozí výzkum vedený Iain Couzinem, který se také podílí na současné studii, již poskytl další překvapivá zjištění o chování roje kobylek. Jeho tým zjistil, že kanibalismus může být hnacím faktorem pro turistické pohyby - kobylky se pohybují vpřed, aby se nejedli zezadu. Tato realizace již naznačila, že složitější chování může hrát roli než pouhé fyzické reakce.
Inovativní výzkumný přístup: Virtuální realita odhaluje tajemství roje
Abychom lépe porozuměli složitým interakcím v kreditech kobylky, výzkumný tým kolem Iain Couzin ze shluku Excellence Collective na University of Constance a Max Planck Institute for Behaviorální biologie o revolučním přístupu: Virtuální realita (VR). „Jak je známo, je obtížné rozpoznat mechanismy interakce v mobilních skupinách zvířat,“ vysvětluje Couzin. "Jednotlivci se navzájem ovlivňují a jsou také ovlivňováni chováním ostatních ve složité souhře."
K vyřešení tohoto problému vědci vyvinuli sofistikované nastavení VR. Individuální živé trávy byly umístěny na pohyblivou kouli, podobně jako běžící pás, aby se mohli volně pohybovat. Kolem nich vědci promítli až 64 fotografických realistických virtuálních kobylek, takže skutečný hmyz věřil, že jsou v přirozeném roji. Tato inovativní metoda umožnila vědcům přesně kontrolovat, které informace z živé trávy byly k dispozici - kolik jiných zvířat bylo v jejich okolí a jakým směrem se jedná.
Ve zvláště odhalujícím experimentu vědci umístili skutečné kobylky mezi dvěma virtuálními, tři rozměrné roje. Toto uspořádání testu jim umožnilo otestovat, zda zvířata skutečně reagují na chování svých přímých sousedů, jak se dříve předpokládalo, a pohyboval by se s nimi jako jednotný rozdrcení.
Překvapivé výsledky: Posun paradigmatu ve výzkumu roje
Výsledky experimentů byly překvapivé a zásadně zpochybňovány předchozí teorii. Na rozdíl od očekávání vědců se skuteční kobylky nepohybovali jako součást velkého jednotného roje stejným směrem. Místo toho se otočili směrem k jednomu z virtuálních roje a běželi k nim konkrétně.
Toto pozorování ukázalo vědcům, že „optomotorická reakce“ - vrozená reflex, který způsobuje, že kobylka sleduje smyslové dojmy pohybu - není příčinou koordinovaného kolektivního pohybu. Vědci ve skutečnosti nenašli žádné důkazy o tom, že kobylky sladí své postavení a směr pohybu na základě jejich sousedů.
„Jednotlivá zvířata nejsou částice,“ vysvětluje Iain Couzin. "Musíme vidět kobylky jako kognitivní, jednající předměty, které pozorují jejich okolí, a na tomto základě se rozhodují, kam jdou dál." Vědci nyní předpokládají, že vývoj roje závisí mnohem více na každém jednotlivém kobylky, než se dříve předpokládalo.
Experimenty také ukázaly, že zvířata se někdy odchýlila od společného průběhu, i když měli vedle nich dva roje, které probíhaly stejným směrem. Tým navíc nenalezl žádný důkaz, že hustota jednotlivců, jak se dříve předpokládalo, byla pro hnutí roje spouštěním.
Praktický význam pro boj proti kobylcům
Nová zjištění mají daleko narušující praktické důsledky. Lepší pochopení základních mechanismů tvorby roje a pohybu by mohlo pomoci předvídat chování hmyzu a vyvinout účinnější strategie pro boj proti travnatým rozsahům.
S ohledem na skutečnost, že kobylky ohrožují živobytí všech desátých lidí, neměla být význam tohoto výzkumu podceňován. Devastující účinky moru kobylky na Africký roh v letech 2019 až 2020, které vedly k selhání sklizně a hladomoru, ilustrují naléhavou potřebu lepších predikčních a kontrolních mechanismů.
Díky realizaci, že kobylky nekonejí jednoduše jako fyzická částice, ale jako jednotliví kognitivní aktéři s vlastním rozhodováním -procesy vytvářející, nové přístupy k ovládání pustošení se otevírají. Místo toho, aby se spoléhali výhradně na měření kontroly velkého stupně, by mohly být budoucí strategie zaměřeny na porozumění a ovlivňování individuálních rozhodovacích procesů.
Vhodné pro:
Budoucí směry výzkumu a „Centrum pro vizuální výpočet kolektivu“
Průlomové zjištění představují pouze začátek nového porozumění kolektivnímu chování. Toto centrum, které bude mezi nejmodernějšími zařízeními pro výzkum skupinového chování, má za cíl pozorovat zvířecí roje ve virtuálním holografickém 3D prostředí a analyzovat jejich pohyby.
Současně tým kolem Couzinu také zkoumá prostorové rozhodnutí -vyrábět pro různé druhy zvířat. Studie nedávno zveřejněná v PNAS ukazuje, jak zvířata zpracovávají složitost svého prostředí snížením světa na následná rozhodnutí mezi pouhými dvěma možnostmi. Tato zjištění naznačují, že základní geometrické principy by mohly vysvětlit, jak a proč se zvířata pohybují tak, jak to dělají - přístup, který lze také aplikovat na porozumění kobylcům.
Nová éra při zkoumání kolektivního chování
Výzkum vědců na University of Konstanz a Max Planck Institute for Behavioral Biology znamená zlom v porozumění kolektivnímu chování v divočině. Zpochybňováním dlouho zavedené teorie „samosprávných částic“ otevírají novou perspektivu, kobylky a další zvířata jako jednotlivé tvůrce rozhodnutí, jejichž kolektivní chování je výsledkem složitých kognitivních procesů.
Klíčem k úspěchu se ukázalo používání inovativní technologie virtuální reality. Umožnilo vědcům dešifrovat dříve neproniknutelnou složitost zvířecích kolektivů a získat základní poznatky o organizaci roje. Tato zjištění by mohla nejen revolucionizovat naše teoretické chápání kolektivního chování, ale také nabídnout praktická řešení pro boj proti kobylcům, která ohrožují výživovou bezpečnost po celém světě.
Práce týmu kolem Iain Couzin, která již získala prestižní cenu Gottfried Wilhelm Leibniz za jeho výzkum v oblasti kolektivního chování, zdůrazňuje význam interdisciplinárního výzkumu na rozhraní biologie, vědy a fyziky. To působivě ukazuje, jak nám moderní technologie mohou pomoci dešifrovat fascinující tajemství přírody a zároveň vyvinout praktická řešení pro lisování 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.
