Sværmintelligens og sværmforskning med virtual reality: Tyske forskere analyserer græshoppesværme – Billede: Xpert.Digital
VR-forskning afslører nye strukturer i græshoppesværme
Gennembrud i græshoppeforskning: Længevarende teorier afvist
Ørkengræshoppen har haft et frygtindgydende ry siden bibelsk tid. Med sværme på op til 50 millioner individer kan denne insektart forårsage kaos ved at fortære hele regioner og dermed bringe fødevaresikkerheden i fare. Nu har forskere fra Konstanz Universitet og Max Planck Instituttet for Dyreadfærd opnået banebrydende indsigt i disse sværmes organisering og dermed omstyrtet længe anholdte teorier. Ved hjælp af innovativ virtual reality-teknologi var forskerne i stand til at demonstrere, at græshoppesværme organiserer sig fundamentalt anderledes end tidligere antaget. Denne undersøgelse, der er offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift "Science", vender eksisterende forklaringsmodeller på hovedet og giver vigtig indsigt, der kan bidrage til bedre forudsigelse og bekæmpelse af græshoppeplager.
Relateret til dette:
Fænomenet græshoppesværme og deres globale betydning
Ørkengræshopper (Schistocerca gregaria) er blandt de mest imponerende eksempler på kollektiv adfærd i dyreriget. De flyveløse unge insekter, kaldet nymfer, lever i starten som isolerede individer. Under visse forhold samles de dog i enorme sværme og begynder at migrere – ikke formålsløst, men i en koordineret bevægelse, som om de er centralt styret. Disse enorme insektsværme kan omfatte op til 50 millioner individer, hvilket gør dem til et af de største dyrekollektiver på vores planet.
Virkningerne af sådanne græshoppesværme er ødelæggende. Forskere anslår, at de truer levebrødet for cirka hver tiende person på verdensplan. Et konkret eksempel på dette var den massive græshoppepest på Afrikas Horn mellem 2019 og 2020, som ødelagde landbrugsproduktionen og udløste en hungersnød. Derfor er videnskabelig forskning i de mekanismer, der fører til dannelsen og bevægelsen af sådanne sværme, ikke kun af teoretisk interesse, men har også betydelig praktisk betydning for den globale fødevaresikkerhed.
Den tidligere teori: Græshopper som "selvdrevne partikler"
I årtier er græshoppesværmes kollektive adfærd blevet forklaret ved hjælp af et koncept fra teoretisk fysik. I denne model betragtes insekterne som "selvdrevne partikler", der justerer deres positioner og bevægelsesretninger med deres nærmeste naboer. Denne teori antager, at det er tilstrækkeligt for individer kun at justere sig med deres nærmeste naboer for at generere en sammenhængende bevægelse på tværs af hele sværmen.
Et andet centralt element i denne tidligere forklaring var antagelsen om, at dyretæthed er en afgørende faktor i overgangen fra uordnet til ordnet sværmbevægelse. Ifølge denne hypotese begynder overgangen til koordineret bevægelse, så snart nok dyr samles i et begrænset rum. Denne teori virkede så overbevisende, at den i årtier fungerede som standardmodel for at forklare kollektive bevægelser i dyreriget.
Interessant nok har tidligere forskning ledet af Iain Couzin, som også er involveret i den aktuelle undersøgelse, allerede givet andre overraskende indsigter i græshoppernes sværmende adfærd. Hans team opdagede, at kannibalisme kunne være en drivende faktor i deres trækbevægelser – græshopperne bevæger sig fremad for at undgå at blive spist bagfra. Denne opdagelse antydede allerede, at mere kompleks adfærd end blot fysiske reaktioner kunne være på spil.
Den innovative forskningstilgang: Virtual Reality afslører sværmens hemmeligheder
For bedre at forstå de komplekse interaktioner inden for græshoppesværme, anvendte forskerholdet ledet af Iain Couzin fra Cluster of Excellence "Collective Behavior" ved Konstanz Universitet og Max Planck Instituttet for Dyreadfærd en revolutionerende tilgang: virtual reality (VR). "Det er notorisk vanskeligt at skelne mekanismerne bag interaktion i mobile dyregrupper," forklarer Couzin. "Individer påvirker hinanden og påvirkes samtidig af andres adfærd i et komplekst samspil."
For at løse dette problem udviklede forskerne et sofistikeret VR-setup. Individuelle levende græshopper blev placeret på en bevægelig bold, der lignede et løbebånd, så de kunne bevæge sig frit. Omkring dem projicerede forskerne op til 64 fotorealistiske virtuelle græshopper, så de virkelige insekter troede, at de var i en naturlig sværm. Denne innovative metode gjorde det muligt for forskerne præcist at kontrollere, hvilke oplysninger der var tilgængelige for den levende græshoppe – hvor mange andre dyr der var i dens nærhed, og i hvilken retning de bevægede sig.
I et særligt afslørende eksperiment placerede forskerne rigtige græshopper mellem to virtuelle, tredimensionelle sværme. Denne eksperimentelle opsætning gjorde det muligt for dem specifikt at teste, om dyrene rent faktisk ville reagere på deres nærmeste naboers adfærd, som tidligere antaget, og bevæge sig med dem som en samlet sværm.
Overraskende resultater: Et paradigmeskift i sværmforskning
Resultaterne af eksperimenterne var overraskende og udfordrede fundamentalt den eksisterende teori. I modsætning til forskernes forventninger bevægede de virkelige græshopper sig ikke i samme retning som en del af en stor, ensartet sværm. I stedet vendte de sig mod en af de virtuelle sværme og bevægede sig direkte imod den.
Denne observation viste forskerne, at den såkaldte "optomotoriske respons" - en medfødt refleks, der får græshopper til at følge sanseindtryk af bevægelse - ikke er årsagen til den koordinerede kollektive bevægelse. Faktisk fandt forskerne slet ingen beviser for, at græshopper justerer deres position og bevægelsesretning baseret på deres naboer.
"Individuelle dyr er ikke partikler," forklarer Iain Couzin. "Vi må betragte græshopperne som kognitive, handlende subjekter, der observerer deres omgivelser og ud fra dette træffer beslutninger om, hvor de skal hen næste gang." Forskerne antager nu, at dannelsen af en sværm afhænger meget mere af hver enkelt græshoppe end tidligere antaget.
Eksperimenterne viste også, at dyrene nogle gange afveg fra den fælles kurs, selv når de havde to sværme ved siden af sig, der bevægede sig i samme retning. Desuden fandt holdet ingen beviser for, at tætheden af individer, som tidligere antaget, er den udløsende faktor for sværmbevægelse.
Praktiske implikationer for bekæmpelse af græshoppeplag
De nye resultater har vidtrækkende praktiske implikationer. En bedre forståelse af de grundlæggende mekanismer bag sværmning og bevægelse kan hjælpe med at forudsige insekters adfærd og udvikle mere effektive strategier til bekæmpelse af græshoppeplag.
I betragtning af at græshoppesværme truer levebrødet for anslået én ud af ti personer, kan vigtigheden af denne forskning ikke overvurderes. Den ødelæggende virkning af græshoppeplagen på Afrikas Horn mellem 2019 og 2020, som førte til misvægter og hungersnød, understreger det presserende behov for forbedrede prognose- og kontrolmekanismer.
Erkendelsen af, at græshopper ikke blot fungerer som fysiske partikler, men som individuelle kognitive agenter med deres egne beslutningsprocesser, åbner op for nye tilgange til at kontrollere sværme. I stedet for udelukkende at stole på storstilede kontrolforanstaltninger, kunne fremtidige strategier fokusere mere på at forstå og påvirke individuelle beslutningsprocesser.
Relateret til dette:
Fremtidige forskningsretninger og "Center for Visual Computing of Collectives"
Disse banebrydende fund repræsenterer kun begyndelsen på en ny forståelse af kollektiv adfærd. For yderligere at fremme dette forskningsfelt startede Iain Couzin "Center for Visual Computing of Collectives" i Konstanz. Dette center, som vil være blandt de mest moderne faciliteter til forskning i gruppeadfærd, vil observere dyresværme i virtuelle holografiske 3D-miljøer og analysere deres bevægelser.
Parallelt forsker Couzins team også i rumlig beslutningstagning hos forskellige dyrearter. En nylig undersøgelse offentliggjort i PNAS viser, hvordan dyr bearbejder kompleksiteten i deres miljø ved at reducere verden til successive beslutninger mellem blot to muligheder. Disse resultater tyder på, at grundlæggende geometriske principper kan forklare, hvordan og hvorfor dyr bevæger sig, som de gør – en tilgang, der også kan anvendes til at forstå græshoppesværme.
En ny æra i studiet af kollektiv adfærd
Forskningen fra forskere fra Konstanz Universitet og Max Planck Instituttet for Dyreadfærd markerer et vendepunkt i forståelsen af kollektiv adfærd i dyreriget. Ved at udfordre den veletablerede teori om "selvdrevne partikler" åbner de et nyt perspektiv, der ser græshopper og andre dyr som individuelle beslutningstagere, hvis kollektive adfærd er et resultat af komplekse kognitive processer.
Brugen af innovativ virtual reality-teknologi har vist sig at være nøglen til succes. Den har gjort det muligt for forskere at afkode den tidligere uigennemtrængelige kompleksitet i dyrekollektiver og få grundlæggende indsigt i sværmorganisering. Disse resultater kan ikke blot revolutionere vores teoretiske forståelse af kollektiv adfærd, men også tilbyde praktiske løsninger til bekæmpelse af græshoppeplager, der truer fødevaresikkerheden verden over.
Arbejdet udført af Iain Couzins team, der allerede er blevet tildelt den prestigefyldte Gottfried Wilhelm Leibniz-pris for sin forskning inden for kollektiv adfærd, understreger vigtigheden af tværfaglig forskning i grænsefladen mellem biologi, datalogi og fysik. Det demonstrerer imponerende, hvordan moderne teknologier kan hjælpe os med at afdække naturens fascinerende hemmeligheder, samtidig med at vi udvikler praktiske løsninger på presserende globale problemer.
Relateret til dette:
Din globale marketing- og forretningsudviklingspartner
☑️ Vores forretningssprog er engelsk eller tysk
☑️ NYT: Korrespondance på dit modersmål!
Konrad Wolfenstein
Jeg og mit team er glade for at stå til rådighed for dig som din personlige rådgiver.
Du kan kontakte mig ved at udfylde kontaktformularen her wolfenstein@xpert.digital:eller blot ringe til mig på +49 7348 4088 965. Min e-mailadresse er
Jeg glæder mig til vores fælles projekt.
