Parvede intelligentsus ja parvede uurimine virtuaalreaalsuse abil: Saksa teadlased analüüsivad jaanikaparvi – Pilt: Xpert.Digital
VR -uuringud paljastavad rohutirtsude uued struktuurid
Läbimurre rohutirtsudes: pikaajalised teooriad ümber lükatud
Kõrbes rohutirtsul on olnud piibellike aegade jaoks kohutav maine. Kuni 50 miljoni inimese revede korral võib seda tüüpi putukas põhjustada laastavat kahju, söödes terveid alasid ja ohustavad seega toitumisohutust. Nüüd on Konstanzi ülikooli ja Max Plancki käitumusliku bioloogia instituudi teadlased omandanud murrangulisi teadmisi nende sülemite korraldamise kohta ja on mitu aastat kestnud teooriaid ümber lükanud. Uuendusliku virtuaalse reaalsuse tehnoloogia abil suutsid teadlased näidata, et rohutirtsu sülemid on põhimõtteliselt erinevad, kui varem arvati. See tuntud spetsialiseerunud ajakirjas “Science” avaldatud uuring pöörab varasemaid selgitavaid mudeleid tagurpidi ja annab olulisi teadmisi, mis võiksid aidata kaasa rohutirtsude paremale ennustamisele ja võitlusele.
Sobib selleks:
Rohutirtsude nähtus ja nende globaalne tähendus
Kõrbe-rohutirtsud (Schistocerca gregaria) on loomariigis ühed muljetavaldavamad näited kollektiivsest käitumisest. Need lennuvõimetud noored putukad, keda nimetatakse nümfideks, elavad esialgu paiksete isenditena. Teatud tingimustel ühinevad nad aga tohututesse parvedesse ja hakkavad rändama – mitte sihitult, vaid koordineeritud liikumises, justkui tsentraalselt kontrollituna. Need tohutud putukakollektiivid võivad koosneda kuni 50 miljonist isendist, mis teeb neist ühe suurima loomakollektiivi meie planeedil.
Selliste rohutirtsude mõju on laastav. Teadlaste sõnul ähvardavad nad kogu maailmas iga kümnenda inimese elatist. Selle konkreetne näide andis aastatel 2019–2020 Aafrika sarve massiivse rohutirtsude katku, mis laastas põllumajandustootmise ja käivitas näljahäda. Selliste sülemite moodustumise ja liikumiseni põhjustavate mehhanismide teaduslik uurimistöö ei paku seetõttu mitte ainult teoreetilist huvi, vaid sellel on ka märkimisväärne praktiline tähtsus globaalse toitumise turvalisuse jaoks.
Eelmine teooria: rohutirtsud kui “ise juhitav osake”
Aastakümneid on rohutirtsude kollektiivset käitumist selgitatud teoreetilise füüsika kontseptsiooni abil. Selles mudelis peetakse putukaid kui iseliikuvaid osalejaid (ise juhitud osakesed), mis vastavad nende positsioonidele ja liikumissuundadele nende lähinaabritel. See teooria eeldab, et piisab, kui isikud saavad otse naabritega järjest, et luua ühtne liikumine kogu sülemis.
Selle varasema seletuse teine keskne element oli eeldus, et loomade tihedus on otsustav tegur ebakorrektse ujuki liikumise üleminekul. Selle hüpoteesi kohaselt algab üleminek koordineeritud liikumisele kohe, kui piiratud ruumis on piisavalt loomi. See teooria tundus nii veenev, et see toimis aastakümneid tavapärase liikumise selgitamiseks eluslooduses.
Huvitaval kombel oli varasem uuring, mida juhtis Iain Couzin, kes on samuti kaasatud käesolevasse uuringusse, juba andnud muid üllatavaid teadmisi rohutirtsuparvede käitumise kohta. Tema meeskond avastas, et kannibalism võib olla nende rändeliikumise liikumapanev tegur – rohutirtsud liiguvad edasi, et vältida selja tagant söömist. See leid viitab sellele, et mängus võivad olla keerukamad käitumismallid kui pelgalt füüsilised reaktsioonid.
Uuenduslik uurimisviis: virtuaalne reaalsus paljastab sülemi saladused
Rohutirtsude ainepunktide keerukate interaktsioonide paremaks mõistmiseks Iain Couzini ümbruses asuv uurimisrühm Constance'i ülikooli tipptasemel ja Max Plancki käitumisbioloogia instituut revolutsioonilise lähenemisviisi kohta: virtuaalne reaalsus (VR). "Nagu teada, on mobiilsete loomarühmade interaktsiooni mehhanisme raske ära tunda," selgitab Couzin. "Inimesed mõjutavad üksteist ja neid mõjutab ka teiste käitumine keerulises koosmõju."
Selle probleemi lahendamiseks töötasid teadlased välja keeruka VR-seadme. Üksikud elusad rohutirtsud asetati liikuvale pallile, mis sarnanes jooksulindile, võimaldades neil vabalt liikuda. Teadlased projitseerisid nende ümber kuni 64 fotorealistlikku virtuaalset rohutirtsu, nii et päris putukad uskusid, et nad on looduslikus parves. See uuenduslik meetod võimaldas teadlastel täpselt kontrollida, millisele teabele elusal rohutirtsudel juurdepääs oli – kui palju teisi loomi tema läheduses oli ja mis suunas nad liikusid.
Eriti paljastavas katses asetasid teadlased tõelised rohutirtsud kahe virtuaalse, kolmemõõtmelise sülemi vahele. See katsekorraldus võimaldas neil testida, kas loomad reageerivad tegelikult oma otsese naabrite käitumisele, nagu varem arvati, ja liiguvad koos nendega ühtlase puruks.
Üllatavad tulemused: paradigma nihe sülemiuuringutes
Katsete tulemused olid üllatavad ja seadis põhimõtteliselt kahtluse alla eelmise teooria. Vastupidiselt teadlaste ootustele ei liikunud tõelised rohutirtsud suure, ühtlase sülemi osana samas suunas. Selle asemel pöördusid nad ühe virtuaalse sülemi suunas ja jooksid spetsiaalselt nende poole.
See tähelepanek näitas teadlastele, et niinimetatud optomotoorne reaktsioon – kaasasündinud refleks, mis paneb rohutirtse järgima sensoorseid liikumismärke – ei ole koordineeritud kollektiivse liikumise põhjus. Tegelikult ei leidnud teadlased mingeid tõendeid selle kohta, et rohutirtsud isegi orienteeriksid oma asukohta ja liikumissuunda naabrite põhjal.
"Üksikud loomad ei ole osakesed," selgitab Iain Couzin. "Peame rohutirtsud nägema kognitiivsetena, tegutsevad subjektid, kes jälgivad nende ümbrust, ja tegema selle põhjal otsuseid seal, kus nad järgmisena lähevad." Teadlased eeldavad nüüd, et sülemi areng sõltub palju rohkem igast rohutirtsust, kui varem arvati.
Katsed näitasid ka seda, et loomad kaldusid liigendilt mõnikord kõrvale, isegi kui neil oli kaks sülemit, mis jooksid samas suunas. Lisaks ei leidnud meeskond tõendeid selle kohta, et üksikisikute tihedus, nagu varem arvati, oleks sülemiliikumise käivitatav tegur.
Praktiline tähtsus rohutirtsude vastu võitlemisel
Uutel leidudel on kaugeleulatuv praktiline mõju. Swarmi moodustamise ja liikumise põhimehhanismide parem mõistmine võib aidata putukate käitumist ennustada ja välja töötada tõhusamaid strateegiaid rohuvahemike vastu võitlemiseks.
Pidades silmas asjaolu, et rohutirtsud ohustavad kõigi kümnendate inimeste elatist, ei tohiks selle uurimistöö tähtsust alahinnata. Rohutirtsude katku laastav mõju Aafrika sarvile aastatel 2019–2020, mis viis koristamise ebaõnnestumiste ja näljahädadeni, illustreerivad kiiret vajadust parema ennustamise ja kontrollimehhanismide järele.
Mõistmise kaudu, et rohutirtsud ei toimi lihtsalt füüsilise osakesena, vaid üksikute kognitiivsete osalistena, kellel on oma otsustusprotsessid, avanevad uued lähenemisviisid laastamiste kontrollimiseks. Selle asemel, et tugineda eranditult suurtele kontrollimeetmetele, võiksid tulevased strateegiad suunata individuaalsete otsuste tegemise protsesside mõistmisele ja mõjutamisele.
Sobib selleks:
Tulevased uurimissuundad ja „kollektiivi visuaalse arvutamise keskus”
Murrangulised leiud esindavad ainult kollektiivse käitumise uue arusaama algust. Selle uurimisvaldkonna edasiseks edendamiseks algatas Iain Couzin Constance'is „kollektiivse visuaalse arvutamise keskuse”. See keskus, mis kuulub kõige moodsamate rühmakäitumiste uurimiseks, on mõeldud loomade sülemite jälgimiseks virtuaalses holograafilises 3D -keskkonnas ja analüüsida nende liikumist.
Paralleelselt uurib Couzini meeskond ka erinevate loomaliikide ruumilist otsustusprotsessi. Hiljuti ajakirjas PNAS avaldatud uuring näitab, kuidas loomad töötlevad oma keskkonna keerukust, taandades maailma järjestikusteks otsusteks vaid kahe valiku vahel. Need leiud viitavad sellele, et geomeetrilised põhiprintsiibid võiksid selgitada, kuidas ja miks loomad liiguvad nii, nagu nad liiguvad – lähenemisviisi, mida saaks potentsiaalselt rakendada ka jaanileivaparvede mõistmiseks.
Uus ajastu kollektiivse käitumise uurimisel
Konstanzi ülikooli ja Max Plancki käitumisbioloogia instituudi teadlaste uurimistöö tähistab pöördepunkti eluslooduse kollektiivse käitumise mõistmisel. Kui seada kahtluse alla ise juhitud osakeste pikaajaline teooria, avavad nad uue vaatenurga, rohutirtsud ja muud loomad kui üksikute otsustajatena, kelle kollektiivne käitumine tuleneb keerukatest kognitiivsetest protsessidest.
Uuendusliku virtuaalse reaalsuse tehnoloogia kasutamine on osutunud edu võtiks. See võimaldas teadlastel dešifreerida loomkollektiivide varem läbitungimatut keerukust ja saada põhjalikke teadmisi sülemite korraldamisest. Need leiud ei saaks mitte ainult muuta meie teoreetilist arusaamist kollektiivsest käitumisest, vaid pakkuda ka praktilisi lahendusi rohutirtsude vastu võitlemiseks, mis ohustavad toitumiskindlust kogu maailmas.
Iain Couzini ümbruse meeskonna töö, mis on juba antud maineka Gottfried Wilhelm Leibnizi auhinna kollektiivse käitumise valdkonnas uurimistöö eest, rõhutab interdistsiplinaarsete uuringute olulisust bioloogia, arvutiteaduse ja füüsika liideses. See näitab muljetavaldavalt, kuidas kaasaegsed tehnoloogiad aitavad meil põnevaid loodussaladusi dešifreerida ja samal ajal välja töötada praktilised lahendused globaalsete probleemide lahendamiseks.
Sobib selleks:
Teie ülemaailmne turundus- ja äriarenduspartner
☑️ Meie ärikeel on inglise või sakslane
☑️ Uus: kirjavahetus teie riigikeeles!
Konrad Wolfenstein
Mul on hea meel, et olete teile ja minu meeskonnale isikliku konsultandina kättesaadav.
Võite minuga ühendust võtta, täites siin kontaktvormi või helistage mulle lihtsalt telefonil +49 89 674 804 (München) . Minu e -posti aadress on: Wolfenstein ∂ xpert.digital
Ootan meie ühist projekti.
