Parvede intelligentsus ja parvede uurimine virtuaalreaalsuse abil: Saksa teadlased analüüsivad jaanileivaparvi – Pilt: Xpert.Digital
VR-uuringud paljastavad jaanileivaparvedes uusi struktuure
Läbimurre jaanileivapuu uurimisel: pikaajalised teooriad lükati ümber
Kõrbe-rohutirtsudel on piibliaegadest peale olnud hirmuäratav maine. Kuni 50 miljoni isendiga parved võivad seda putukaliiki iseloomustada laastamistööd tekitamine, hävitades terveid piirkondi ja seades ohtu toiduga kindlustatuse. Nüüd on Konstanzi ülikooli ja Max Plancki loomade käitumise instituudi teadlased saanud murrangulise ülevaate nende parvede korraldusest, lükates ümber kauakestnud teooriad. Kasutades uuenduslikku virtuaalreaalsuse tehnoloogiat, suutsid teadlased näidata, et rohutirtsuparved korraldavad end põhimõtteliselt teisiti kui seni arvati. See prestiižses ajakirjas "Science" avaldatud uuring pöörab olemasolevad selgitavad mudelid pea peale ja pakub olulist teavet, mis aitab kaasa rohutirtsukatkude paremale ennustamisele ja tõrjele.
Sellega seotud:
Jaanileivaparvede fenomen ja selle globaalne tähtsus
Kõrbe-rohutirtsud (Schistocerca gregaria) on loomariigis ühed muljetavaldavamad näited kollektiivsest käitumisest. Lennuvõimetud noored putukad, keda nimetatakse nümfideks, elavad esialgu isoleeritud isenditena. Teatud tingimustel kogunevad nad aga tohututesse parvedesse ja hakkavad rändama – mitte sihitult, vaid koordineeritud liikumises, justkui tsentraalselt kontrollituna. Need tohutud putukaparved võivad koosneda kuni 50 miljonist isenditest, mis teeb neist ühe suurima loomakollektiivi meie planeedil.
Selliste jaanileivaparvede mõjud on laastavad. Teadlaste hinnangul ohustavad need umbes iga kümne inimese elatist kogu maailmas. Konkreetne näide selle kohta oli aastatel 2019–2020 Aafrika Sarve ulatuslik jaanileivakatk, mis laastas põllumajandusliku tootmise ja vallandas näljahäda. Seetõttu on selliste parvede tekke ja liikumise mehhanismide teaduslik uurimine lisaks teoreetilisele huvile ka märkimisväärse praktilise tähtsusega ülemaailmse toiduga kindlustatuse seisukohast.
Eelmine teooria: rohutirtsud kui "iseliikuvad osakesed"
Aastakümneid on jaanileivaparvede kollektiivset käitumist selgitatud teoreetilise füüsika kontseptsiooni abil. Selles mudelis peetakse putukaid "iseliikuvateks osakesteks", mis joondavad oma positsioonid ja liikumissuunad lähinaabritega. See teooria eeldab, et kogu parve ulatuses sidusa liikumise tekitamiseks piisab, kui isendid joonduvad ainult oma lähinaabritega.
Selle eelmise selgituse teine võtmeelement oli eeldus, et loomade asustustihedus on üleminekul korratult parveiliikumiselt korrapärasele liikumisele ülioluline tegur. Selle hüpoteesi kohaselt algab üleminek koordineeritud liikumisele niipea, kui piisavalt loomi koguneb piiratud ruumi. See teooria tundus nii veenev, et see oli aastakümneid standardmudeliks kollektiivsete liikumiste selgitamiseks loomariigis.
Huvitaval kombel oli varasem uuring, mida juhtis Iain Couzin, kes on samuti kaasatud käesolevasse uuringusse, andnud juba muid üllatavaid teadmisi rohutirtsuparvede parvekäitumise kohta. Tema meeskond avastas, et kannibalism võib olla nende rändeliikumise liikumapanev tegur – rohutirtsud liiguvad edasi, et vältida selja tagant söömist. See leid viitas juba sellele, et mängus võib olla keerukam käitumine kui pelgalt füüsilised reaktsioonid.
Innovatiivne uurimisviis: virtuaalreaalsus paljastab parve saladused.
Jaanileivaparvede keeruliste interaktsioonide paremaks mõistmiseks kasutas Konstanzi ülikooli kollektiivse käitumise klastri ja Max Plancki loomade käitumise instituudi Iain Couzini juhitud uurimisrühm revolutsioonilist lähenemisviisi: virtuaalreaalsust (VR). „Liikuvate loomarühmade interaktsioonimehhanisme on kurikuulsalt raske eristada,“ selgitab Couzin. „Isendid mõjutavad üksteist ja neid mõjutab samaaegselt teiste käitumine keerulises vastastikmõjus.“
Selle probleemi lahendamiseks töötasid teadlased välja keeruka VR-seadme. Üksikud elusad rohutirtsud asetati liikuvale pallile, mis sarnanes jooksulindile, võimaldades neil vabalt liikuda. Nende ümber projitseerisid teadlased kuni 64 fotorealistlikku virtuaalset rohutirtsu, nii et päris putukad uskusid, et nad on looduslikus parves. See uuenduslik meetod võimaldas teadlastel täpselt kontrollida, milline teave oli elusale rohutirtsule kättesaadav – kui palju teisi loomi tema läheduses oli ja mis suunas nad liikusid.
Eriti paljastavas katses paigutasid teadlased kahe virtuaalse kolmemõõtmelise parve vahele päris rohutirtsud. See eksperimentaalne paigutus võimaldas neil testida, kas loomad reageerivad oma lähinaabrite käitumisele, nagu varem eeldati, ja liiguvad nendega ühtse parvena kaasa.
Üllatavad tulemused: paradigma muutus parvede uurimisel
Katsete tulemused olid üllatavad ja seadsid olemasoleva teooria põhimõtteliselt kahtluse alla. Vastupidiselt teadlaste ootustele ei liikunud päris rohutirtsud samas suunas osana suurest ühtlasest parvest. Selle asemel pöördusid nad ühe virtuaalse parve poole ja liikusid otse selle poole.
See tähelepanek näitas teadlastele, et niinimetatud optomotoorne reaktsioon – kaasasündinud refleks, mis paneb rohutirtsud järgima sensoorseid liikumismuljeid – ei ole koordineeritud kollektiivse liikumise põhjus. Tegelikult ei leidnud teadlased mingeid tõendeid selle kohta, et rohutirtsud joondaksid oma asukohta ja liikumissuunda naabrite järgi.
„Üksikloomad ei ole osakesed,“ selgitab Iain Couzin. „Me peame käsitlema rohutirtse kognitiivsete, tegutsevate subjektidena, kes jälgivad oma keskkonda ja selle põhjal langetavad otsuseid, kuhu edasi minna.“ Teadlased eeldavad nüüd, et parve moodustumine sõltub igast üksikust rohutirtsulist palju rohkem kui varem arvati.
Katsed näitasid ka, et loomad kaldusid mõnikord tavapärasest kursist kõrvale isegi siis, kui neil oli kaks parve, mis liikusid samas suunas. Lisaks ei leidnud meeskond tõendeid selle kohta, et varem eeldatud isendite tihedus oleks parvede liikumise käivitav tegur.
Praktilised tagajärjed jaanileivakatkude vastu võitlemisel
Uutel leidudel on kaugeleulatuvad praktilised tagajärjed. Parvetamise ja liikumise põhimehhanismide parem mõistmine aitaks ennustada putukate käitumist ja töötada välja tõhusamaid strateegiaid jaanileivakatkude vastu võitlemiseks.
Arvestades, et jaanileivaparved ohustavad hinnanguliselt iga kümne inimese elatist, ei saa selle uuringu olulisust üle hinnata. Jaanileivakatku laastav mõju Aafrika Sarve piirkonnas aastatel 2019–2020, mis tõi kaasa saagi ikaldumise ja näljahäda, rõhutab pakilist vajadust paremate prognoosimis- ja kontrollimehhanismide järele.
Arusaam, et rohutirtsud ei tegutse lihtsalt füüsiliste osakestena, vaid individuaalsete kognitiivsete agentidena, kellel on oma otsustusprotsessid, avab uusi lähenemisviise parvede kontrollimiseks. Selle asemel, et loota ainult laiaulatuslikele kontrollimeetmetele, võiksid tulevased strateegiad keskenduda rohkem individuaalsete otsustusprotsesside mõistmisele ja mõjutamisele.
Sellega seotud:
Tulevased uurimissuunad ja „Kollektiivide Visuaalse Arvutamise Keskus”
Need murrangulised leiud on alles kollektiivse käitumise uue mõistmise algus. Selle uurimisvaldkonna edasiarendamiseks algatas Iain Couzin Konstanzis keskuse „Kollektiivide visuaalse arvutamise keskus“. See keskus, mis on üks moodsamaid grupikäitumise uurimise rajatisi, hakkab jälgima loomade parvesid virtuaalsetes holograafilistes 3D-keskkondades ja analüüsima nende liikumist.
Paralleelselt uurib Couzini meeskond ka ruumilist otsustusprotsessi erinevatel loomaliikidel. 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 fundamentaalsed geomeetrilised põhimõtted võiksid selgitada, kuidas ja miks loomad liiguvad nii, nagu nad liiguvad – lähenemisviisi, mida võiks rakendada ka jaanileivaparvede mõistmiseks.
Uus ajastu kollektiivse käitumise uurimisel
Konstanzi ülikooli ja Max Plancki loomade käitumise instituudi teadlaste uuring tähistab pöördepunkti loomariigi kollektiivse käitumise mõistmisel. Seades kahtluse alla pikaajalise teooria "isejuhtivatest osakestest", avavad nad uue vaatenurga, mis käsitleb rohutirtse ja teisi loomi individuaalsete otsustajatena, kelle kollektiivne käitumine tuleneb keerukatest kognitiivsetest protsessidest.
Innovatiivse virtuaalreaalsuse tehnoloogia kasutamine on osutunud edu võtmeks. See on võimaldanud teadlastel dešifreerida loomakollektiivide varem läbitungimatut keerukust ja saada põhjalikke teadmisi parvede korraldusest. Need leiud võivad mitte ainult muuta meie teoreetilist arusaama kollektiivsest käitumisest, vaid pakkuda ka praktilisi lahendusi jaanileivaputukate vastu võitlemiseks, mis ohustavad toiduga kindlustatust kogu maailmas.
Iain Couzini meeskonna töö, kellele on kollektiivse käitumise valdkonna uurimistöö eest juba omistatud mainekas Gottfried Wilhelm Leibnizi auhind, rõhutab interdistsiplinaarse uurimistöö olulisust bioloogia, arvutiteaduse ja füüsika kokkupuutepunktis. See näitab muljetavaldavalt, kuidas tänapäevased tehnoloogiad aitavad meil avada looduse põnevaid saladusi, töötades samal ajal välja praktilisi lahendusi pakiliste globaalsete probleemide lahendamiseks.
Sellega seotud:
Teie globaalne turundus- ja äriarenduspartner
☑️ Meie ärikeel on inglise või saksa keel
☑️ UUS: Kirjavahetus teie emakeeles!
Konrad Wolfenstein
Mina ja minu meeskond oleme hea meelega teie käsutuses teie isikliku nõustajana.
Võite minuga ühendust võtta, täites siinse kontaktvormi wolfenstein@xpert.digital:või helistades mulle numbril +49 7348 4088 965. Minu e-posti aadress on
Ootan põnevusega meie ühist projekti.
