מודיעין נחיליים ומחקר נחילים עם מציאות מדומה: מדענים גרמנים מנתחים נחילי ארבה – תמונה: Xpert.Digital
מחקר VR חושף מבנים חדשים בנחילי ארבה
פריצת דרך במחקר ארבה: תיאוריות ארוכות שנים הופרכו
לארבה המדברי יש מוניטין מפחיד עוד מימי התנ"ך. עם נחילים של עד 50 מיליון פרטים, מין חרק זה יכול לזרוע הרס על ידי טריפת אזורים שלמים ובכך לסכן את הביטחון התזונתי. כעת, חוקרים מאוניברסיטת קונסטנץ וממכון מקס פלאנק להתנהגות בעלי חיים הגיעו לתובנות פורצות דרך לגבי ארגון נחילים אלה, והפכו תיאוריות ארוכות שנים. באמצעות טכנולוגיית מציאות מדומה חדשנית, הצליחו המדענים להדגים כי נחילי ארבה מארגנים את עצמם בצורה שונה באופן מהותי ממה שחשבו בעבר. מחקר זה, שפורסם בכתב העת היוקרתי "Science", הופך מודלים הסבריים קיימים על ראשם ומספק תובנות חשובות שיכולות לתרום לחיזוי ובקרה טובים יותר של מכות ארבה.
מתאים לכך:
תופעת נחילי הארבה ומשמעותם הגלובלית
ארבה מדברי (Schistocerca gregaria) הוא בין הדוגמאות המרשימות ביותר להתנהגות קולקטיבית בממלכת החי. החרקים הצעירים חסרי המיטה, הנקראים נימפות, חיים בתחילה כפרטים מבודדים. עם זאת, בתנאים מסוימים הם מתאספים בנחילים עצומים ומתחילים לנדוד - לא ללא מטרה, אלא בתנועה מתואמת, כאילו נשלטים על ידי מרכז. נחילי חרקים עצומים אלה יכולים לכלול עד 50 מיליון פרטים, מה שהופך אותם לאחד מקולקציות החיות הגדולות ביותר על פני כדור הארץ שלנו.
השפעותיהם של נחילי ארבה כאלה הן הרסניות. חוקרים מעריכים כי הם מאיימים על פרנסתם של כאחד מכל עשרה אנשים ברחבי העולם. דוגמה קונקרטית לכך הייתה מגפת הארבה העצומה בקרן אפריקה בין השנים 2019 ו-2020, אשר הרסה את הייצור החקלאי וגרמה לרעב. לכן, מחקר מדעי על המנגנונים המובילים להיווצרותם ולתנועתם של נחילים כאלה אינו רק בעל עניין תיאורטי אלא גם בעל משמעות מעשית ניכרת לביטחון התזונתי העולמי.
התיאוריה הקודמת: ארבה כ"חלקיקים הנעים מעצמם"
במשך עשרות שנים, ההתנהגות הקולקטיבית של נחילי ארבה הוסברה באמצעות מושג מהפיזיקה התאורטית. במודל זה, החרקים נחשבים ל"חלקיקים בעלי הנעה עצמית" המיישרים את מיקומם וכיווני תנועתם עם שכניהם הקרובים. תיאוריה זו מניחה שדי בפרטים ליישר קו רק עם שכניהם הקרובים כדי ליצור תנועה קוהרנטית על פני כל הנחיל.
מרכיב מפתח נוסף בהסבר הקודם הזה היה ההנחה שצפיפות בעלי חיים היא גורם מכריע במעבר מתנועה לא מסודרת של נחילים לתנועה מסודרת של נחילים. על פי השערה זו, המעבר לתנועה מתואמת מתחיל ברגע שמספיק בעלי חיים מתאספים במרחב סגור. תיאוריה זו נראתה כה משכנעת עד ששימשה כמודל הסטנדרטי להסבר תנועות קולקטיביות בממלכת החי במשך עשרות שנים.
מעניין לציין, שמחקרים קודמים בראשות איאן קוזין, המעורב גם במחקר הנוכחי, כבר הניב תובנות מפתיעות אחרות לגבי התנהגות הנחיל של ארבה. צוותו גילה שקניבליזם יכול להיות גורם מניע בתנועות הנדידה שלהם - הארבה נע קדימה כדי להימנע מאכילה מאחור. ממצא זה כבר הצביע על כך שעשויות להיות התנהגויות מורכבות יותר מאשר תגובות פיזיות גרידא.
גישת המחקר החדשנית: מציאות מדומה חושפת את סודות הנחיל
כדי להבין טוב יותר את האינטראקציות המורכבות בתוך נחילי ארבה, צוות המחקר בראשות איאן קוזין מקבוצת המצוינות "התנהגות קולקטיבית" באוניברסיטת קונסטנץ וממכון מקס פלאנק להתנהגות בעלי חיים השתמש בגישה מהפכנית: מציאות מדומה (VR). "קשה לשמצה להבחין במנגנוני האינטראקציה בקבוצות בעלי חיים ניידות", מסביר קוזין. "פרטים משפיעים זה על זה ומושפעים בו זמנית מהתנהגותם של אחרים, במשחק גומלין מורכב."
כדי לפתור בעיה זו, החוקרים פיתחו מערכת מציאות מדומה מתוחכמת. חגבים חיים בודדים הונחו על כדור נע, בדומה להליכון, מה שאפשר להם לנוע בחופשיות. סביבם, המדענים הקרינו עד 64 חגבים וירטואליים פוטוריאליסטיים, כך שהחרקים האמיתיים האמינו שהם נמצאים בנחיל טבעי. שיטה חדשנית זו אפשרה לחוקרים לשלוט במדויק במידע שהיה זמין לחגב החי - כמה בעלי חיים אחרים נמצאים בסביבתו ולאיזה כיוון הם נעים.
בניסוי חושפני במיוחד, החוקרים הציבו ארבה אמיתי בין שני נחילים וירטואליים תלת-ממדיים. מערך ניסוי זה אפשר להם לבדוק באופן ספציפי האם בעלי החיים אכן יגיבו להתנהגות שכניהם הקרובים, כפי שהונח בעבר, וינועו איתם כנחיל מאוחד.
תוצאות מפתיעות: שינוי פרדיגמה במחקר נחילים
תוצאות הניסויים היו מפתיעות וערערו באופן מהותי על התיאוריה הקיימת. בניגוד לציפיות החוקרים, הארבה האמיתי לא נע באותו כיוון כחלק מנחיל גדול ואחיד. במקום זאת, הם פנו לעבר אחד הנחילים הווירטואליים ונעו ישירות לעברו.
תצפית זו הראתה למדענים כי מה שמכונה "תגובה אופטו-מוטורית" - רפלקס מולד הגורם לארבה לעקוב אחר רשמים חושיים של תנועה - אינו הגורם לתנועה הקולקטיבית המתואמת. למעשה, החוקרים לא מצאו ראיות לכך שארבה מיישר את מיקומו וכיוון תנועתו בהתבסס על שכניהם כלל.
"בעלי חיים בודדים אינם חלקיקים", מסביר איאן קוזין. "עלינו להתייחס לחרבה כאל סובייקטים קוגניטיביים ופועלים, הצופים בסביבתם, ועל סמך זה, מקבלים החלטות לגבי לאן ללכת הלאה." החוקרים מניחים כעת כי היווצרות נחיל תלויה הרבה יותר בכל ארבה בנפרד ממה שחשבו בעבר.
הניסויים הראו גם כי בעלי החיים סטו לעיתים מהמסלול המשותף, אפילו כאשר שני נחילים היו לצידם הנעים באותו כיוון. יתר על כן, הצוות לא מצא ראיות לכך שצפיפות הפרטים, כפי שהונח בעבר, היא הגורם המפעיל לתנועת הנחילים.
השלכות מעשיות על המאבק במגפות ארבה
לממצאים החדשים השלכות מעשיות מרחיקות לכת. הבנה טובה יותר של המנגנונים הבסיסיים של התפשטות ותנועה של חרקים עשויה לסייע בחיזוי התנהגות חרקים ולפתח אסטרטגיות יעילות יותר למאבק במכת ארבה.
בהתחשב בכך שנחילי ארבה מאיימים על פרנסתם של כאחד מכל עשרה אנשים, לא ניתן להפריז בחשיבותו של מחקר זה. ההשפעה ההרסנית של מגפת הארבה בקרן אפריקה בין השנים 2019 ו-2020, שהובילה לכשלון יבולים ורעב, מדגישה את הצורך הדחוף בשיפור מנגנוני החיזוי והבקרה.
ההבנה שארבה אינו פועל רק כחלקיקים פיזיים, אלא כסוכנים קוגניטיביים אינדיבידואליים עם תהליכי קבלת החלטות משלהם, פותחת גישות חדשות לשליטה בנחילים. במקום להסתמך אך ורק על אמצעי בקרה בקנה מידה גדול, אסטרטגיות עתידיות יוכלו להתמקד יותר בהבנה והשפעה על תהליכי קבלת החלטות אינדיבידואליים.
מתאים לכך:
כיווני מחקר עתידיים ו"המרכז לחישוב חזותי של קולקטיבים"
ממצאים פורצי דרך אלה מייצגים רק את תחילתה של הבנה חדשה של התנהגות קולקטיבית. כדי לקדם עוד יותר תחום מחקר זה, איאן קוזין יזם את "המרכז לחישוב חזותי של קולקטיבים" בקונסטנץ. מרכז זה, שיהיה בין המתקנים המודרניים ביותר לחקר התנהגות קבוצתית, יצפה בנחילי בעלי חיים בסביבות תלת-ממדיות הולוגרפיות וירטואליות וינתח את תנועותיהם.
במקביל, צוותו של קוזין חוקר גם קבלת החלטות מרחביות במיני בעלי חיים שונים. מחקר שפורסם לאחרונה ב-PNAS מראה כיצד בעלי חיים מעבדים את מורכבות סביבתם על ידי צמצום העולם להחלטות עוקבות בין שתי אפשרויות בלבד. ממצאים אלה מצביעים על כך שעקרונות גיאומטריים בסיסיים יכולים להסביר כיצד ומדוע בעלי חיים נעים כפי שהם נעים - גישה שעשויה להיות מיושמת גם להבנת נחילי ארבה.
עידן חדש בחקר ההתנהגות הקולקטיבית
המחקר של מדענים מאוניברסיטת קונסטנץ וממכון מקס פלאנק להתנהגות בעלי חיים מסמן נקודת מפנה בהבנת ההתנהגות הקולקטיבית בממלכת החי. על ידי אתגר את התיאוריה ארוכת השנים של "חלקיקים מונעים מעצמם", הם פותחים פרספקטיבה חדשה הרואה בחגבים ובבעלי חיים אחרים כמקבלי החלטות אינדיבידואליים שהתנהגותם הקולקטיבית נובעת מתהליכים קוגניטיביים מורכבים.
השימוש בטכנולוגיית מציאות מדומה חדשנית הוכח כמפתח להצלחה. הוא איפשר לחוקרים לפענח את המורכבות הבלתי חדירה של קולקטיבים של בעלי חיים, אשר בעבר הייתה בלתי חדירה, ולהשיג תובנות בסיסיות לגבי ארגון נחילים. ממצאים אלה יכולים לא רק לחולל מהפכה בהבנה התיאורטית שלנו לגבי התנהגות קולקטיבית, אלא גם להציע פתרונות מעשיים למאבק במגפות ארבה המאיימות על ביטחון המזון ברחבי העולם.
עבודתו של צוותו של איאן קוזין, שכבר זכה בפרס גוטפריד וילהלם לייבניץ היוקרתי על מחקרו בתחום ההתנהגות הקולקטיבית, מדגישה את חשיבותו של מחקר בין-תחומי בממשק שבין ביולוגיה, מדעי המחשב ופיזיקה. היא מדגימה באופן מרשים כיצד טכנולוגיות מודרניות יכולות לעזור לנו לחשוף את סודות הטבע המרתקים ובמקביל לפתח פתרונות מעשיים לבעיות עולמיות דוחקות.
מתאים לכך:
השותף הגלובלי שלך לשיווק ופיתוח עסקי
☑️ השפה העסקית שלנו היא אנגלית או גרמנית
☑️ חדש: התכתבויות בשפה הלאומית שלך!
Konrad Wolfenstein
אני שמח להיות זמין לך ולצוות שלי כיועץ אישי.
אתה יכול ליצור איתי קשר על ידי מילוי טופס יצירת הקשר או פשוט להתקשר אליי בטלפון +49 89 674 804 (מינכן) . כתובת הדוא"ל שלי היא: וולפנשטיין ∂ xpert.digital
אני מצפה לפרויקט המשותף שלנו.
