Megjelent: 2025. március 11. / Frissítve: 2025. március 11. – Szerző: Konrad Wolfenstein
Rajintelligencia és rajkutatás virtuális valósággal: Német tudósok sáskarajokat elemeznek – Kép: Xpert.Digital
VR-kutatás új struktúrákat tárt fel a sáskarajokban
Áttörés a sáskakutatásban: Régóta fennálló elméletek megcáfoltak
A sivatagi sáska a bibliai idők óta félelmetes hírnévnek örvend. Akár 50 milliós rajjaival ez a rovarfaj pusztítást végezhet egész régiók felfalásával, veszélyeztetve ezzel az élelmiszerbiztonságot. A Konstanzi Egyetem és a Max Planck Állatviselkedési Intézet kutatói most úttörő betekintést nyertek e rajok szerveződésébe, megdöntve a régóta fennálló elméleteket. Az innovatív virtuális valóság technológia segítségével a tudósok bebizonyították, hogy a sáskarajok alapvetően másképp szerveződnek, mint azt korábban feltételezték. Ez a tanulmány, amely a rangos "Science" folyóiratban jelent meg, a feje tetejére állítja a meglévő magyarázó modelleket, és fontos ismereteket nyújt, amelyek hozzájárulhatnak a sáskajárványok jobb előrejelzéséhez és leküzdéséhez.
Alkalmas:
A sáskarajok jelensége és globális jelentőségük
A sivatagi sáskák (Schistocerca gregaria) az állatvilág kollektív viselkedésének legimpozánsabb példái közé tartoznak. A röpképtelen fiatal rovarok, az úgynevezett nimfák, kezdetben mozgásszegény egyedekként élnek. Bizonyos körülmények között azonban hatalmas rajokba tömörülnek, és vándorolni kezdenek – nem céltalanul, hanem összehangolt mozgásban, mintha központilag irányítanák őket. Ezek a hatalmas rovarközösségek akár 50 millió egyedből is állhatnak, így bolygónk egyik legnagyobb állatközösségévé válnak.
Az ilyen sáskarajok hatásai pusztítóak. A kutatók becslései szerint világszerte körülbelül minden tizedik ember megélhetését veszélyeztetik. Erre konkrét példa volt a 2019 és 2020 között Afrika szarván pusztító hatalmas sáskavész, amely tönkretette a mezőgazdasági termelést és éhínséget váltott ki. Ezért az ilyen sáskarajok kialakulásához és mozgásához vezető mechanizmusok tudományos kutatása nemcsak elméleti szempontból érdekes, hanem jelentős gyakorlati jelentőséggel is bír a globális élelmezésbiztonság szempontjából.
Az előző elmélet: A sáskák mint „önjáró részecskék”
Évtizedek óta a sáskarajok kollektív viselkedését az elméleti fizika egy koncepciójával magyarázzák. Ebben a modellben a rovarokat "önjáró részecskéknek" tekintik, amelyek helyzetüket és mozgásirányukat közvetlen szomszédaikhoz igazítják. Ez az elmélet azt feltételezi, hogy az egyedeknek elegendő, ha csak a közvetlen szomszédaikhoz igazodnak ahhoz, hogy koherens mozgást generáljanak a teljes rajban.
Az előző magyarázat egy másik kulcsfontosságú eleme az a feltételezés volt, hogy az állatsűrűség kulcsfontosságú tényező a rendezetlen rajzásról a rendezett rajzásmozgásra való áttérésben. E hipotézis szerint az összehangolt mozgásra való áttérés akkor kezdődik, amikor elegendő állat gyűlik össze egy zárt térben. Ez az elmélet annyira meggyőzőnek tűnt, hogy évtizedekig standard modellként szolgált az állatvilág kollektív mozgásainak magyarázatára.
Érdekes módon az Iain Couzin által vezetett korábbi kutatás – aki szintén részt vesz a jelenlegi tanulmányban – már más meglepő ismereteket is szolgáltatott a sáskák rajzási viselkedéséről. Csapata felfedezte, hogy a kannibalizmus lehet a vándorlási mozgásuk egyik mozgatórugója – a sáskák előrehaladnak, hogy elkerüljék, hogy hátulról megegyék őket. Ez a megállapítás arra utal, hogy a puszta fizikai reakcióknál összetettebb viselkedések is szerepet játszhatnak.
Az innovatív kutatási megközelítés: A virtuális valóság felfedi a raj titkait.
A sáskarajokon belüli komplex interakciók jobb megértése érdekében az Iain Couzin vezette kutatócsoport, amely a Konstanzi Egyetem „Kollektív Viselkedés” kiválósági csoportjából és a Max Planck Állati Viselkedéstudományi Intézetből származik, forradalmi megközelítést alkalmazott: a virtuális valóságot (VR). „Köztudottan nehéz felismerni a mozgó állatcsoportokban zajló interakciós mechanizmusokat” – magyarázza Couzin. „Az egyedek hatással vannak egymásra, és egyidejűleg mások viselkedése is befolyásolja őket, egy összetett kölcsönhatásban.”
A probléma megoldására a kutatók egy kifinomult VR-berendezést fejlesztettek ki. Élő szöcskéket helyeztek egy futópadhoz hasonló mozgó labdára, lehetővé téve számukra a szabad mozgást. A tudósok akár 64 fotorealisztikus virtuális szöcskét is kivetítettek maguk köré, így a valódi rovarok azt hitték, hogy természetes rajban vannak. Ez az innovatív módszer lehetővé tette a kutatók számára, hogy pontosan szabályozzák, milyen információkhoz férhet hozzá az élő szöcske – hány más állat van a közelében, és milyen irányba mozognak.
Egy különösen érdekes kísérletben a kutatók valódi sáskákat helyeztek két virtuális, háromdimenziós raj közé. Ez a kísérleti beállítás lehetővé tette számukra, hogy konkrétan teszteljék, vajon az állatok valóban reagálnak-e közvetlen szomszédaik viselkedésére, ahogy azt korábban feltételezték, és egységes rajként mozognak-e velük.
Meglepő eredmények: Paradigmaváltás a rajkutatásban
A kísérletek eredményei meglepőek voltak, és alapvetően megkérdőjelezték a meglévő elméletet. A kutatók várakozásaival ellentétben a valódi sáskák nem egy nagy, egyenletes raj részeként mozogtak ugyanabba az irányba. Ehelyett az egyik virtuális raj felé fordultak, és közvetlenül feléjük mozdultak.
Ez a megfigyelés megmutatta a tudósoknak, hogy az úgynevezett „optomotoros válasz” – egy veleszületett reflex, amely arra készteti a szöcskéket, hogy kövessék a mozgás érzékszervi jelzéseit – nem az összehangolt kollektív mozgás oka. Valójában a kutatók nem találtak bizonyítékot arra, hogy a szöcskék egyáltalán a szomszédaik alapján határoznák meg helyzetüket és mozgásirányukat.
„Az egyes állatok nem részecskék” – magyarázza Iain Couzin. „A sáskákat kognitív, cselekvő szubjektumoknak kell tekintenünk, amelyek megfigyelik a környezetüket, és ennek alapján döntenek arról, hogy merre tovább.” A kutatók most azt feltételezik, hogy a raj kialakulása sokkal jobban függ az egyes sáskáktól, mint azt korábban gondolták.
A kísérletek azt is kimutatták, hogy az állatok néha eltértek a megszokott útvonaltól, még akkor is, ha két raj haladt velük ugyanabba az irányba. Továbbá a csapat nem talált bizonyítékot arra, hogy az egyedek sűrűsége, ahogy azt korábban feltételezték, a rajzás kiváltó oka lenne.
Gyakorlati vonatkozások a sáskajárványok leküzdésére
Az új eredmények messzemenő gyakorlati következményekkel járnak. A rajzás és a mozgás alapvető mechanizmusainak jobb megértése segíthet a rovarok viselkedésének előrejelzésében és hatékonyabb stratégiák kidolgozásában a sáskajárványok leküzdésére.
Tekintettel arra, hogy a sáskarajok becslések szerint minden tizedik ember megélhetését veszélyeztetik, e kutatás fontosságát nem lehet eléggé hangsúlyozni. A 2019 és 2020 között Afrika szarván tomboló sáskavész pusztító hatása, amely terméskieséshez és éhínséghez vezetett, rávilágít az előrejelzési és ellenőrzési mechanizmusok javításának sürgető szükségességére.
Az a felismerés, hogy a sáskák nem pusztán fizikai részecskékként, hanem egyéni kognitív ágensekként működnek, saját döntéshozatali folyamatokkal, új megközelítéseket nyit meg a rajzások szabályozására. Ahelyett, hogy kizárólag a nagyléptékű ellenőrzési intézkedésekre támaszkodnának, a jövőbeli stratégiák jobban összpontosíthatnának az egyéni döntéshozatali folyamatok megértésére és befolyásolására.
Alkalmas:
Jövőbeli kutatási irányok és a „Kollektívák Vizuális Számítástechnikai Központja”
Ezek az úttörő eredmények csupán a kollektív viselkedés új megértésének kezdetét jelentik. A kutatási terület további előmozdítása érdekében Iain Couzin Konstanzban létrehozta a „Kollektívák Vizuális Számítástechnikai Központját”. Ez a központ, amely a csoportos viselkedés kutatásának egyik legmodernebb létesítménye lesz, virtuális holografikus 3D-s környezetekben fogja megfigyelni az állatrajokat, és elemezni azok mozgását.
Ezzel párhuzamosan Couzin csapata a térbeli döntéshozatalt is kutatja különböző állatfajoknál. A PNAS-ban nemrégiben megjelent tanulmány bemutatja, hogyan dolgozzák fel az állatok környezetük összetettségét azáltal, hogy a világot mindössze két lehetőség közötti szekvenciális döntésekre redukálják. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az alapvető geometriai elvek megmagyarázhatják, hogyan és miért mozognak az állatok úgy, ahogy – ez a megközelítés potenciálisan a sáskarajok megértésére is alkalmazható.
Új korszak a kollektív viselkedés tanulmányozásában
A Konstanzi Egyetem és a Max Planck Állatviselkedési Intézet tudósainak kutatása fordulópontot jelent az állatvilág kollektív viselkedésének megértésében. Azzal, hogy megkérdőjelezik az „önmagukat irányító részecskék” régóta fennálló elméletét, egy új perspektívát nyitnak, amely a szöcskéket és más állatokat egyéni döntéshozóknak tekinti, akiknek kollektív viselkedése összetett kognitív folyamatok eredménye.
Az innovatív virtuális valóság technológia használata kulcsfontosságúnak bizonyult a sikerhez. Lehetővé tette a kutatók számára, hogy megfejtsék az állati közösségek korábban áthatolhatatlan komplexitását, és alapvető ismereteket szerezzenek a rajok szerveződéséről. Ezek a megállapítások nemcsak forradalmasíthatják a kollektív viselkedés elméleti megértését, hanem gyakorlati megoldásokat is kínálhatnak a sáskajárványok leküzdésére, amelyek világszerte veszélyeztetik az élelmiszerbiztonságot.
Iain Couzin csapatának munkája, amely már elnyerte a rangos Gottfried Wilhelm Leibniz-díjat a kollektív viselkedés területén végzett kutatásaiért, kiemeli a biológia, a számítástechnika és a fizika találkozási pontján végzett interdiszciplináris kutatás fontosságát. Lenyűgözően bemutatja, hogyan segíthetnek a modern technológiák feltárni a természet lenyűgöző titkait, miközben egyidejűleg gyakorlati megoldásokat dolgoznak ki a sürgető globális problémákra.
Alkalmas:
Az Ön globális marketing- és üzletfejlesztési partnere
☑️ Üzleti nyelvünk angol vagy német
☑️ ÚJ: Levelezés az Ön nemzeti nyelvén!
Konrad Wolfenstein
Szívesen szolgálok Önt és csapatomat személyes tanácsadóként.
Felveheti velem a kapcsolatot az itt található kapcsolatfelvételi űrlap kitöltésével , vagy egyszerűen hívjon a +49 89 89 674 804 (München) . Az e-mail címem: wolfenstein ∂ xpert.digital
Nagyon várom a közös projektünket.
