群知能とバーチャルリアリティによる群集研究：ドイツの科学者がイナゴの大群を分析 – 画像：Xpert.Digital
VR研究でイナゴの大群の新たな構造が明らかに
イナゴ研究の躍進：長年の理論が反駁
サバクトビバッタは聖書の時代から恐ろしい昆虫として知られてきました。最大5000万匹の群れを成すこの昆虫種は、地域全体を食い尽くし、食糧安全保障を脅かすという壊滅的な被害をもたらします。今回、コンスタンツ大学とマックス・プランク動物行動研究所の研究者たちは、これらの群れの組織化に関する画期的な知見を得て、長年信じられてきた定説を覆しました。革新的なバーチャルリアリティ技術を用いることで、科学者たちはサバクトビバッタの群れがこれまで想定されていたものとは根本的に異なる方法で組織化していることを実証しました。権威ある科学誌「サイエンス」に掲載されたこの研究は、既存の説明モデルを覆すものであり、サバクトビバッタの大量発生の予測と制御の精度向上に貢献する重要な知見を提供しています。.
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イナゴの大群現象とその世界的な重要性
サバクトビバッタ（Schistocerca gregaria）は、動物界における集団行動の最も印象的な例の一つです。飛べない幼虫（ニンフ）は、最初は孤立した個体として生活します。しかし、特定の条件下では、巨大な群れを形成し、渡りを始めます。しかも、目的もなく移動するのではなく、まるで中央集権的に制御されているかのように、協調的な動きをします。この巨大な群れは最大5000万個体にもなり、地球上で最大級の動物集団の一つとなっています。.
このようなバッタの大群の影響は壊滅的です。研究者たちは、世界人口の約10人に1人の生活を脅かしていると推定しています。具体的な例として、2019年から2020年にかけてアフリカの角で発生した大規模なバッタの大発生が挙げられます。この大発生は農業生産に壊滅的な打撃を与え、飢饉を引き起こしました。したがって、このような大群の形成と移動につながるメカニズムに関する科学的研究は、理論的な関心だけでなく、世界の食料安全保障にとって非常に重要な実践的意義を持っています。.
以前の理論：イナゴは「自走粒子」である
数十年にわたり、バッタの大群の集団行動は理論物理学の概念を用いて説明されてきました。このモデルでは、バッタは「自走する粒子」とみなされ、自らの位置と移動方向を隣接する個体と整合させます。この理論では、個体が隣接する個体と整合するだけで、群れ全体にわたって一貫した動きを生み出すことができると仮定しています。.
この従来の説明のもう一つの重要な要素は、動物の密度が無秩序な群集運動から秩序ある群集運動への移行において重要な要因であるという仮説でした。この仮説によれば、十分な数の動物が限られた空間に集まるとすぐに、協調的な運動への移行が始まります。この理論は非常に説得力があり、数十年にわたって動物界における集団運動を説明する標準モデルとして機能しました。.
興味深いことに、本研究にも参加しているイアン・カズン氏が率いる以前の研究は、イナゴの群がる行動について既に驚くべき知見をもたらしていました。彼のチームは、共食いがイナゴの移動行動の原動力となっている可能性があることを発見しました。イナゴは後ろから食べられないように前進するのです。この発見は、単なる物理的反応よりも複雑な行動が作用している可能性を示唆していました。.
革新的な研究アプローチ：バーチャルリアリティが群れの秘密を解き明かす。
イナゴの大群内での複雑な相互作用をより深く理解するため、コンスタンツ大学とマックス・プランク動物行動研究所のエクセレンス・クラスター「集団行動」のイアン・カズン率いる研究チームは、革新的なアプローチであるバーチャルリアリティ（VR）を採用しました。「移動する動物の群れにおける相互作用のメカニズムを解明することは、非常に困難です」とカズンは説明します。「個体は互いに影響を与え合い、同時に他の個体の行動からも影響を受け、複雑な相互作用を繰り広げているのです。」
この問題を解決するため、研究者たちは高度なVR装置を開発しました。生きたバッタを1匹ずつ、トレッドミルのような動くボールの上に配置し、自由に動けるようにしました。その周囲には、最大64匹のフォトリアリスティックな仮想バッタを投影し、本物のバッタが自然の群れの中にいるように錯覚させるようにしました。この革新的な方法により、生きたバッタが利用できる情報、つまり周囲に何匹の動物がいるのか、そしてどの方向に移動しているのかを正確に制御することが可能になりました。.
特に示唆に富む実験として、研究者たちは2つの仮想的な3次元の群れの間に本物のイナゴを配置しました。この実験設定により、イナゴがこれまで想定されていたように、実際に近隣のイナゴの行動に反応し、一体となった群れとして行動するかどうかを具体的に検証することができました。.
驚くべき結果：群集研究におけるパラダイムシフト
実験の結果は驚くべきもので、既存の理論を根本的に覆すものでした。研究者の予想に反して、実際のイナゴは大規模で均一な群れの一部として同じ方向に移動するのではなく、仮想の群れの一つに向かって向きを変え、まっすぐに進んでいったのです。.
この観察により、科学者たちは、いわゆる「視運動反応」（イナゴが感覚的な動きの印象に従う生来の反射）が、協調的な集団運動の原因ではないことを知りました。実際、研究者たちは、イナゴが近隣のイナゴの位置や移動方向を基準にしているという証拠は全く見つけられませんでした。.
「個々の動物は粒子ではありません」とイアン・カズンは説明する。「イナゴを、周囲の環境を観察し、それに基づいて次にどこへ行くかを決定する、認知能力を持ち行動する主体として捉えなければなりません。」研究者たちは現在、群れの形成はこれまで考えられていたよりもはるかに個々のイナゴに依存していると考えている。.
実験では、同じ方向に移動する2つの群れが隣に並んでいる場合でも、動物が共通の進路から逸脱することがあることも示されました。さらに、研究チームは、これまで考えられていたように、個体密度が群れ移動の引き金となることを示す証拠は見つけられませんでした。.
イナゴの害虫駆除における実践的影響
新たな発見は、広範囲にわたる実用的な意味合いを持つ。群集と移動の基本的なメカニズムをより深く理解することで、昆虫の行動を予測し、イナゴの大量発生に対抗するためのより効果的な戦略を開発できる可能性がある。.
イナゴの大群が推定10人に1人の生活を脅かしていることを考えると、この研究の重要性は計り知れません。2019年から2020年にかけてアフリカの角で発生したイナゴの大発生は、農作物の不作と飢饉を招き、壊滅的な被害をもたらしました。これは、予測と制御メカニズムの改善が緊急に必要であることを浮き彫りにしています。.
バッタが単なる物理的な粒子としてではなく、独自の意思決定プロセスを持つ個々の認知主体として行動するという認識は、群れを制御するための新たなアプローチを切り開きます。将来の戦略は、大規模な制御策だけに頼るのではなく、個々の意思決定プロセスを理解し、影響を与えることに重点を置くことになるでしょう。.
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今後の研究の方向性と「集団のビジュアルコンピューティングセンター」
これらの画期的な発見は、集団行動の新たな理解の始まりに過ぎません。この研究分野をさらに発展させるため、イアン・カズンはコンスタンツに「集団のビジュアルコンピューティングセンター」を設立しました。このセンターは、集団行動研究のための最新鋭施設の一つとなり、仮想ホログラフィック3D環境における動物の群れを観察し、その動きを分析します。.
並行して、カズン氏のチームは様々な動物種における空間的意思決定についても研究しています。PNASに掲載された最近の研究では、動物が環境の複雑さを、世界をたった2つの選択肢の間の連続的な意思決定へと縮小することでどのように処理しているかが示されています。これらの発見は、動物がどのように、そしてなぜそのように移動するのかを、基本的な幾何学原理によって説明できる可能性を示唆しており、このアプローチはイナゴの大群の理解にも応用できる可能性があります。.
集団行動研究における新時代
コンスタンツ大学とマックス・プランク動物行動研究所の研究者によるこの研究は、動物界における集団行動の理解における転換点となる。彼らは、長年確立されてきた「自己駆動粒子」理論に異議を唱えることで、バッタなどの動物を個体としての意思決定者と捉え、その集団行動は複雑な認知プロセスから生じるという新たな視点を切り開いた。.
革新的な仮想現実技術の活用が成功の鍵であることが証明されました。これにより、研究者はこれまで解明できなかった動物集団の複雑さを解明し、群れの組織化に関する根本的な洞察を得ることができました。これらの発見は、集団行動に関する理論的理解に革命をもたらすだけでなく、世界中の食糧安全保障を脅かすイナゴの大量発生に対抗するための実用的な解決策も提供する可能性があります。.
集団行動の分野での研究により、権威あるゴットフリート・ヴィルヘルム・ライプニッツ賞を既に受賞しているイアン・カズン氏のチームの研究は、生物学、コンピュータサイエンス、物理学の接点における学際研究の重要性を浮き彫りにしています。この研究は、現代の技術が、自然の魅力的な秘密を解き明かすと同時に、差し迫った地球規模の問題に対する実用的な解決策の開発にどのように貢献できるかを印象的に示しています。.
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