公開：2025年3月11日 /更新：2025年3月11日 - 著者： Konrad Wolfenstein
バーチャルリアリティを使用した黒ずみと群れの研究：ドイツの科学者がバッタを分析する - 画像：xpert.digital
VRの研究は、バッタの新しい構造を明らかにしています
バッタのブレークスルー：長期理論が反論しました
砂漠のバッタは、聖書の時代に恐ろしい評判を持っています。最大5,000万人の個人の絶賛により、このタイプの昆虫は、裸の領域全体を食べ、したがって栄養の安全性を危険にさらすことにより、壊滅的な損傷を引き起こす可能性があります。現在、コンスタンツ大学とMax Planck Institute for Behavioral Biologyの研究者は、これらの群れの組織について画期的な知識を得ており、長年の理論を反論しています。革新的なバーチャルリアリティテクノロジーの助けを借りて、科学者は、草原の群れが以前に想定されていたものと根本的に異なることを実証することができました。有名なスペシャリストジャーナル「科学」に掲載されたこの研究は、以前の説明モデルを逆さまにして、グラスホッパーのより良い予測と戦闘に貢献できる重要な洞察を提供します。
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バッタの現象とそのグローバルな意味
砂漠のグラスホッパー（Schistocerca Gregaria）は、野生生物における集団行動の最も印象的な例の1つです。飛ぶことができない飛行は、最初は地元の個人として生きているニンフを呼びました。しかし、特定の条件下では、彼らは集まって巨大な絶賛を形成し、ハイキングを開始します - あてもなく、協調的な動きでは、まるで中央に制御されているかのように。これらの巨大な昆虫集団には、最大5,000万匹の動物が含まれているため、私たちの惑星で最大の動物集団の1つを表しています。
そのようなバッタの効果は壊滅的です。研究者によると、彼らは世界中の10人の周りの生計を脅かしています。これの具体的な例は、2019年から2020年の間にアフリカの角の大規模なバッパーペストを提供し、農業生産を荒廃させ、飢amineを引き起こしました。したがって、そのような群れの形成と動きにつながるメカニズムの科学的研究は、理論的な関心だけでなく、グローバルな栄養セキュリティにとってかなりの実用的な重要性を持っています。
前の理論：「自己主導の粒子」としてのバッタ
何十年もの間、Grasshoppersの集合的な行動は、理論物理学の概念の助けを借りて説明されてきました。このモデルでは、昆虫は「自発的な参加者」（自己主導の粒子）と見なされており、近隣の動きの位置と方向を合わせています。この理論は、個人が群れ全体に首尾一貫した動きを作成するために、直接隣人と「列に並ぶ」だけなら十分であると仮定しています。
この以前の説明のもう1つの中心的な要素は、動物の密度が無秩序なフロート運動の移行の決定的な因子であるという仮定でした。この仮説によれば、協調的な動きへの移行は、限られた空間に十分な動物があるとすぐに始まります。この理論は、野生生物の集合運動を説明するための標準的なモデルとして何十年もの間役立ったほど説得力があるように見えました。
興味深いことに、現在の研究にも関与しているIain Couzinが率いる以前の研究は、Grasshoppersの群れの行動に関する他の驚くべき発見をすでに提供していました。彼のチームは、共食いがハイキングの動きの駆動要因である可能性があることを発見しました - バッタは後ろから食べられないように前進します。この実現は、すでに複雑な行動が単なる身体的反応よりも役割を果たすことができることをすでに示しています。
革新的な研究アプローチ：仮想現実は群れの秘密を明らかにします
グラスホッパーのクレジットの複雑な相互作用をよりよく理解するために、コンスタンツ大学のエクセレンスコレクティブクラスターのイアンクージン周辺の研究チームと、革新的なアプローチに関するマックスプランク行動学研究所：仮想現実（VR）。 「知られているように、動物のモバイルグループにおける相互作用のメカニズムを認識することは困難です」とクージンは説明します。 「個人は互いに影響を与え、複雑な相互作用において、他人の行動の影響を受けます。」
この問題を解決するために、研究者は洗練されたVRセットアップを開発しました。個々の生きている草は、自由に動くことができるように、トレッドミルと同様に、可動式のボールに置かれました。彼らの周りでは、科学者は最大64の写真 - 現実的な仮想バッタを投影したので、本当の昆虫は彼らが自然な群れにいると信じていました。この革新的な方法により、研究者は、生きている草からのどの情報が利用可能であるか、周囲に他の動物が何匹いるか、どの方向にあるかを正確に確認することができました。
特に明らかな実験では、研究者は2つの仮想、3次元の群れの間に本物のバッタを配置しました。このテストの配置により、動物は以前に想定されていたように、動物が直接的な隣人の挙動に実際に反応するかどうかをテストすることができ、均一なクラッシュとして彼らと一緒に動くでしょう。
驚くべき結果：群れ研究のパラダイムシフト
実験の結果は驚くべきものであり、根本的に以前の理論に疑問を呈した。研究者の期待に反して、実際のバッタは同じ方向に大きく均一な群れの一部として動きませんでした。代わりに、彼らは仮想の群れの1つの方向に向きを変え、特にそれらに走りました。
この観察結果は、科学者に、So -Caltedの「眼鏡反応」（Grasshoppersが動きの感覚的印象に従う原因となる生来の反射）が、協調的な集団運動の原因ではないことを示しました。実際、研究者たちは、バッタが隣人に基づいて自分の位置と動きの方向を整列させるという証拠を見つけませんでした。
「個々の動物は粒子ではありません」とイアン・クージンは説明します。 「私たちは、バッタを、周囲を観察し、これに基づいて、次に進む決定を下す認知的で演技する主題として見なければなりません。」研究者は現在、群れの開発は、以前に想定されていたよりも個々のバッタに大きく依存していると想定しています。
実験はまた、動物が同じ方向に走った2つの群れが隣に2つの群れがあったとしても、時々共同コースから逸脱することを示しました。さらに、チームは、以前に想定されていたように、個人の密度が群れの動きのトリガー因子であるという証拠を発見しなかった。
バッタとの闘いにおける実際的に重要です
新しい調査結果には、はるかに実用的な意味があります。群れの形成と動きの基本的なメカニズムをよりよく理解することは、昆虫の行動を予測し、草の範囲と戦うためのより効果的な戦略を開発するのに役立ちます。
グラスホッパーが10人全員の生計を脅かすという事実を考慮して、この研究の重要性は過小評価されるべきではありません。 2019年から2020年までの間にアフリカの角に及ぼすバッパーペストの壊滅的な効果は、収穫の故障と飢amineにつながったため、より良い予測と制御メカニズムの緊急の必要性を示しています。
Grasshoppersは単に物理的な粒子として機能するのではなく、独自の決定プロセスを持つ個々の認知俳優として、破壊を制御するための新しいアプローチが開かれるという認識を通して。大規模な制御対策にのみ依存するのではなく、将来の戦略は、個々の意思決定プロセスの理解と影響に対応することができます。
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将来の研究の方向性と「集団の視覚的コンピューティングセンター」
画期的な調査結果は、この研究分野をさらに前進させるために、集団行動の新たな理解の始まりのみを表しています。グループの行動を研究するための最も近代的な施設の1つであるこのセンターは、仮想ホログラフィック3D環境で動物の群れを観察し、その動きを分析することを目的としています。
同時に、クージン周辺のチームは、さまざまな動物種の空間決定を研究しています。 PNASで最近発表された調査では、動物が世界を2つの選択肢の間の連続した決定に減らすことにより、環境の複雑さをどのように処理するかを示しています。これらの発見は、基本的な幾何学的原理が動物がどのように、そしてなぜ動くのかを説明できることを示しています。
集団行動を研究する際の新しい時代
コンスタンツ大学とマックスプランク行動研究所の科学者の研究は、野生生物の集団行動を理解する際の転換点を示しています。 「自己主導の粒子」の長年にわたって確立された理論に疑問を呈することにより、それらは、複雑な認知プロセスから集合的な行動が生じる個々の意思決定者として、新しい視点、バッタ、その他の動物を個々の意思決定者として開きます。
革新的な仮想現実技術の使用は、成功の鍵であることが証明されています。これにより、研究者は、以前に侵入できなかった動物集団の複雑さを解読し、群れの組織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、集団行動の理論的理解に革命をもたらすだけでなく、世界中の栄養セキュリティを脅かすグラスファーと戦うための実用的なソリューションを提供することもできます。
Iain Couzin周辺のチームの仕事は、集団行動の分野での研究で名誉あるGottfried Wilhelm Leibniz賞をすでに授与されており、生物学、コンピューターサイエンス、物理学のインターフェースで学際的な研究の重要性を強調しています。それは、現代のテクノロジーが自然の魅力的な秘密を解読し、同時に世界的な問題を押すための実用的なソリューションを開発するのにどのように役立つかを印象的に示しています。
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