게시 : 2025 년 3 월 11 일 / 업데이트 : 2025 년 3 월 11 일 - 저자 : Konrad Wolfenstein
가상 현실과의 검은 색 및 떼 연구 : 독일 과학자들은 메뚜기 분석 - 이미지 : xpert.digital
VR 연구는 메뚜기의 새로운 구조를 보여줍니다
메뚜기의 혁신 : 장기 이론은 반박되었습니다
사막 메뚜기는 성서 시대에 끔찍한 명성을 얻었습니다. 최대 5 천만 명의 개인이있는 레이브로 인해이 유형의 곤충은 전적으로 맨손을 섭취하여 영양 안전을 위태롭게함으로써 치명적인 피해를 줄 수 있습니다. 이제 Konstanz 대학교의 연구원들과 Max Planck Behavioral Biology Institute of Behavioral Biology 연구원들은 이러한 떼의 조직에 대한 획기적인 지식을 얻었으며 수년간의 이론을 반박했습니다. 혁신적인 가상 현실 기술의 도움으로 과학자들은 메뚜기 떼가 이전에 가정했던 것과 근본적으로 다르다는 것을 보여줄 수있었습니다. 이 연구는 유명한 전문 저널“Science”에 발표 된 이전 설명 모델을 거꾸로 바꾸고 더 나은 예측과 메뚜기 전투에 기여할 수있는 중요한 통찰력을 제공합니다.
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메뚜기 현상과 그들의 세계적 의미
사막 메뚜기 (Schistocerca Gregaria)는 야생 동물에서 집단 행동의 가장 인상적인 예 중 하나입니다. 날아갈 수없는 비행, 따라서 말한 님프는 처음에는 현지 개인으로 살아갑니다. 그러나 특정 조건 하에서, 그들은 거대한 레이브를 형성하고 하이킹을 시작합니다. 이 거대한 곤충 집단은 최대 5 천만 마리의 동물을 포함 할 수 있으므로 지구상에서 가장 큰 동물 집단 중 하나를 나타냅니다.
그러한 메뚜기의 효과는 치명적입니다. 연구원들에 따르면, 그들은 전 세계적으로 열 번째 사람의 생계를 위협한다고합니다. 이에 대한 구체적인 예는 2019 년에서 2020 년 사이에 아프리카의 뿔에 거대한 메뚜기 전염병을 제공했으며, 이는 농업 생산을 황폐화시키고 기근을 촉발시켰다. 그러한 떼의 형성과 움직임으로 이어지는 메커니즘에 대한 과학적 연구는 이론적 관심뿐만 아니라 글로벌 영양 보안에 상당한 실질적인 중요성을 가지고있다.
이전 이론 : "자기 주도 입자"로서의 메뚜기
수십 년 동안 메뚜기의 집단적 행동은 이론 물리학의 개념의 도움으로 설명되었습니다. 이 모델에서 곤충은“자기 추진 참가자”(자체 중심 입자)로 간주되어 직계 이웃의 위치와 움직임 방향을 정렬합니다. 이 이론은 개인이 전체 떼를 가로 질러 일관된 움직임을 만들기 위해 직접 이웃과“줄로 들어가는 것만으로도 충분하다고 가정합니다.
이 이전 설명의 또 다른 중심 요소는 동물의 밀도가 무질서한 플로트 운동의 전이에 결정적인 요인이라는 가정이었습니다. 이 가설에 따르면, 조정 된 움직임으로의 전환은 제한된 공간에 동물이 충분히 있으 자마자 시작됩니다. 이 이론은 너무 설득력이있어서 수십 년 동안 야생 동물의 집단 운동을 설명하기위한 표준 모델로 봉사했습니다.
흥미롭게도, 현재 연구에 참여한 Iain Couzin이 이끄는 이전의 연구는 이미 메뚜기의 떼 행동에 대한 다른 놀라운 결과를 제공했습니다. 그의 팀은 식인 풍습이 하이킹 운동의 운전 요인이 될 수 있음을 발견했습니다. 메뚜기는 뒤에서 먹지 않도록 앞으로 나아갑니다. 이 실현은 이미 더 복잡한 행동이 단순한 물리적 반응보다 역할을 할 수 있음을 이미 나타 냈습니다.
혁신적인 연구 접근법 : 가상 현실은 무리의 비밀을 드러냅니다.
메뚜기의 크레딧에서 복잡한 상호 작용을 더 잘 이해하기 위해 Constance University의 우수성 집단 및 Max Planck Behavioral Biology Institute의 혁신적인 접근법 : Virtual Reality (VR)의 Iain Couzin과 관련된 연구팀. Couzin은“알려진 바와 같이, 동물의 이동식 그룹에서 상호 작용의 메커니즘을 인식하기는 어렵다”고 설명했다. "개인은 서로 영향을 미치며 복잡한 상호 작용에서 다른 사람들의 행동에 영향을받습니다."
이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 정교한 VR 설정을 개발했습니다. 개별 살아있는 잔디는 런닝 머신과 비슷한 움직일 수있는 공 위에 놓여서 자유롭게 움직일 수있었습니다. 그 주위에 과학자들은 최대 64 개의 사진 현실적인 가상 메뚜기를 투사하여 실제 곤충이 자연스러운 떼에 있다고 믿었습니다. 이 혁신적인 방법을 통해 연구원들은 살아있는 잔디에서 어떤 정보를 사용할 수 있었는지, 다른 동물의 주변에 있었는지, 어떤 방향이 있는지 정확하게 확인할 수있었습니다.
특히 공개 된 실험에서 연구원들은 두 가지 가상 3 차원 떼 사이에 실제 메뚜기를 배치했습니다. 이 시험 배열은 이전에 가정했던 것처럼 동물들이 실제로 직접 이웃의 행동에 반응하는지 여부를 테스트하고 균일 한 호감으로 그들과 함께 움직일 수 있었다.
놀라운 결과 : 무리 연구의 패러다임 전환
실험의 결과는 놀랍고 기본적으로 이전 이론에 의문을 제기했다. 연구원들의 기대와는 달리, 실제 메뚜기는 같은 방향으로 크고 균일 한 떼의 일부로 움직이지 않았습니다. 대신, 그들은 가상 떼 중 하나의 방향으로 돌리고 구체적으로 그들에게 달렸다.
이 관찰은 과학자들이 메뚜기가 운동의 감각적 인상을 따르는 타고난 반사 인 So -Called“Optomotor 반응”이 조정 된 집단 운동의 원인이 아니라는 것을 보여 주었다. 실제로, 연구원들은 메뚜기가 이웃을 기반으로 자신의 위치와 운동 방향을 정렬한다는 증거를 찾지 못했습니다.
Iain Couzin은“개별 동물은 입자가 아닙니다. "우리는 메뚜기를 주변 환경을 관찰하는인지적이고 연기적인 주제로보아야하며,이를 바탕으로 다음 위치에 결정을 내립니다." 연구원들은 이제 떼의 발달이 이전에 가정했던 것보다 각 개별 메뚜기에 훨씬 더 의존한다고 가정합니다.
실험은 또한 동물이 동일한 방향으로 달린 옆에 두 개의 떼가 있더라도 때때로 공동 코스에서 벗어 났음을 보여 주었다. 또한,이 팀은 이전에 가정 한 바와 같이 개인의 밀도가 떼 움직임의 유발 요인이라는 증거를 찾지 못했습니다.
메뚜기와 싸우는 데 실질적인 중요성
새로운 결과는 실질적인 영향을 많이 낳습니다. 떼 형성과 운동의 기본 메커니즘에 대한 이해는 곤충의 행동을 예측하고 잔디 범위와 싸우기위한보다 효과적인 전략을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.
메뚜기가 10 세대의 생계를 위협한다는 사실을 고려할 때,이 연구의 중요성을 과소 평가해서는 안됩니다. 2019 년에서 2020 년 사이에 아프리카의 뿔에 대한 메뚜기 전염병의 파괴적인 효과는 수확 실패와 기근으로 이어졌으며 더 나은 예측과 제어 메커니즘에 대한 긴급한 필요성을 보여줍니다.
메뚜기는 단순히 물리적 입자로서 작용하는 것이 아니라 자신의 결정 -제작 과정을 가진 개별인지 행위자로서, 황폐화를 제어하기위한 새로운 접근법이 열려 있다는 실현을 통해. 대규모 규모의 통제 조치에 독점적으로 의존하는 대신, 미래 전략은 개별 결정 제작 프로세스를 이해하고 영향을 미치는 데 도움이 될 수 있습니다.
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미래의 연구 방향과“집단의 시각적 컴퓨팅 센터”
획기적인 연구 결과는이 연구 영역을 더욱 발전시키기 위해 단체 행동에 대한 새로운 이해의 시작을 나타냅니다. 그룹 행동을 연구하기위한 가장 현대적인 시설 중 하나 인이 센터는 가상 홀로그램 3D 환경에서 동물 떼를 관찰하고 움직임을 분석하기위한 것입니다.
동시에 Couzin 주변의 팀은 다양한 동물 종에 대한 공간 결정을 연구합니다. 최근 PNA에 발표 된 연구에 따르면 동물이 두 가지 옵션 사이의 연속적인 결정으로 전 세계를 축소시켜 동물이 환경의 복잡성을 처리하는 방법을 보여줍니다. 이러한 발견은 기본 기하학적 원칙이 동물이하는 방식과 이유를 설명 할 수 있음을 나타냅니다.
집단 행동을 연구하는 새로운 시대
Konstanz 대학과 Max Planck Behavioral Biology Institute의 과학자들의 연구는 야생 동물의 집단 행동을 이해하는 데 전환점이됩니다. 오랫동안 설립 된“자기 중심의 입자”이론에 의문을 제기함으로써, 그들은 새로운 관점, 메뚜기 및 기타 동물을 개별 의사 결정자로서 개방적으로 개방하며, 그의 집단적 행동은 복잡한인지 과정에서 발생합니다.
혁신적인 가상 현실 기술의 사용은 성공의 열쇠로 입증되었습니다. 이를 통해 연구원들은 이전에 뚫을 수없는 동물 집단의 복잡성을 해독하고 무리의 조직에 대한 근본적인 통찰력을 얻을 수있었습니다. 이러한 발견은 집단 행동에 대한 이론적 이해를 혁신 할 수있을뿐만 아니라 전 세계적으로 영양 보안을 위협하는 메뚜기와 싸우기위한 실용적인 해결책을 제공 할 수있었습니다.
집단 행동 분야의 연구 분야에서 명백한 Gottfried Wilhelm Leibniz 상을 이미 수상한 Iain Couzin 주변의 팀의 작업은 생물학, 컴퓨터 과학 및 물리학 인터페이스에서 학제 간 연구의 중요성을 강조합니다. 현대 기술이 우리가 매혹적인 자연의 비밀을 해독하는 데 도움이되는 방법을 보여주고 동시에 글로벌 문제를 압박하기위한 실용적인 솔루션을 개발하는 방법을 보여줍니다.
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