Gepubliceerd op: 11 maart 2025 / UPDATE VAN: 11 maart 2025 - Auteur: Konrad Wolfenstein
Blackening en zwermonderzoek met virtual reality: Duitse wetenschappers analyseren sprinkhanen - beeld: xpert.Digital
VR -onderzoek onthult nieuwe structuren in sprinkhanen
Doorbraak in sprinkhanen: langdurige theorieën weerlegd
De woestijngroshopper heeft een angstaanjagende reputatie gehad voor bijbelse tijden. Met raves van maximaal 50 miljoen personen kan dit type insect verwoestende schade veroorzaken door hele gebieden van kale gebieden te eten en zo de voedingsveiligheid in te schakelen. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Konstanz en het Max Planck Institute for Behavioural Biology baanbrekende kennis opgedaan over de organisatie van deze zwermen en hebben ze vele jaren van theorieën weerlegd. Met behulp van innovatieve virtual reality -technologie konden de wetenschappers aantonen dat sprinkhanenzwermen fundamenteel anders zijn dan eerder aangenomen. Deze studie gepubliceerd in het gerenommeerde gespecialiseerde tijdschrift "Science" verandert eerdere verklarende modellen op zijn kop en biedt belangrijke inzichten die kunnen bijdragen aan de betere voorspelling en gevechten van sprinkhanen.
Geschikt hiervoor:
Het fenomeen van sprinkhanen en hun wereldwijde betekenis
Desert Grasshoppers (Schistocerca Gregaria) behoren tot de meest indrukwekkende voorbeelden van collectief gedrag in de natuur. De vlucht die niet kan vliegen, dus levende nimfen, leven aanvankelijk als lokale individuen. Onder bepaalde omstandigheden komen ze echter samen om enorme raves te vormen en beginnen te wandelen - niet doelloos, maar in een gecoördineerde beweging, alsof ze centraal werden gecontroleerd. Deze enorme insectencollectieven kunnen maximaal 50 miljoen dieren omvatten en dus een van de grootste dierencollectieven in onze planeet vertegenwoordigen.
De effecten van dergelijke sprinkhanen zijn verwoestend. Volgens de onderzoekers bedreigen ze het levensonderhoud van rond elke tiende persoon wereldwijd. Een concreet voorbeeld hiervan zorgde voor de enorme sprinkhaanplaag op de Hoorn van Afrika tussen 2019 en 2020, die de landbouwproductie verwoestte en een hongersnood veroorzaakte. Het wetenschappelijk onderzoek naar de mechanismen die leiden tot de vorming en beweging van dergelijke zwermen is daarom niet alleen van theoretisch belang, maar heeft ook veel praktisch belang voor de wereldwijde voedingsveiligheid.
De vorige theorie: sprinkhanen als een "zelfgestuurd deeltje"
Al tientallen jaren is het collectieve gedrag van sprinkhanen uitgelegd met behulp van een concept uit theoretische fysica. In dit model worden de insecten gezien als "zelfrijdende deelnemers" (zelfgestuurde deeltjes), die hun posities en bewegingsrichtingen op hun directe buren afstemmen. Deze theorie veronderstelt dat het voldoende is als de individuen alleen "op een rij staan" met hun directe buren om een coherente beweging over de hele zwerm te creëren.
Een ander centraal element van deze eerdere verklaring was de veronderstelling dat de dichtheid van de dieren een beslissende factor is voor de overgang van ongeordende vlotterbeweging. Volgens deze hypothese begint de overgang naar een gecoördineerde beweging zodra er genoeg dieren in een beperkte ruimte zijn. Deze theorie leek zo overtuigend dat het tientallen jaren diende als een standaardmodel voor het uitleggen van collectieve bewegingen in de natuur.
Interessant is dat eerder onderzoek onder leiding van Iain Couzin, die ook betrokken is bij de huidige studie, al andere verrassende bevindingen had gegeven over het zwermgedrag van sprinkhanen. Zijn team ontdekte dat kannibalisme een drijvende factor zou kunnen zijn voor de wandelbewegingen - de sprinkhanen gaan vooruit om niet van achteren te worden gegeten. Dit besef gaf al aan dat meer complexe gedrag een rol zou kunnen spelen dan louter fysieke reacties.
De innovatieve onderzoeksbenadering: virtual reality onthult de geheimen van de zwerm
Om de complexe interacties in de aftiteling van de sprinkhaan beter te begrijpen, is het onderzoeksteam rond Iain Couzin van het Cluster of Excellence Collective aan de Universiteit van Constance en het Max Planck Instituut voor gedragsbiologie op een revolutionaire aanpak: Virtual Reality (VR). "Zoals bekend, is het moeilijk om de mechanismen van interactie in mobiele groepen dieren te herkennen", legt Couzines uit. "De individuen beïnvloeden elkaar en worden ook beïnvloed door het gedrag van de anderen, in een complex samenspel."
Om dit probleem op te lossen, ontwikkelden de onderzoekers een geavanceerde VR -opstelling. Individuele levende grassen werden op een beweegbare bal geplaatst, vergelijkbaar met een loopband zodat ze vrij konden bewegen. Om hen heen projecteerden de wetenschappers tot 64 foto -realistische virtuele sprinkhanen, zodat de echte insecten geloofden dat ze in een natuurlijke zwerm waren. Deze innovatieve methode stelde onderzoekers in staat om precies te controleren welke informatie uit het levende gras beschikbaar was - hoeveel andere dieren waren er in hun omgeving en in welke richting ze waren.
In een bijzonder onthullend experiment plaatsten de onderzoekers echte sprinkhanen tussen twee virtuele, drie -dimensionale zwermen. Deze testopstelling stelde hen in staat om te testen of de dieren daadwerkelijk reageren op het gedrag van hun directe buren, zoals eerder aangenomen, en zouden met hen als een uniforme verliefdheid bewegen.
Verrassende resultaten: een paradigmaverschuiving in zwermonderzoek
De resultaten van de experimenten waren verrassend en betwijfelden de vorige theorie fundamenteel. In tegenstelling tot de verwachting van de onderzoekers, bewogen de echte sprinkhanen niet als onderdeel van een grote, uniforme zwerm in dezelfde richting. In plaats daarvan draaiden ze in de richting van een van de virtuele zwermen en liepen ze specifiek naar hen toe.
Deze observatie liet de wetenschappers zien dat de zo -aangedane "optomotorische reactie" - een aangeboren reflex die ervoor zorgt dat sprinkhanen de sensorische indrukken van beweging volgen - niet de oorzaak is van de gecoördineerde collectieve beweging. In feite vonden de onderzoekers geen bewijs dat sprinkhanen hun positie en bewegingsrichting op basis van hun buren afstemmen.
"Individuele dieren zijn geen deeltjes", legt Iain couzin uit. "We moeten de sprinkhanen zien als cognitieve, waarnemende onderwerpen die hun omgeving waarnemen en, op basis hiervan, hun beslissingen nemen waar ze naartoe gaan." De onderzoekers gaan er nu van uit dat de ontwikkeling van een zwerm veel meer afhankelijk is van elke individuele sprinkhaan dan eerder aangenomen.
De experimenten toonden ook aan dat de dieren soms van de gezamenlijke koers afwijken, zelfs als ze twee zwermen naast hen hadden die in dezelfde richting liepen. Bovendien vond het team geen bewijs dat de dichtheid van individuen, zoals eerder werd aangenomen, de triggerende factor was voor de zwermbeweging.
Praktisch belang voor het bestrijden van sprinkhanen
De nieuwe bevindingen hebben veel praktische implicaties. Een beter begrip van de fundamentele mechanismen van zwermvorming en beweging kan helpen om het gedrag van de insecten te voorspellen en effectievere strategieën te ontwikkelen om grasbereiken te bestrijden.
Gezien het feit dat sprinkhanen het levensonderhoud van alle tiende mensen bedreigen, moet het belang van dit onderzoek niet worden onderschat. De verwoestende effecten van de sprinkhaanplaag op de Hoorn van Afrika tussen 2019 en 2020, die hebben geleid tot oogstfouten en hongersnoden, illustreren de dringende behoefte aan betere voorspellings- en controlemechanismen.
Door het besef dat sprinkhanen niet alleen als een fysiek deeltje fungeren, maar als individuele cognitieve actoren met hun eigen beslissingsprocessen, nieuwe benaderingen om de verwoestingen te beheersen. In plaats van uitsluitend te vertrouwen op grootschalige controlemaatregelen, kunnen toekomstige strategieën worden gericht op het begrijpen en beïnvloeden van de individuele beslissingsprocessen.
Geschikt hiervoor:
Toekomstige onderzoeksrichtingen en het "Center for Visual Computing of Collective"
De baanbrekende bevindingen vertegenwoordigen alleen het begin van een nieuw begrip van collectief gedrag. Om dit onderzoeksgebied verder te bevorderen, heeft Iain Couzin in Constance het "Center for Visual Computing of Collective" geïnitieerd. Dit centrum, dat een van de modernste faciliteiten zal zijn voor het onderzoeken van groepsgedrag, is bedoeld om dierenzwermen in virtuele holografische 3D -omgevingen te observeren en hun bewegingen te analyseren.
Tegelijkertijd onderzoekt het team rond Couzin ook een ruimtelijke beslissing -het maken van verschillende diersoorten. Een studie die onlangs in PNA's is gepubliceerd, laat zien hoe dieren de complexiteit van hun omgeving verwerken door de wereld te reduceren tot opeenvolgende beslissingen tussen slechts twee opties. Deze bevindingen geven aan dat basisgeometrische principes kunnen verklaren hoe en waarom dieren bewegen zoals ze doen - een aanpak die ook kan worden toegepast op het begrip van sprinkhanen.
Een nieuw tijdperk in het onderzoeken van collectief gedrag
Het onderzoek van de wetenschappers van de Universiteit van Konstanz en het Max Planck Institute for Behavioral Biology markeert een keerpunt in het begrijpen van collectief gedrag in de natuur. Door de lang gevestigde theorie van "zelfgestuurde deeltjes" in twijfel te trekken, openen ze een nieuw perspectief, de sprinkhanen en andere dieren als individuele besluitvormers, wiens collectief gedrag het gevolg is van complexe cognitieve processen.
Het gebruik van innovatieve virtual reality -technologie is de sleutel tot succes gebleken. Het stelde de onderzoekers in staat om de eerder ondoordringbare complexiteit van dierencollectieven te ontcijferen en fundamentele inzichten te krijgen in de organisatie van zwermen. Deze bevindingen kunnen niet alleen een revolutie teweegbrengen in ons theoretische begrip van collectief gedrag, maar bieden ook praktische oplossingen voor het bestrijden van sprinkhanen die de voedingsveiligheid wereldwijd bedreigen.
Het werk van het team rond Iain Couzin, dat al de prestigieuze Gottfried Wilhelm Leibniz -prijs heeft gekregen voor zijn onderzoek op het gebied van collectief gedrag, onderstreept het belang van interdisciplinair onderzoek op de interface van biologie, informatica en fysica. Het laat indrukwekkend zien hoe moderne technologieën ons kunnen helpen om de fascinerende geheimen van de natuur te ontcijferen en tegelijkertijd praktische oplossingen te ontwikkelen voor het aandringen van wereldwijde problemen.
Geschikt hiervoor:
Uw wereldwijde partner voor marketing en bedrijfsontwikkeling
☑️ onze zakelijke taal is Engels of Duits
☑️ Nieuw: correspondentie in uw nationale taal!
Konrad Wolfenstein
Ik ben blij dat ik beschikbaar ben voor jou en mijn team als een persoonlijk consultant.
U kunt contact met mij opnemen door het contactformulier hier in te vullen of u gewoon te bellen op +49 89 674 804 (München) . Mijn e -mailadres is: Wolfenstein ∂ Xpert.Digital
Ik kijk uit naar ons gezamenlijke project.
