Gepubliceerd op: 11 maart 2025 / Bijgewerkt op: 11 maart 2025 – Auteur: Konrad Wolfenstein
Zwermintelligentie en zwermenonderzoek met virtual reality: Duitse wetenschappers analyseren sprinkhanenzwermen – Afbeelding: Xpert.Digital
VR-onderzoek onthult nieuwe structuren in sprinkhanenzwermen.
Doorbraak in sprinkhanenonderzoek: lang bestaande theorieën weerlegd
De woestijnsprinkhaan heeft al sinds bijbelse tijden een angstaanjagende reputatie. Met zwermen van wel 50 miljoen individuen kan deze insectensoort enorme schade aanrichten door hele regio's te verwoesten en zo de voedselzekerheid in gevaar te brengen. Onderzoekers van de Universiteit van Konstanz en het Max Planck Instituut voor Diergedrag hebben nu baanbrekende inzichten verkregen in de organisatie van deze zwermen, waarmee ze lang bestaande theorieën ontkrachten. Met behulp van innovatieve virtual reality-technologie konden de wetenschappers aantonen dat sprinkhanenzwermen zich fundamenteel anders organiseren dan voorheen werd aangenomen. Deze studie, gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift "Science", zet bestaande verklarende modellen op hun kop en biedt belangrijke inzichten die kunnen bijdragen aan een betere voorspelling en bestrijding van sprinkhanenplagen.
Geschikt hiervoor:
Het fenomeen van sprinkhanenplagen en hun wereldwijde betekenis
Woestijnsprinkhanen (Schistocerca gregaria) behoren tot de meest indrukwekkende voorbeelden van collectief gedrag in het dierenrijk. De jonge insecten, nimfen genaamd, kunnen niet vliegen en leven aanvankelijk als geïsoleerde individuen. Onder bepaalde omstandigheden verzamelen ze zich echter in enorme zwermen en beginnen ze te migreren – niet doelloos, maar in een gecoördineerde beweging, alsof ze centraal worden aangestuurd. Deze enorme insectenzwermen kunnen tot wel 50 miljoen individuen tellen, waardoor ze een van de grootste dierencollectieven op onze planeet vormen.
De gevolgen van dergelijke sprinkhanenplagen zijn verwoestend. Onderzoekers schatten dat ze de bestaanszekerheid van ongeveer één op de tien mensen wereldwijd bedreigen. Een concreet voorbeeld hiervan was de massale sprinkhanenplaag in de Hoorn van Afrika tussen 2019 en 2020, die de landbouwproductie verwoestte en een hongersnood veroorzaakte. Wetenschappelijk onderzoek naar de mechanismen die leiden tot de vorming en verspreiding van dergelijke zwermen is daarom niet alleen van theoretisch belang, maar heeft ook een aanzienlijke praktische betekenis voor de wereldwijde voedselzekerheid.
De vorige theorie: sprinkhanen als "zelfaangedreven deeltjes".
Het collectieve gedrag van sprinkhanenzwermen wordt al decennialang verklaard met behulp van een concept uit de theoretische natuurkunde. In dit model worden de insecten beschouwd als "zelfaangedreven deeltjes" die hun positie en bewegingsrichting afstemmen op die van hun directe buren. Deze theorie gaat ervan uit dat het voldoende is dat individuen zich alleen maar afstemmen op hun directe buren om een samenhangende beweging door de hele zwerm te genereren.
Een ander belangrijk element van deze eerdere verklaring was de aanname dat de dierdichtheid een cruciale factor is in de overgang van ongeordende naar geordende zwermbeweging. Volgens deze hypothese begint de overgang naar gecoördineerde beweging zodra er voldoende dieren in een beperkte ruimte samenkomen. Deze theorie leek zo overtuigend dat ze decennialang als standaardmodel diende voor het verklaren van collectieve bewegingen in het dierenrijk.
Interessant genoeg had eerder onderzoek onder leiding van Iain Couzin, die ook bij de huidige studie betrokken is, al andere verrassende inzichten opgeleverd in het zwermgedrag van sprinkhanen. Zijn team ontdekte dat kannibalisme een drijvende kracht zou kunnen zijn achter hun migratiebewegingen – de sprinkhanen bewegen zich voorwaarts om te voorkomen dat ze van achteren worden opgegeten. Deze bevinding suggereerde al dat er complexere gedragingen dan louter fysieke reacties een rol zouden kunnen spelen.
De innovatieve onderzoeksaanpak: Virtual Reality onthult de geheimen van de zwerm.
Om de complexe interacties binnen sprinkhanenzwermen beter te begrijpen, heeft het onderzoeksteam onder leiding van Iain Couzin van het Excellentiecluster "Collectief Gedrag" aan de Universiteit van Konstanz en het Max Planck Instituut voor Diergedrag een revolutionaire aanpak gebruikt: virtual reality (VR). "Het is notoir moeilijk om de interactiemechanismen in mobiele diergroepen te doorgronden", legt Couzin uit. "Individuen beïnvloeden elkaar en worden tegelijkertijd beïnvloed door het gedrag van anderen, in een complex samenspel."
Om dit probleem op te lossen, ontwikkelden de onderzoekers een geavanceerde VR-opstelling. Individuele levende sprinkhanen werden op een bewegende bal geplaatst, vergelijkbaar met een loopband, waardoor ze zich vrij konden bewegen. Rondom hen projecteerden de wetenschappers tot wel 64 fotorealistische virtuele sprinkhanen, zodat de echte insecten dachten dat ze zich in een natuurlijke zwerm bevonden. Deze innovatieve methode stelde de onderzoekers in staat om nauwkeurig te bepalen welke informatie de levende sprinkhaan te zien kreeg: hoeveel andere dieren er in de buurt waren en in welke richting ze bewogen.
In een bijzonder onthullend experiment plaatsten de onderzoekers echte sprinkhanen tussen twee virtuele, driedimensionale zwermen. Deze experimentele opstelling stelde hen in staat om specifiek te testen of de dieren daadwerkelijk zouden reageren op het gedrag van hun directe buren, zoals eerder werd aangenomen, en zich als een verenigde zwerm met hen zouden verplaatsen.
Verrassende resultaten: een paradigmaverschuiving in zwermenonderzoek
De resultaten van de experimenten waren verrassend en brachten de bestaande theorie fundamenteel in twijfel. In tegenstelling tot de verwachtingen van de onderzoekers bewogen de echte sprinkhanen zich niet in dezelfde richting als onderdeel van een grote, uniforme zwerm. In plaats daarvan draaiden ze zich naar een van de virtuele zwermen en bewogen zich er rechtstreeks naartoe.
Deze observatie liet wetenschappers zien dat de zogenaamde "optomotorische respons"—een aangeboren reflex waardoor sprinkhanen de zintuiglijke indrukken van beweging volgen—niet de oorzaak is van de gecoördineerde collectieve beweging. Sterker nog, de onderzoekers vonden geen enkel bewijs dat sprinkhanen hun positie en bewegingsrichting afstemmen op die van hun buren.
"Individuele dieren zijn geen deeltjes," legt Iain Couzin uit. "We moeten de sprinkhanen beschouwen als cognitieve, handelende subjecten die hun omgeving observeren en op basis daarvan beslissingen nemen over waar ze naartoe gaan." De onderzoekers gaan er nu van uit dat de vorming van een zwerm veel meer afhangt van elke individuele sprinkhaan dan eerder werd gedacht.
De experimenten toonden ook aan dat de dieren soms afweken van de gebruikelijke route, zelfs wanneer er twee zwermen naast hen bewogen in dezelfde richting. Bovendien vond het team geen bewijs dat de dichtheid van individuen, zoals eerder werd aangenomen, de trigger is voor zwermgedrag.
Praktische implicaties voor de bestrijding van sprinkhanenplagen
De nieuwe bevindingen hebben verstrekkende praktische implicaties. Een beter begrip van de fundamentele mechanismen van zwermen en beweging kan helpen bij het voorspellen van insectengedrag en het ontwikkelen van effectievere strategieën voor de bestrijding van sprinkhanenplagen.
Gezien het feit dat sprinkhanenplagen naar schatting één op de tien mensen in hun levensonderhoud voorzien, kan het belang van dit onderzoek niet genoeg benadrukt worden. De verwoestende impact van de sprinkhanenplaag in de Hoorn van Afrika tussen 2019 en 2020, die leidde tot misoogsten en hongersnoden, onderstreept de dringende noodzaak van betere voorspellings- en bestrijdingsmechanismen.
Het besef dat sprinkhanen niet simpelweg als fysieke deeltjes fungeren, maar als individuele, cognitieve agenten met hun eigen besluitvormingsprocessen, opent nieuwe mogelijkheden voor de bestrijding van zwermen. In plaats van uitsluitend te vertrouwen op grootschalige bestrijdingsmaatregelen, zouden toekomstige strategieën zich meer kunnen richten op het begrijpen en beïnvloeden van individuele besluitvormingsprocessen.
Geschikt hiervoor:
Toekomstige onderzoeksrichtingen en het "Centrum voor Visuele Computering van Collectieven"
Deze baanbrekende bevindingen vormen slechts het begin van een nieuw begrip van collectief gedrag. Om dit onderzoeksgebied verder te ontwikkelen, heeft Iain Couzin het "Centrum voor Visuele Computering van Collectieven" in Konstanz opgericht. Dit centrum, dat tot de modernste faciliteiten voor onderzoek naar groepsgedrag zal behoren, zal dierenzwermen observeren in virtuele holografische 3D-omgevingen en hun bewegingen analyseren.
Parallel daaraan onderzoekt het team van Couzin ook ruimtelijke besluitvorming bij verschillende diersoorten. Een recente studie, gepubliceerd in PNAS, laat zien hoe dieren de complexiteit van hun omgeving verwerken door de wereld te reduceren tot opeenvolgende beslissingen tussen slechts twee opties. Deze bevindingen suggereren dat fundamentele geometrische principes kunnen verklaren hoe en waarom dieren zich bewegen zoals ze doen – een benadering die mogelijk ook kan worden toegepast om sprinkhanenplagen te begrijpen.
Een nieuw tijdperk in de studie van collectief gedrag.
Het onderzoek van wetenschappers van de Universiteit van Konstanz en het Max Planck Instituut voor Diergedrag markeert een keerpunt in het begrip van collectief gedrag in het dierenrijk. Door de aloude theorie van 'zelfsturende deeltjes' ter discussie te stellen, openen ze een nieuw perspectief waarin sprinkhanen en andere dieren worden gezien als individuele besluitvormers wier collectief gedrag voortkomt uit complexe cognitieve processen.
Het gebruik van innovatieve virtual reality-technologie is cruciaal gebleken voor het succes. Het heeft onderzoekers in staat gesteld de voorheen ondoorgrondelijke complexiteit van dierlijke collectieven te ontcijferen en fundamentele inzichten te verkrijgen in de organisatie van zwermen. Deze bevindingen zouden niet alleen ons theoretisch begrip van collectief gedrag kunnen revolutioneren, maar ook praktische oplossingen kunnen bieden voor de bestrijding van sprinkhanenplagen die de voedselzekerheid wereldwijd bedreigen.
Het werk van het team van Iain Couzin, die al de prestigieuze Gottfried Wilhelm Leibniz-prijs heeft ontvangen voor zijn onderzoek op het gebied van collectief gedrag, onderstreept het belang van interdisciplinair onderzoek op het snijvlak van biologie, informatica en natuurkunde. Het laat op indrukwekkende wijze zien hoe moderne technologieën ons kunnen helpen de fascinerende geheimen van de natuur te ontrafelen en tegelijkertijd praktische oplossingen te ontwikkelen voor urgente wereldproblemen.
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.
