Opublikowano: 11 marca 2025 / Aktualizacja od: 11 marca 2025 r. - Autor: Konrad Wolfenstein
Badanie zaczernienia i roju wirtualną rzeczywistością: Niemieccy naukowcy analizują koniki polne - obraz: xpert.digital
VR Research ujawnia nowe struktury na koniku polnych
Przełom na koniku polnych: teorie długoterminowe odrzucone
Pustynna konika polna miał przerażającą reputację czasów biblijnych. Z entuzjazmem do 50 milionów osób, ten rodzaj owada może powodować niszczycielskie uszkodzenia, jedząc całe obszary gołego, a tym samym narażające się na bezpieczeństwo żywieniowe. Teraz naukowcy z University of Konstanz i Max Planck Institute for Behavioural Biology zyskali przełomową wiedzę na temat organizacji tych rojów i odrzucili wiele lat teorii. Z pomocą innowacyjnej technologii wirtualnej rzeczywistości naukowcy byli w stanie wykazać, że roj na konikę polowaną są zasadniczo różne niż wcześniej zakładane. Badanie to opublikowane w słynnym czasopiśmie specjalistycznym „Science” odwraca poprzednie modele wyjaśniające do góry nogami i zapewnia ważne spostrzeżenia, które mogłyby przyczynić się do lepszej prognozy i walki z koniunktu.
Nadaje się do:
Zjawisko koników polnych i ich globalne znaczenie
Pustynne koniki polne (Schistocerca gregaria) należą do najbardziej imponujących przykładów zbiorowych zachowań w dzikiej przyrody. Lot, który nie jest w stanie latać, więc nazywane nimfy, początkowo żyją jako lokalne osoby. Jednak pod pewnymi warunkami spotykają się, aby stworzyć ogromne zachwyty i zaczynają wędrować - nie bez celu, ale w skoordynowanym ruchu, tak jakby były kontrolowane centralnie. Te ogromne kolektywy owadów mogą obejmować do 50 milionów zwierząt, a zatem reprezentują jeden z największych kolektywów zwierząt na naszej planecie.
Efekty takich koników polnych są druzgocące. Według naukowców zagrażają utrzymaniu około dziesiątej osoby na całym świecie. Betonowy przykład tego dostarczył masywnej plagi koniki polnej na rogu Afryki w latach 2019–2020, co zdewastowało produkcję rolną i wywołała głód. Badania naukowe mechanizmów prowadzących do tworzenia i przemieszczania takich rojeków mają zatem nie tylko zainteresowanie teoretyczne, ale także mają znaczące praktyczne znaczenie dla globalnego bezpieczeństwa żywieniowego.
Poprzednia teoria: koniki polne jako „samozwańcza cząsteczka”
Przez dziesięciolecia zbiorowe zachowanie koników polnych zostało wyjaśnione za pomocą koncepcji fizyki teoretycznej. W tym modelu owady są postrzegane jako „uczestnicy samobieżni” (cząsteczki napędzane samoobsługami), które wyrównują swoje pozycje i kierunki ruchu na swoich bezpośrednich sąsiadach. Teoria ta zakłada, że wystarczy, jeśli jednostki tylko „dostają się do rządu” ze swoimi bezpośrednimi sąsiadami, aby stworzyć spójny ruch w całym roju.
Kolejnym centralnym elementem tego poprzedniego wyjaśnienia było założenie, że gęstość zwierząt jest decydującym czynnikiem przejścia nieuporządkowanego ruchu pływaka. Zgodnie z tą hipotezą rozpoczyna się przejście do skoordynowanego ruchu, gdy tylko w ograniczonej przestrzeni jest wystarczająca ilość zwierząt. Teoria ta wydawała się tak przekonująca, że przez dziesięciolecia służyła jako standardowy model wyjaśniania zbiorowych ruchów w dzikiej przyrody.
Co ciekawe, wcześniejsze badania prowadzone przez Iaina Coezina, który jest również zaangażowany w bieżące badanie, dostarczyły już innych zaskakujących ustaleń dotyczących zachowania roju polnych. Jego zespół odkrył, że kanibalizm może być czynnikiem napędzającym ruchy turystyczne - koniki polne idą naprzód, aby nie jeść od tyłu. Ta realizacja wskazała już, że bardziej złożone zachowanie może odgrywać rolę niż zwykłe reakcje fizyczne.
Innowacyjne podejście badawcze: rzeczywistość wirtualna ujawnia tajemnice roju
Aby lepiej zrozumieć złożone interakcje w kredytach koniki polnej, zespół badawczy wokół Iain Coezina z Gruster of Excellence Collective na University of Constance i Max Planck Institute for Behavioural Biology na temat rewolucyjnego podejścia: rzeczywistość wirtualna (VR). „Jak wiadomo, trudno jest rozpoznać mechanizmy interakcji w mobilnych grupach zwierząt”, wyjaśnia Coezin. „Osoby wpływają na siebie, a także wpływają na zachowanie innych, w złożonej wzajemnej zależności”.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy opracowali wyrafinowaną konfigurację VR. Poszczególne żywe trawy zostały umieszczone na ruchomej kuli, podobnie jak bieżnia, aby mogły swobodnie poruszać się. Wokół nich naukowcy przewidywali do 64 fotograficznych wirtualnych koników polnych, tak że prawdziwi owady wierzyły, że są w naturalnym roju. Ta innowacyjna metoda umożliwiła badaczom dokładne sprawdzenie informacji z żywej trawy - ile innych zwierząt było w ich otoczeniu i w jakim kierunku były.
W szczególnie odkrywczym eksperymencie naukowcy umieścili prawdziwych koników polnych między dwoma wirtualnymi, trzema wymiarami rojów. Ten układ testowy pozwolił im sprawdzić, czy zwierzęta faktycznie reagują na zachowanie swoich bezpośrednich sąsiadów, jak wcześniej zakładano, i poruszają się z nimi jako jednolite zmiażdżenie.
Zaskakujące wyniki: zmiana paradygmatu w badaniach roju
Wyniki eksperymentów były zaskakujące i zasadniczo zakwestionowane poprzednią teorię. W przeciwieństwie do oczekiwań naukowców, prawdziwi koniki polne nie poruszały się w ramach dużego, jednolitego roju w tym samym kierunku. Zamiast tego odwrócili się w kierunku jednego z wirtualnych rojów i pobiegli do nich konkretnie.
Ta obserwacja wykazała naukowców, że „reakcja optomotoryczna” - wrodzony odruch, który powoduje, że koniki polne podążają za wrażeniami ruchu sensorycznego - nie jest przyczyną skoordynowanego ruchu zbiorowego. W rzeczywistości naukowcy nie znaleźli dowodów na to, że koniki polne wyrównują swoją pozycję i kierunek ruchu oparty na swoich sąsiadach.
„Poszczególne zwierzęta nie są cząsteczkami”, wyjaśnia Iain Coezin. „Musimy postrzegać koniki polne jako poznawcze, działające osoby, które obserwują ich otoczenie i na tej podstawie podejmują decyzje tam, gdzie idą”. Naukowcy zakładają teraz, że rozwój roju zależy znacznie bardziej od każdego pojedynczego konika polnego niż wcześniej zakładano.
Eksperymenty wykazały również, że zwierzęta czasami odstępowały od wspólnego kursu, nawet jeśli miały obok tych dwóch rojów, które biegły w tym samym kierunku. Ponadto zespół nie znalazł dowodów na to, że gęstość jednostek, jak wcześniej zakładano, była czynnikiem wyzwalającym ruch roju.
Praktyczne znaczenie dla zwalczania koników polnych
Nowe odkrycia mają dalekie praktyczne implikacje. Lepsze zrozumienie podstawowych mechanizmów tworzenia i ruchu roju może pomóc przewidzieć zachowanie owadów i opracować bardziej skuteczne strategie zwalczania zakresów traw.
W związku z faktem, że koniki polne zagrażają utrzymaniu wszystkich dziesiątych ludzi, nie należy lekceważyć znaczenia tych badań. Niszczycielski wpływ plagi koniki polnej na róg Afryki w latach 2019–2020, co doprowadziło do zbioru awarii i głodu, ilustrują pilną potrzebę lepszej prognozy i mechanizmów kontroli.
Dzięki uświadomieniu się, że koniki polne nie działają po prostu jako cząstka fizyczna, ale jako poszczególni aktorzy poznawcze z własnymi procesami podejmowania decyzji, nowe podejścia do kontrolowania spustoszenia otwierają się. Zamiast polegać wyłącznie na dużych skalach kontrolnych, przyszłe strategie mogą być ukierunkowane na zrozumienie i wpływanie na indywidualne procesy podejmowania decyzji.
Nadaje się do:
Przyszłe kierunki badań i „Centre for Visual Computing of Collective”
Przełomowe odkrycia stanowią tylko początek nowego zrozumienia zbiorowego zachowania. Centrum to, które będzie jednym z najnowocześniejszych obiektów do badania zachowań grupowych, ma na celu obserwowanie roju zwierząt w wirtualnych holograficznych środowiskach 3D i analizowanie ich ruchów.
Jednocześnie zespół wokół Coezina bada również podejmowanie decyzji przestrzennych dla różnych gatunków zwierząt. Badanie opublikowane niedawno w PNAS pokazuje, w jaki sposób zwierzęta przetwarzają złożoność swojego środowiska poprzez zmniejszenie świata do kolejnych decyzji między dwiema opcjami. Odkrycia te wskazują, że podstawowe zasady geometryczne mogą wyjaśnić, w jaki sposób i dlaczego zwierzęta poruszają się tak, jak one - podejście, które można również zastosować do zrozumienia koników polnych.
Nowa era w badaniu zbiorowych zachowań
Badania naukowców z University of Konstanz i Maxa Plancka Instytutu Biologii Behawioralnej oznaczają punkt zwrotny w zrozumieniu zbiorowych zachowań w dzikiej przyrody. Przedstawiając długo ustaloną teorię „samozwańczych cząstek”, otwierają nową perspektywę, koniki polne i inne zwierzęta jako indywidualne decydenci, których zbiorowe zachowanie wynika ze złożonych procesów poznawczych.
Wykorzystanie innowacyjnej technologii rzeczywistości wirtualnej okazało się kluczem do sukcesu. Umożliwiło badaczom rozszyfrowanie wcześniej nieprzeniknionej złożoności kolektywów zwierząt i uzyskanie podstawowych informacji na temat organizacji rojów. Odkrycia te mogą nie tylko zrewolucjonizować nasze teoretyczne zrozumienie zbiorowych zachowań, ale także oferować praktyczne rozwiązania zwalczania koników polnych, które zagrażają bezpieczeństwu żywieniowym na całym świecie.
Praca zespołu wokół Iain Coezina, która już otrzymała prestiżową nagrodę Gottfried Wilhelma Leibniza za badania w dziedzinie zbiorowych zachowań, podkreśla znaczenie badań interdyscyplinarnych na interfejsie biologii, informatyki i fizyki. Imponująco pokazuje, w jaki sposób nowoczesne technologie mogą pomóc nam rozszyfrować fascynujące tajemnice natury, a jednocześnie opracować praktyczne rozwiązania nalegania na globalne problemy.
Nadaje się do:
Twój globalny partner w zakresie marketingu i rozwoju biznesu
☑️Naszym językiem biznesowym jest angielski lub niemiecki
☑️ NOWOŚĆ: Korespondencja w Twoim języku narodowym!
Konrada Wolfensteina
Chętnie będę służyć Tobie i mojemu zespołowi jako osobisty doradca.
Możesz się ze mną skontaktować wypełniając formularz kontaktowy lub po prostu dzwoniąc pod numer +49 89 89 674 804 (Monachium) . Mój adres e-mail to: wolfenstein ∂ xpert.digital
Nie mogę się doczekać naszego wspólnego projektu.
