Inteligență în roiuri și cercetare în roiuri cu ajutorul realității virtuale: Oamenii de știință germani analizează roiurile de lăcuste – Imagine: Xpert.Digital
Cercetările în realitate virtuală dezvăluie noi structuri în roiurile de lăcuste
Descoperire în cercetarea lăcustelor: Teorii vechi infirmate
Lăcustele de deșert au avut o reputație înfricoșătoare încă din timpurile biblice. Cu roiuri de până la 50 de milioane de indivizi, această specie de insectă poate face ravagii devorând regiuni întregi și punând astfel în pericol securitatea alimentară. Acum, cercetătorii de la Universitatea din Konstanz și de la Institutul Max Planck pentru Comportamentul Animal au obținut informații revoluționare despre organizarea acestor roiuri, răsturnând teorii de mult timp. Folosind tehnologia inovatoare a realității virtuale, oamenii de știință au reușit să demonstreze că roiurile de lăcuste se organizează fundamental diferit față de ceea ce se presupunea anterior. Acest studiu, publicat în prestigioasa revistă „Science”, răstoarnă modelele explicative existente și oferă informații importante care ar putea contribui la o mai bună predicție și control al invaziilor de lăcuste.
Legat de asta:
Fenomenul roiurilor de lăcuste și semnificația lor globală
Lăcustele de deșert (Schistocerca gregaria) se numără printre cele mai impresionante exemple de comportament colectiv din regnul animal. Insectele tinere, fără capacități de zbor, numite nimfe, trăiesc inițial ca indivizi izolați. În anumite condiții, însă, se adună în roiuri enorme și încep să migreze - nu fără scop, ci într-o mișcare coordonată, ca și cum ar fi controlate central. Aceste roiuri vaste de insecte pot cuprinde până la 50 de milioane de indivizi, ceea ce le face unul dintre cele mai mari colective de animale de pe planeta noastră.
Efectele unor astfel de roiuri de lăcuste sunt devastatoare. Cercetătorii estimează că acestea amenință mijloacele de trai a aproximativ una din zece persoane la nivel mondial. Un exemplu concret în acest sens a fost invazia masivă de lăcuste din Cornul Africii între 2019 și 2020, care a devastat producția agricolă și a declanșat o foamete. Prin urmare, cercetarea științifică privind mecanismele care duc la formarea și mișcarea unor astfel de roiuri nu este doar de interes teoretic, ci are și o semnificație practică considerabilă pentru securitatea alimentară globală.
Teoria anterioară: Lăcustele ca „particule autopropulsate”
Timp de decenii, comportamentul colectiv al roiurilor de lăcuste a fost explicat folosind un concept din fizica teoretică. În acest model, insectele sunt considerate „particule autopropulsate” care își aliniază pozițiile și direcțiile de mișcare cu vecinii lor imediați. Această teorie presupune că este suficient ca indivizii să se alinieze doar cu vecinii lor imediați pentru a genera o mișcare coerentă în întregul roi.
Un alt element cheie al acestei explicații anterioare a fost presupunerea că densitatea animalelor este un factor crucial în tranziția de la mișcarea dezordonată la cea ordonată în roi. Conform acestei ipoteze, tranziția la mișcarea coordonată începe imediat ce suficiente animale se adună într-un spațiu închis. Această teorie părea atât de convingătoare încât a servit drept model standard pentru explicarea mișcărilor colective în regnul animal timp de decenii.
Interesant este că cercetările anterioare conduse de Iain Couzin, care este, de asemenea, implicat în studiul actual, au oferit deja alte perspective surprinzătoare asupra comportamentului de roire al lăcustelor. Echipa sa a descoperit că canibalismul ar putea fi un factor determinant în mișcările lor migratorii - lăcustele se deplasează înainte pentru a evita să fie mâncate din spate. Această descoperire a sugerat deja că ar putea fi în joc comportamente mai complexe decât simple reacții fizice.
Abordarea inovatoare a cercetării: Realitatea virtuală dezvăluie secretele roiului
Pentru a înțelege mai bine interacțiunile complexe din cadrul roiurilor de lăcuste, echipa de cercetare condusă de Iain Couzin de la Clusterul de Excelență „Comportament Colectiv” de la Universitatea din Konstanz și Institutul Max Planck pentru Comportament Animal a folosit o abordare revoluționară: realitatea virtuală (VR). „Este notoriu de dificil să discernem mecanismele de interacțiune în grupurile de animale mobile”, explică Couzin. „Indivizii se influențează reciproc și sunt simultan influențați de comportamentul celorlalți, într-o interacțiune complexă.”
Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au dezvoltat o configurație VR sofisticată. Lăcuste vii au fost plasate pe o minge mobilă, similară unei benzi de alergare, permițându-le să se miște liber. În jurul lor, oamenii de știință au proiectat până la 64 de lăcuste virtuale fotorealiste, astfel încât insectele reale să creadă că se află într-un roi natural. Această metodă inovatoare le-a permis cercetătorilor să controleze cu precizie ce informații erau disponibile lăcustei vii - câte alte animale se aflau în vecinătatea sa și în ce direcție se deplasau.
Într-un experiment deosebit de revelator, cercetătorii au plasat lăcuste reale între două roiuri virtuale, tridimensionale. Această configurație experimentală le-a permis să testeze în mod specific dacă animalele ar reacționa efectiv la comportamentul vecinilor lor imediați, așa cum se presupunea anterior, și s-ar mișca odată cu aceștia ca un roi unit.
Rezultate surprinzătoare: O schimbare de paradigmă în cercetarea roiurilor
Rezultatele experimentelor au fost surprinzătoare și au contestat fundamental teoria existentă. Contrar așteptărilor cercetătorilor, lăcustele reale nu s-au mișcat în aceeași direcție ca parte a unui roi mare și uniform. În schimb, s-au îndreptat spre unul dintre roiurile virtuale și s-au deplasat direct spre acesta.
Această observație le-a arătat oamenilor de știință că așa-numitul „răspuns optomotor” - un reflex înnăscut care determină lăcustele să urmeze impresiile senzoriale ale mișcării - nu este cauza mișcării colective coordonate. De fapt, cercetătorii nu au găsit nicio dovadă că lăcustele își aliniază poziția și direcția de mișcare în funcție de vecinii lor.
„Animalele individuale nu sunt particule”, explică Iain Couzin. „Trebuie să considerăm lăcustele ca subiecți cognitivi, activi, care își observă mediul și, pe baza acestuia, iau decizii cu privire la locul în care să meargă în continuare.” Cercetătorii presupun acum că formarea unui roi depinde mult mai mult de fiecare lăcustă în parte decât se credea anterior.
Experimentele au arătat, de asemenea, că animalele s-au abătut uneori de la cursul obișnuit, chiar și atunci când aveau două roiuri alături de ele care se deplasau în aceeași direcție. În plus, echipa nu a găsit nicio dovadă că densitatea indivizilor, așa cum se presupunea anterior, este factorul declanșator al mișcării în roi.
Implicații practice pentru combaterea invaziei de lăcuste
Noile descoperiri au implicații practice de anvergură. O mai bună înțelegere a mecanismelor fundamentale ale roiirii și mișcării ar putea ajuta la prezicerea comportamentului insectelor și la dezvoltarea de strategii mai eficiente pentru combaterea infestărilor cu lăcuste.
Având în vedere că roiurile de lăcuste amenință mijloacele de trai a aproximativ una din zece persoane, importanța acestei cercetări nu poate fi supraestimată. Impactul devastator al invaziei de lăcuste din Cornul Africii între 2019 și 2020, care a dus la eșecuri ale recoltelor și foamete, subliniază nevoia urgentă de îmbunătățire a mecanismelor de prognoză și control.
Conștientizarea faptului că lăcustele nu acționează pur și simplu ca particule fizice, ci ca agenți cognitivi individuali cu propriile procese decizionale, deschide noi abordări pentru controlul roiurilor. În loc să se bazeze exclusiv pe măsuri de control la scară largă, strategiile viitoare s-ar putea concentra mai mult pe înțelegerea și influențarea proceselor individuale de luare a deciziilor.
Legat de asta:
Direcții viitoare de cercetare și „Centrul pentru Calcul Vizual al Colectivelor”
Aceste descoperiri revoluționare reprezintă doar începutul unei noi înțelegeri a comportamentului colectiv. Pentru a avansa în continuare acest domeniu de cercetare, Iain Couzin a inițiat „Centrul pentru Calcul Vizual al Colectivelor” la Konstanz. Acest centru, care va fi printre cele mai moderne facilități pentru cercetarea comportamentului de grup, va observa roiuri de animale în medii holografice virtuale 3D și va analiza mișcările acestora.
În paralel, echipa lui Couzin cercetează și procesul decizional spațial la diverse specii de animale. Un studiu recent publicat în PNAS arată cum procesează animalele complexitatea mediului lor prin reducerea lumii la decizii succesive între doar două opțiuni. Aceste descoperiri sugerează că principiile geometrice fundamentale ar putea explica cum și de ce se mișcă animalele așa cum o fac - o abordare care ar putea fi aplicată și pentru înțelegerea roiurilor de lăcuste.
O nouă eră în studiul comportamentului colectiv
Cercetarea realizată de oamenii de știință de la Universitatea din Konstanz și de la Institutul Max Planck pentru Comportamentul Animal marchează un punct de cotitură în înțelegerea comportamentului colectiv în regnul animal. Prin contestarea teoriei consacrate a „particulelor auto-conduse”, aceștia deschid o nouă perspectivă care consideră lăcustele și alte animale ca factori de decizie individuali, al căror comportament colectiv rezultă din procese cognitive complexe.
Utilizarea tehnologiei inovatoare de realitate virtuală s-a dovedit a fi cheia succesului. Aceasta a permis cercetătorilor să descifreze complexitatea anterior impenetrabilă a colectivelor de animale și să obțină perspective fundamentale asupra organizării roiurilor. Aceste descoperiri ar putea nu numai să revoluționeze înțelegerea noastră teoretică a comportamentului colectiv, ci și să ofere soluții practice pentru combaterea infestărilor cu lăcuste care amenință securitatea alimentară la nivel mondial.
Munca echipei lui Iain Couzin, care a primit deja prestigiosul Premiu Gottfried Wilhelm Leibniz pentru cercetările sale în domeniul comportamentului colectiv, subliniază importanța cercetării interdisciplinare la interfața dintre biologie, informatică și fizică. Aceasta demonstrează în mod impresionant cum tehnologiile moderne ne pot ajuta să dezvăluim secretele fascinante ale naturii, dezvoltând în același timp soluții practice la problemele globale presante.
Legat de asta:
Partenerul dumneavoastră global de marketing și dezvoltare a afacerilor
☑️ Limba noastră de afaceri este engleza sau germana
☑️ NOU: Corespondență în limba ta maternă!
Konrad Wolfenstein
Eu și echipa mea suntem bucuroși să vă fim la dispoziție în calitate de consilier personal.
Mă puteți contacta completând formularul de contact de aici sau pur și simplu sunându-mă la +49 89 89 674 804 ( München) . Adresa mea de e-mail este: wolfenstein@xpert.digital
Aștept cu nerăbdare proiectul nostru comun.
