Опубликовано: 11 марта 2025 г. / Обновление с: 11 марта 2025 г. - Автор: Конрад Вольфенштейн
Исследования почищения и роя с виртуальной реальностью: немецкие ученые анализируют кузнечики - изображение: xpert.digital
Исследование VR выявляет новые структуры в кузнечиках
Прорыв в кузнечиках: длинные теории опровергли
Трассер пустыни имел ужасную репутацию в библейские времена. С родом до 50 миллионов человек, этот тип насекомых может нанести разрушительный ущерб, употребляя целые области голой и, таким образом, ставя под угрозу безопасность питания. В настоящее время исследователи из Университета Констанца и Института поведенческой биологии Макса Планка получили новаторские знания об организации этих роев и опровергли много лет теорий. С помощью инновационных технологий виртуальной реальности ученые смогли продемонстрировать, что рой кузнечика принципиально отличается от предполагаемого ранее. Это исследование, опубликованное в известном специализированном журнале «Наука», переворачивает предыдущие пояснительные модели с ног на голову и дает важную информацию, которая может способствовать лучшему прогнозу и борьбе с кузнечиками.
Подходит для:
Явление кузнечиков и их глобальное значение
Desert Dasshoppers (Schistocerca Gregaria) являются одними из самых впечатляющих примеров коллективного поведения в дикой природе. Полет, который не может летать, так называемые нимфы, изначально живут как местные люди. Однако при определенных условиях они собираются вместе, чтобы сформировать огромные восторги и начинают ходить - не бесцельно, а в скоординированном движении, как если бы они контролировались централизованно. Эти огромные коллективы насекомых могут включать до 50 миллионов животных и, таким образом, представляют собой один из крупнейших коллективов животных на нашей планете.
Эффекты таких кузнечиков разрушительны. По словам исследователей, они угрожают средствам к существованию примерно каждого десятого человека по всему миру. Конкретный пример этого дал огромную чуму кузнечика на Африканском роге в период с 2019 по 2020 год, которая опустошила сельскохозяйственное производство и вызвало голод. Таким образом, научные исследования механизмов, которые приводят к формированию и движению таких роев, представляют собой не только теоретический интерес, но и имеют значительное практическое значение для глобальной пищевой безопасности.
Предыдущая теория: кузнечики как «самостоятельная частица»
В течение десятилетий коллективное поведение кузнечиков было объяснено с помощью концепции теоретической физики. В этой модели насекомые рассматриваются как «самоходные участники» (самостоятельные частицы), которые соответствуют их позициям и направлениям движения на своих непосредственных соседях. Эта теория предполагает, что этого достаточно, если люди только «попадают в ряд» со своими прямыми соседями, чтобы создать последовательное движение по всему рому.
Другим центральным элементом этого предыдущего объяснения было предположение о том, что плотность животных является решающим фактором для перехода на беспорядочное движение поплавкового плавания. Согласно этой гипотезе, переход к скоординированному движению начинается, как только в ограниченном пространстве достаточно животных. Эта теория казалась настолько убедительной, что в течение десятилетий она служила стандартной моделью для объяснения коллективных движений в дикой природе.
Интересно, что предыдущее исследование, проведенное Иэн Кузин, который также участвует в текущем исследовании, уже дало другие удивительные результаты о поведении кузнечиков. Его команда обнаружила, что каннибализм может быть движущим фактором для пешеходных движений - кузнечики движутся вперед, чтобы не быть съеденными сзади. Эта реализация уже указала, что более сложное поведение может играть роль, чем просто физические реакции.
Инновационный исследовательский подход: виртуальная реальность раскрывает секреты роя
Чтобы лучше понять сложные взаимодействия в титрах кузнечика, исследовательская группа вокруг Иэн Кузин из кластера коллектива совершенства в Университете Констанс и Институте поведенческой биологии Макса Планка о революционном подходе: виртуальная реальность (VR). «Как известно, трудно распознать механизмы взаимодействия в мобильных группах животных», - объясняет Кузин. «Люди влияют друг на друга, а также находятся под влиянием поведения других в сложном взаимодействии».
Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали сложную настройку VR. Отдельные живые травы были помещены на подвижный шарик, похожий на беговую дорожку, чтобы они могли свободно двигаться. Вокруг них ученые прогнозировали до 64 фото -реальных виртуальных кузнечиков, так что настоящие насекомые полагали, что они находятся в естественном рое. Этот инновационный метод позволил исследователям точно проверить, какая информация из живой травы была доступна - сколько других животных было в их окружении и в каком направлении они находились.
В особенно показательном эксперименте исследователи разместили настоящие кузнечики между двумя виртуальными, трехмерными рой. Эта тестовая договоренность позволила им проверить, действительно ли животные реагируют на поведение своих прямых соседей, как предполагалось ранее, и будут двигаться с ними как однородное разброс.
Удивительные результаты: сдвиг парадигмы в исследовании роя
Результаты экспериментов были удивительными и принципиально ставили под сомнение предыдущую теорию. Вопреки ожиданию исследователей, настоящие кузнечики не двигались как часть большого, равномерного роя в том же направлении. Вместо этого они повернулись в направлении одного из виртуальных рой и работали специально для них.
Это наблюдение показало ученым, что так называемая «оптомоторная реакция» - врожденный рефлекс, который заставляет кузнечиков следовать сенсорным впечатлениям движения - не является причиной скоординированного коллективного движения. Фактически, исследователи не обнаружили никаких доказательств того, что кузнечики выравнивают свою позицию и направление движения на основе их соседей.
«Отдельные животные не частицы», - объясняет Иэн Кузин. «Мы должны рассматривать кузнечики как когнитивные, действующие субъекты, которые наблюдают за их окружением и, на этом основании, принимают свои решения, куда они идут дальше». Исследователи теперь предполагают, что развитие роя зависит гораздо больше от каждого отдельного кузнечика, чем предполагалось ранее.
Эксперименты также показали, что животные иногда отклонялись от совместного курса, даже если у них было два роя рядом с ними, которые бежали в одном и том же направлении. Кроме того, команда не обнаружила никаких доказательств того, что плотность людей, как предполагалось ранее, была фактором, вызванным движением роя.
Практическое значение для борьбы с кузнечиками
Новые результаты имеют далеко идущие практические последствия. Лучшее понимание фундаментальных механизмов формирования и движения роя может помочь предсказать поведение насекомых и разработать более эффективные стратегии для борьбы с травяными диапазонами.
Ввиду того факта, что кузнечики угрожают средствам к существованию всех десятых людей, важность этого исследования не следует недооценивать. Разрушительные последствия чумы кузнечика на Африканский рог между 2019 и 2020 годами, что привело к сбоям и голоду урожая, иллюстрируют срочную необходимость лучшего прогнозирования и механизмов контроля.
Благодаря осознанию того, что кузнечики действуют не просто как физическая частица, но как отдельные когнитивные субъекты с их собственными процессами принятия решений, новые подходы для контроля разрушения открытия. Вместо того, чтобы полагаться исключительно на крупные меры контроля, будущие стратегии могут быть направлены на понимание и влияние на индивидуальные процессы принятия решений.
Подходит для:
Будущие направления исследований и «Центр визуальных вычислений коллектива»
Новаторские результаты представляют собой только начало нового понимания коллективного поведения. Этот центр, который будет одним из самых современных средств для исследования поведения групп, предназначен для наблюдения за животными роя в виртуальных голографических 3D -средах и проанализировать их движения.
В то же время команда вокруг Кузина также исследует пространственное принятие решений для различных видов животных. Исследование, недавно опубликованное в PNAS, показывает, как животные обрабатывают сложность окружающей среды, уменьшая мир к последовательным решениям между двумя вариантами. Эти результаты показывают, что основные геометрические принципы могут объяснить, как и почему животные движутся так же, как и они - подход, который также может применяться к пониманию кузнечиков.
Новая эра в исследовании коллективного поведения
Исследование ученых из Университета Констанца и Института поведенческой биологии Макса Планка отмечает поворотный момент в понимании коллективного поведения в дикой природе. Попрос на давно установленную теорию «самостоятельных частиц», они открывают новую перспективу, кузнечики и другие животные в качестве отдельных лиц, принимающих решения, коллективное поведение которого является результатом сложных когнитивных процессов.
Использование инновационной технологии виртуальной реальности оказалось ключом к успеху. Это позволило исследователям расшифровать ранее непроницаемую сложность коллектива животных и получить фундаментальную информацию об организации рой. Эти результаты могут не только революционизировать наше теоретическое понимание коллективного поведения, но и предложить практические решения для борьбы с кузнечиками, которые угрожают питательной безопасности во всем мире.
Работа команды вокруг Иэн Кузин, которая уже была удостоена престижной премии Готфрида Вильгельма Лейбниза за исследования в области коллективного поведения, подчеркивает важность междисциплинарных исследований на границе биологии, информатики и физики. Это впечатляюще показывает, как современные технологии могут помочь нам расшифровать увлекательные секреты природы и в то же время разработать практические решения для насущных глобальных проблем.
Подходит для:
Ваш глобальный партнер по маркетингу и развитию бизнеса
☑️ Наш деловой язык — английский или немецкий.
☑️ НОВИНКА: Переписка на вашем национальном языке!
Конрад Вольфенштейн
Я был бы рад служить вам и моей команде в качестве личного консультанта.
Вы можете связаться со мной, заполнив контактную форму или просто позвоните мне по телефону +49 89 89 674 804 (Мюнхен) . Мой адрес электронной почты: wolfenstein ∂ xpert.digital
Я с нетерпением жду нашего совместного проекта.
