Publicerad: 11 mars 2025 / UPDATE FrÄn: 11 mars 2025 - Författare: Konrad Wolfenstein
Blacking and Swarm Research with Virtual Reality: Tyska forskare analyserar grÀshoppor - Bild: Xpert.Digital
VR -forskning avslöjar nya strukturer i grÀshoppor
Genombrott i grÀshoppor: lÄngvariga teorier motbevisade
Ăkens grĂ€shoppa har haft ett skrĂ€mmande rykte för bibliska tider. Med ravar pĂ„ upp till 50 miljoner individer kan denna typ av insekt orsaka förödande skador genom att Ă€ta hela omrĂ„den med nakna och dĂ€rmed Ă€ventyra nĂ€ringssĂ€kerheten. Nu har forskare frĂ„n University of Konstanz och Max Planck Institute för beteendebiologi fĂ„tt banbrytande kunskap om organisationen av dessa svĂ€rmar och har motbevisat mĂ„nga Ă„rs teorier. Med hjĂ€lp av innovativ virtual reality -teknik kunde forskarna visa att grĂ€shopparsvĂ€rm Ă€r grundlĂ€ggande annorlunda Ă€n tidigare antagits. Denna studie som publicerades i den berömda specialiserade tidskriften "Science" vĂ€nder tidigare förklarande modeller upp och ner och ger viktiga insikter som kan bidra till bĂ€ttre förutsĂ€gelse och strid av grĂ€shoppor.
LÀmplig för detta:
Fenomenet med grÀshoppor och deras globala betydelse
ĂkengrĂ€shoppor (Schistocerca Gregaria) Ă€r bland de mest imponerande exemplen pĂ„ kollektivt beteende i djurlivet. Flygningen som inte kan flyga, sĂ„ kallade nymfer, lever initialt som lokala individer. Under vissa förhĂ„llanden samlas emellertid de för att bilda enorma raves och börja vandra - inte mĂ„llöst, utan i en samordnad rörelse, som om de kontrollerades centralt. Dessa enorma insekts kollektiv kan inkludera upp till 50 miljoner djur och dĂ€rmed representera en av de största djurkollektiverna pĂ„ vĂ„r planet.
Effekterna av sÄdana grÀshoppor Àr förödande. Enligt forskarna hotar de försörjningen för omkring varje tionde person över hela vÀrlden. Ett konkret exempel pÄ detta gav den enorma grÀshopparpesten pÄ Afrikas horn mellan 2019 och 2020, som förstörde jordbruksproduktionen och utlöste en hungersnöd. Den vetenskapliga forskningen av mekanismerna som leder till bildning och rörelse av sÄdana svÀrmar Àr dÀrför inte bara av teoretiskt intresse, utan har ocksÄ betydande praktisk betydelse för global nÀringssÀkerhet.
Den tidigare teorin: grÀshoppor som en "sjÀlvdriven partikel"
I decennier har det kollektiva beteendet hos grĂ€shoppor förklarats med hjĂ€lp av ett koncept frĂ„n teoretisk fysik. I denna modell betraktas insekterna som âsjĂ€lvgĂ„ende deltagareâ (sjĂ€lvstyrda partiklar), som anpassar deras positioner och rörelseriktningar pĂ„ sina nĂ€rmaste grannar. Denna teori antar att det Ă€r tillrĂ€ckligt om individerna bara "kommer in i en rad" med sina direkta grannar för att skapa en sammanhĂ€ngande rörelse över hela svĂ€rmen.
Ett annat centralt element i denna tidigare förklaring var antagandet att djurens densitet Àr en avgörande faktor för övergÄngen av störd flottörrörelse. Enligt denna hypotes börjar övergÄngen till en samordnad rörelse sÄ snart det finns tillrÀckligt med djur i ett begrÀnsat utrymme. Denna teori verkade sÄ övertygande att den tjÀnade i decennier som en standardmodell för att förklara kollektiva rörelser i djurlivet.
Intressant nog hade tidigare forskning under ledning av Iain Couzin, som ocksÄ Àr involverad i den aktuella studien, redan gett andra överraskande fynd om grÀshoppornas svÀrm. Hans team upptÀckte att kannibalism kan vara en drivande faktor för vandringsrörelserna - grÀshopporna gÄr framÄt för att inte Àtas bakifrÄn. Denna insikt indikerade redan att mer komplext beteende kunde spela en roll Àn bara fysiska reaktioner.
Den innovativa forskningsmetoden: Virtual Reality avslöjar Swarms hemligheter
För att bÀttre förstÄ de komplexa interaktionerna i grÀshoppans krediter, forskargruppen kring Iain Couzin frÄn Cluster of Excellence Collective vid University of Constance och Max Planck Institute for Behaviour Biology om en revolutionÀr strategi: Virtual Reality (VR). "Som Àr kÀnt Àr det svÄrt att kÀnna igen mekanismerna för interaktion i mobila grupper av djur," förklarar Couzin. "Individerna pÄverkar varandra och pÄverkas ocksÄ av de andras beteende, i ett komplext samspel."
För att lösa detta problem utvecklade forskarna en sofistikerad VR -installation. Enskilda levande grÀs placerades pÄ en rörlig boll, liknande ett löpband sÄ att de kunde röra sig fritt. Runt dem projicerade forskarna upp till 64 foto -realistiska virtuella grÀshoppor, sÄ att de verkliga insekterna trodde att de var i en naturlig svÀrm. Denna innovativa metod gjorde det möjligt för forskare att kontrollera exakt vilken information frÄn det levande grÀset som var tillgÀnglig - hur mÄnga andra djur var i omgivningen och i vilken riktning de var.
I ett sÀrskilt avslöjande experiment placerade forskarna verkliga grÀshoppor mellan tvÄ virtuella, tre dimensionella svÀrmar. Detta testarrangemang tillÀt dem att testa om djuren faktiskt reagerar pÄ beteendet hos sina direkta grannar, som tidigare antagits, och skulle röra sig med dem som en enhetlig kross.
Ăverraskande resultat: Ett paradigmskifte i svĂ€rmforskning
Resultaten av experimenten var överraskande och i grunden ifrÄgasatte den tidigare teorin. I motsats till forskarnas förvÀntningar rörde sig de verkliga grÀshopporna inte som en del av en stor, enhetlig svÀrm i samma riktning. IstÀllet vÀnde de sig i riktning mot en av de virtuella svÀrmarna och sprang specifikt till dem.
Denna observation visade forskarna att den sÄ kallade "optomotoriska reaktionen" - en medfödd reflex som fÄr grÀshoppor att följa de sensoriska intryck av rörelse - inte Àr orsaken till den samordnade kollektiva rörelsen. I sjÀlva verket fann forskarna inga bevis för att grÀshoppor anpassar sin position och rörelse baserat pÄ sina grannar.
"Enskilda djur Àr inte partiklar," förklarar Iain Couzin. "Vi mÄste se grÀshopporna som kognitiva, tillförordnade Àmnen som observerar deras omgivningar och pÄ denna grund fattar sina beslut vart de gÄr nÀsta." Forskarna antar nu att utvecklingen av en svÀrm beror mycket mer pÄ varje enskild grÀshoppa Àn tidigare antagits.
Experimenten visade ocksÄ att djuren ibland avviker frÄn den gemensamma kursen, Àven om de hade tvÄ svÀrmar bredvid dem som sprang i samma riktning. Dessutom fann teamet inga bevis för att densiteten hos individer, som tidigare antagits, var den utlösande faktorn för svÀrmrörelsen.
Praktisk betydelse för att bekÀmpa grÀshoppor
De nya resultaten har lÄngtgÄende praktiska konsekvenser. En bÀttre förstÄelse av de grundlÀggande mekanismerna för svÀrmbildning och rörelse kan hjÀlpa till att förutsÀga insekternas beteende och att utveckla effektivare strategier för att bekÀmpa grÀsintervall.
Med tanke pÄ det faktum att grÀshoppor hotar försörjningen för alla tionde mÀnniskor, bör vikten av denna forskning inte underskattas. De förödande effekterna av grÀshopparpesten pÄ Afrikas horn mellan 2019 och 2020, vilket ledde till skördefel och hungersnöd, illustrerar det brÄdskande behovet av bÀttre förutsÀgelse- och kontrollmekanismer.
Genom insikten att grÀshoppor inte bara fungerar som en fysisk partikel, utan som enskilda kognitiva aktörer med sina egna beslut -att göra nya metoder för att kontrollera ravages öppnas. IstÀllet för att uteslutande förlita sig pÄ stora skala kontrollÄtgÀrder, kan framtida strategier vara inriktade pÄ att förstÄ och pÄverka individuella beslutsprocesser.
LÀmplig för detta:
Framtida forskningsanvisningar och "Center for Visual Computing of Collective"
De banbrytande resultaten representerar endast början pĂ„ en ny förstĂ„else av kollektivt beteende. För att ytterligare frĂ€mja detta forskningsomrĂ„de initierade Iain Couzin i Constance âCenter for Visual Computing of Collectiveâ. Detta centrum, som kommer att vara bland de mest moderna anlĂ€ggningarna för att undersöka gruppbeteende, Ă€r avsett att observera djursvĂ€rmar i virtuella holografiska 3D -miljöer och analysera deras rörelser.
Samtidigt undersöker teamet kring Couzin ocksÄ rumsligt beslut för olika djurarter. En studie som nyligen publicerades i PNA visar hur djur bearbetar komplexiteten i sin miljö genom att minska vÀrlden till successiva beslut mellan bara tvÄ alternativ. Dessa fynd indikerar att grundlÀggande geometriska principer kan förklara hur och varför djur rör sig som de gör - en metod som ocksÄ kan tillÀmpas pÄ förstÄelsen av grÀshoppor.
En ny era i att undersöka kollektivt beteende
Forskningen frĂ„n forskarna vid University of Konstanz och Max Planck Institute for Behavioural Biology markerar en vĂ€ndpunkt för att förstĂ„ kollektivt beteende i djurlivet. Genom att ifrĂ„gasĂ€tta den lĂ€nge etablerade teorin om âsjĂ€lvdrivna partiklarâ öppnar de upp ett nytt perspektiv, grĂ€shopporna och andra djur som enskilda beslutsfattare, vars kollektiva beteende Ă€r resultatet av komplexa kognitiva processer.
AnvÀndningen av innovativ virtual reality -teknik har visat sig vara nyckeln till framgÄng. Det gjorde det möjligt för forskarna att dechiffrera den tidigare ogenomtrÀngliga komplexiteten hos djurkollektiviteter och fÄ grundlÀggande insikter om organisationen av svÀrmar. Dessa fynd kunde inte bara revolutionera vÄr teoretiska förstÄelse av kollektivt beteende, utan erbjuder ocksÄ praktiska lösningar för att bekÀmpa grÀshoppor som hotar nÀringssÀkerhet över hela vÀrlden.
Arbetet med teamet runt Iain Couzin, som redan har tilldelats den prestigefyllda Gottfried Wilhelm Leibniz -priset för sin forskning inom kollektivt beteende, understryker vikten av tvÀrvetenskaplig forskning vid grÀnssnittet mellan biologi, datavetenskap och fysik. Det visar imponerande hur modern teknik kan hjÀlpa oss att dechiffrera naturens fascinerande hemligheter och samtidigt utveckla praktiska lösningar för att pressa globala problem.
LÀmplig för detta:
Â
Din globala marknadsförings- och affÀrsutvecklingspartner
â VĂ„rt affĂ€rssprĂ„k Ă€r engelska eller tyska
â Nytt: korrespondens pĂ„ ditt nationella sprĂ„k!
Â
Konrad Wolfenstein
Jag Àr glad att vara tillgÀnglig för dig och mitt team som personlig konsult.
Du kan kontakta mig genom att fylla i kontaktformulĂ€ret eller helt enkelt ringa mig pĂ„ +49 89 674 804 (MĂŒnchen) . Min e -postadress Ă€r: Wolfenstein â xpert.digital
Jag ser fram emot vÄrt gemensamma projekt.
Â
Â
