Publicerad den: 11 mars 2025 / Uppdaterad den: 11 mars 2025 – Författare: Konrad Wolfenstein
Svärmintelligens och svärmforskning med virtuell verklighet: Tyska forskare analyserar gräshoppsvärmar – Bild: Xpert.Digital
VR-forskning avslöjar nya strukturer i gräshoppsvärmar
Genombrott inom gräshoppsforskning: Långvariga teorier motbevisade
Ökengräshoppan har haft ett fruktansvärt rykte sedan biblisk tid. Med svärmar på upp till 50 miljoner individer kan denna insektsart orsaka kaos genom att sluka hela regioner och därmed äventyra livsmedelssäkerheten. Nu har forskare från Konstanz universitet och Max Planck-institutet för djurbeteende fått banbrytande insikter i hur dessa svärmar organiseras, vilket kullkastar långvariga teorier. Med hjälp av innovativ virtual reality-teknik kunde forskarna visa att gräshoppssvärmar organiserar sig fundamentalt annorlunda än man tidigare antagit. Denna studie, publicerad i den prestigefyllda tidskriften "Science", vänder på befintliga förklaringsmodeller och ger viktiga insikter som kan bidra till bättre förutsägelse och kontroll av gräshoppsplågor.
Lämplig för detta:
Fenomenet gräshoppsvärmar och deras globala betydelse
Ökengräshoppor (Schistocerca gregaria) är bland de mest imponerande exemplen på kollektivt beteende i djurriket. De flyglösa unga insekterna, kallade nymfer, lever initialt som isolerade individer. Under vissa förhållanden samlas de dock i enorma svärmar och börjar migrera – inte planlöst, utan i en koordinerad rörelse, som om de vore centralt styrda. Dessa enorma insektssvärmar kan omfatta upp till 50 miljoner individer, vilket gör dem till ett av de största djurkollektiven på vår planet.
Effekterna av sådana gräshoppssvärmar är förödande. Forskare uppskattar att de hotar försörjningen för ungefär en av tio människor världen över. Ett konkret exempel på detta var den massiva gräshoppspesten på Afrikas horn mellan 2019 och 2020, som ödelade jordbruksproduktionen och utlöste en hungersnöd. Därför är vetenskaplig forskning om de mekanismer som leder till bildandet och förflyttningen av sådana svärmar inte bara av teoretiskt intresse utan har också av stor praktisk betydelse för den globala livsmedelssäkerheten.
Den tidigare teorin: Gräshoppor som "självgående partiklar"
I årtionden har gräshoppsvärmars kollektiva beteende förklarats med hjälp av ett koncept från teoretisk fysik. I denna modell betraktas insekterna som "självgående partiklar" som anpassar sina positioner och rörelseriktningar till sina närmaste grannar. Denna teori antar att det räcker för individer att endast anpassa sig till sina närmaste grannar för att generera en sammanhängande rörelse över hela svärmen.
En annan viktig del av denna tidigare förklaring var antagandet att djurtätheten är en avgörande faktor i övergången från oordnad till ordnad svärmrörelse. Enligt denna hypotes börjar övergången till koordinerad rörelse så snart tillräckligt många djur samlas i ett begränsat utrymme. Denna teori verkade så övertygande att den fungerade som standardmodell för att förklara kollektiva rörelser i djurriket i årtionden.
Intressant nog har tidigare forskning ledd av Iain Couzin, som också är involverad i den aktuella studien, redan gett andra överraskande insikter i gräshoppornas svärmbeteende. Hans team upptäckte att kannibalism kunde vara en drivande faktor i deras migrationsrörelser – gräshopporna rör sig framåt för att undvika att bli uppätna bakifrån. Detta fynd tydde redan på att mer komplexa beteenden än bara fysiska reaktioner kan vara inblandade.
Den innovativa forskningsmetoden: Virtuell verklighet avslöjar svärmens hemligheter
För att bättre förstå de komplexa interaktionerna inom gräshoppssvärmar använde forskargruppen, lett av Iain Couzin från Cluster of Excellence "Collective Behavior" vid Konstanz universitet och Max Planck-institutet för djurbeteende, en revolutionerande metod: virtuell verklighet (VR). "Det är notoriskt svårt att urskilja mekanismerna för interaktion i mobila djurgrupper", förklarar Couzin. "Individer påverkar varandra och påverkas samtidigt av andras beteende, i ett komplext samspel."
För att lösa detta problem utvecklade forskarna en sofistikerad VR-uppsättning. Enskilda levande gräshoppor placerades på en rörlig boll, liknande ett löpband, vilket gjorde att de kunde röra sig fritt. Runt dem projicerade forskarna upp till 64 fotorealistiska virtuella gräshoppor, så att de riktiga insekterna trodde att de befann sig i en naturlig svärm. Denna innovativa metod gjorde det möjligt för forskarna att exakt kontrollera vilken information som var tillgänglig för den levande gräshoppan – hur många andra djur som fanns i dess närhet och i vilken riktning de rörde sig.
I ett särskilt avslöjande experiment placerade forskarna riktiga gräshoppor mellan två virtuella, tredimensionella svärmar. Denna experimentuppställning gjorde det möjligt för dem att specifikt testa om djuren faktiskt skulle reagera på sina närmaste grannars beteende, som tidigare antagits, och röra sig med dem som en enhetlig svärm.
Överraskande resultat: Ett paradigmskifte inom svärmforskning
Resultaten av experimenten var överraskande och utmanade i grunden befintlig teori. I motsats till forskarnas förväntningar rörde sig de verkliga gräshopporna inte i samma riktning som en del av en stor, enhetlig svärm. Istället vände de sig mot en av de virtuella svärmarna och rörde sig direkt mot den.
Denna observation visade forskare att den så kallade "optomotoriska responsen" – en medfödd reflex som får gräshoppor att följa sensoriska intryck av rörelse – inte är orsaken till den koordinerade kollektiva rörelsen. Forskarna fann faktiskt inga bevis alls för att gräshoppor justerar sin position och rörelseriktning baserat på sina grannar.
”Enskilda djur är inte partiklar”, förklarar Iain Couzin. ”Vi måste betrakta gräshopporna som kognitiva, agerande subjekt som observerar sin omgivning och, baserat på detta, fattar beslut om vart de ska gå härnäst.” Forskarna antar nu att bildandet av en svärm beror mycket mer på varje enskild gräshoppa än man tidigare trott.
Experimenten visade också att djuren ibland avvek från den gemensamma kursen, även när de hade två svärmar bredvid sig som rörde sig i samma riktning. Dessutom fann teamet inga bevis för att individtätheten, som tidigare antagits, är den utlösande faktorn för svärmrörelser.
Praktiska konsekvenser för bekämpning av gräshoppsplågor
De nya rönen har långtgående praktiska konsekvenser. En bättre förståelse av de grundläggande mekanismerna för svärmning och rörelse kan bidra till att förutsäga insektsbeteende och utveckla mer effektiva strategier för att bekämpa gräshoppsplågor.
Med tanke på att gräshoppssvärmar hotar försörjningen för uppskattningsvis en av tio personer, kan vikten av denna forskning inte nog betonas. De förödande effekterna av gräshoppspesten på Afrikas horn mellan 2019 och 2020, som ledde till missväxter och svält, understryker det akuta behovet av förbättrade prognos- och kontrollmekanismer.
Insikten att gräshoppor inte bara agerar som fysiska partiklar, utan som individuella kognitiva agenter med sina egna beslutsprocesser, öppnar upp för nya sätt att kontrollera svärmar. Istället för att enbart förlita sig på storskaliga kontrollåtgärder skulle framtida strategier kunna fokusera mer på att förstå och påverka individuella beslutsprocesser.
Lämplig för detta:
Framtida forskningsinriktningar och ”Centrum för visuell databehandling av kollektiv”
Dessa banbrytande fynd representerar bara början på en ny förståelse av kollektivt beteende. För att ytterligare utveckla detta forskningsområde initierade Iain Couzin "Center for Visual Computing of Collectives" i Konstanz. Detta center, som kommer att vara bland de modernaste anläggningarna för forskning om gruppbeteende, kommer att observera djursvärmar i virtuella holografiska 3D-miljöer och analysera deras rörelser.
Parallellt forskar Couzins team även om rumsligt beslutsfattande hos olika djurarter. En nyligen publicerad studie i PNAS visar hur djur bearbetar komplexiteten i sin omgivning genom att reducera världen till successiva beslut mellan bara två alternativ. Dessa resultat tyder på att grundläggande geometriska principer skulle kunna förklara hur och varför djur rör sig som de gör – ett tillvägagångssätt som också skulle kunna tillämpas för att förstå gräshoppssvärmar.
En ny era i studiet av kollektivt beteende
Forskningen av forskare från Konstanz universitet och Max Planck-institutet för djurbeteende markerar en vändpunkt i förståelsen av kollektivt beteende i djurriket. Genom att utmana den länge etablerade teorin om "självstyrda partiklar" öppnar de upp ett nytt perspektiv som ser gräshoppor och andra djur som individuella beslutsfattare vars kollektiva beteende är resultatet av komplexa kognitiva processer.
Användningen av innovativ virtual reality-teknik har visat sig vara nyckeln till framgång. Den har gjort det möjligt för forskare att dechiffrera den tidigare ogenomträngliga komplexiteten hos djurkollektiv och få grundläggande insikter i svärmorganisation. Dessa fynd kan inte bara revolutionera vår teoretiska förståelse av kollektivt beteende utan också erbjuda praktiska lösningar för att bekämpa gräshoppsplågor som hotar livsmedelssäkerheten världen över.
Arbetet utfört av Iain Couzins team, som redan har tilldelats det prestigefyllda Gottfried Wilhelm Leibniz-priset för sin forskning inom kollektivt beteende, understryker vikten av tvärvetenskaplig forskning i gränssnittet mellan biologi, datavetenskap och fysik. Det visar imponerande hur modern teknik kan hjälpa oss att låsa upp naturens fascinerande hemligheter samtidigt som vi utvecklar praktiska lösningar på angelägna globala problem.
Lämplig för detta:
Din globala marknadsförings- och affärsutvecklingspartner
☑ Vårt affärsspråk är engelska eller tyska
☑ Nytt: korrespondens på ditt nationella språk!
Konrad Wolfenstein
Jag är glad att vara tillgänglig för dig och mitt team som personlig konsult.
Du kan kontakta mig genom att fylla i kontaktformuläret eller helt enkelt ringa mig på +49 89 674 804 (München) . Min e -postadress är: Wolfenstein ∂ xpert.digital
Jag ser fram emot vårt gemensamma projekt.
