Опубліковано: 11 березня 2025 р. / Оновлення з: 11 березня 2025 р. - Автор: Конрад Вольфенштейн
Почоренькі та рой дослідження з віртуальною реальністю: німецькі вчені аналізують коників - зображення: xpert.digital
Дослідження VR розкривають нові структури коників
Прорив у кониках: Довготермінні теорії спростувалися
Коник пустелі мав жахливу репутацію біблійних часів. За допомогою рейвів до 50 мільйонів особин цей тип комах може завдати руйнівної шкоди, вживаючи цілі ділянки оголених і, таким чином, загрожуючи безпеці харчування. Зараз дослідники з Університету Констанца та Інституту поведінкової біології Макса Планка здобули новаторські знання про організацію цих роїв і спростували багато років теорій. За допомогою інноваційної технології віртуальної реальності вчені змогли продемонструвати, що рої коника принципово відрізняються, ніж передбачалося раніше. Це дослідження, опубліковане у відомому спеціалізованому журналі "Science", перевертає попередні пояснювальні моделі догори ногами та дає важливу інформацію, яка може сприяти кращому прогнозуванню та бою коників.
Підходить для цього:
Явище коників та їх глобальний сенс
Пустельні коники (Schistocerca Gregaria) є одними з найбільш вражаючих прикладів колективної поведінки в дикій природі. Політ, який не в змозі літати, настільки зведені німфи, спочатку живуть як місцеві особи. Однак за певних умов вони збираються разом, щоб утворити величезні рейси і починають походити - не безцільно, а в скоординованому русі, ніби вони контролювались у центрі. Ці величезні колективи комах можуть включати до 50 мільйонів тварин і, таким чином, представляти один з найбільших колективів тварин на нашій планеті.
Ефекти таких коників руйнівні. За словами дослідників, вони загрожують життєдіяльності навколо кожної десятої людини у всьому світі. Бетонний приклад цього забезпечив масивну чуму коника на Африканському Рогу між 2019 та 2020 роками, яка спустошила сільськогосподарське виробництво та викликала голод. Наукове дослідження механізмів, що призводять до формування та руху таких роїв, тому не тільки теоретичний інтерес, але й має значне практичне значення для глобальної харчової безпеки.
Попередня теорія: Коники як "самозвістка"
Протягом десятиліть колективну поведінку коників пояснювали за допомогою концепції з теоретичної фізики. У цій моделі комахи розглядаються як "самохідні учасники" (частинки, що керуються самостійно), які вирівнюють свої позиції та напрямки руху на своїх найближчих сусідів. Ця теорія передбачає, що вона є достатньою, якщо люди лише "вступають у ряд" зі своїми прямими сусідами, щоб створити цілісний рух по всьому рою.
Ще одним центральним елементом цього попереднього пояснення було припущення, що щільність тварин є вирішальним фактором для переходу невпорядкованого руху поплавця. Згідно з цією гіпотезою, перехід до скоординованого руху починається, як тільки в обмеженому просторі буде достатньо тварин. Ця теорія здавалася настільки переконливою, що вона служила десятиліттями як стандартна модель для пояснення колективних рухів у дикій природі.
Цікаво, що попередні дослідження під керівництвом Ієна Кузіна, який також бере участь у поточному дослідженні, вже дали інші дивовижні висновки щодо поведінки коників. Його команда виявила, що канібалізм може бути рушійним фактором для пішохідних рухів - коники рухаються вперед, щоб не їсти ззаду. Ця реалізація вже показала, що більш складна поведінка може відігравати певну роль, ніж прості фізичні реакції.
Інноваційний підхід до досліджень: Віртуальна реальність розкриває таємниці рою
Для того, щоб краще зрозуміти складні взаємодії в кредитах коника, дослідницька група навколо Ієна Кузіна з колективу кластера досконалості в Університеті Констанції та Інституту поведінки Макса Планка на революційному підході: віртуальна реальність (VR). "Як відомо, важко визнати механізми взаємодії в мобільних групах тварин", - пояснює Кузін. "Люди впливають один на одного, а також впливає на поведінку інших у складній взаємодії".
Для вирішення цієї проблеми дослідники розробили складну установку VR. Індивідуальні життєві трави були розміщені на рухому кулі, подібно до бігової доріжки, щоб вони могли вільно рухатися. Навколо них вчені проектували до 64 фото -реалістичних віртуальних коників, так що справжні комахи вважали, що вони перебувають у природному рою. Цей інноваційний метод дозволив дослідникам точно перевірити, яка інформація з живої трави була доступною - скільки інших тварин було в їхньому оточенні та в якому вони були.
У особливо показовому експерименті дослідники розмістили справжніх коників між двома віртуальними, тривимірними роями. Ця тестова домовленість дозволила їм перевірити, чи насправді тварини реагують на поведінку своїх прямих сусідів, як передбачалося раніше, і рухаються з ними як рівномірного розчавлення.
Дивні результати: зміна парадигми в дослідженні рою
Результати експериментів були дивними та принципово поставили під сумнів попередню теорію. На відміну від очікування дослідників, справжні коники не рухалися як частина великого рівномірного рою в тому ж напрямку. Натомість вони повернулися в напрямку одного з віртуальних роїв і бігли спеціально до них.
Це спостереження показало вченим, що так звана "оптимоторна реакція" - вроджений рефлекс, який змушує коників слідувати сенсорним враженням від руху - не є причиною координованого колективного руху. Насправді дослідники не знайшли доказів того, що коники вирівнюють своє положення та напрямок руху на основі своїх сусідів.
"Окремі тварини - це не частинки", - пояснює Іен Кузін. "Ми повинні бачити коників як когнітивні, діючі предмети, які спостерігають за своїм оточенням і, на цій основі, приймають свої рішення, куди вони йдуть далі". Зараз дослідники припускають, що розвиток рою набагато більше залежить від кожного окремого коника, ніж раніше.
Експерименти також показали, що тварини іноді відхилялися від спільного курсу, навіть якщо у них були два рої поруч із ними, які бігли в одному напрямку. Крім того, команда не знайшла жодних доказів того, що щільність людей, як передбачалося раніше, була фактором, що викликає руху рою.
Практичне значення для боротьби з кониками
Нові висновки мають далекосяжні практичні наслідки. Краще розуміння основних механізмів формування та руху рою може допомогти передбачити поведінку комах та розробити більш ефективні стратегії боротьби з діапазоном трави.
З огляду на те, що коники загрожують життєдіяльності всіх десятої людини, важливість цього дослідження не повинна бути недооцінена. Руйнівні наслідки чуми коника на Африканський ріг між 2019 та 2020 роками, що призвело до збоїв урожаю та голоду, ілюструє нагальну потребу в кращому прогнозуванні та механізму контролю.
Через усвідомлення того, що коники не просто виступають як фізична частинка, а як індивідуальні когнітивні суб'єкти з власними процесами прийняття рішень, нові підходи до контролю відкритих руйнів. Замість того, щоб покладатися виключно на великі заходи контролю, майбутні стратегії можуть бути орієнтовані на розуміння та впливають на процеси прийняття індивідуальних рішень.
Підходить для цього:
Майбутні напрямки досліджень та «Центр візуальних обчислень колективного»
Нодячувальні висновки представляють лише початок нового розуміння колективної поведінки. Для подальшого просування цієї дослідницької області Іен Кузін у Констанції ініціював "Центр візуальних обчислень колективного". Цей центр, який буде одним із найсучасніших закладів для дослідження групової поведінки, призначений для спостереження за роями тварин у віртуальних голографічних 3D -середовищах та аналізу їх рухів.
У той же час, команда навколо Кузіна також досліджує просторове рішення для різних видів тварин. Нещодавно дослідження, опубліковане в PNAS, показує, як тварини обробляють складність свого навколишнього середовища, зменшуючи світ до послідовних рішень між лише двома варіантами. Ці висновки свідчать про те, що основні геометричні принципи можуть пояснити, як і чому тварини рухаються так, як це роблять - підхід, який також може бути застосований до розуміння коників.
Нова ера в дослідженні колективної поведінки
Дослідження вчених з університету Констанца та Інституту поведінкової біології Макса Планка позначають переломний момент у розумінні колективної поведінки в дикій природі. Питаючи про давно встановлену теорію «самостійних частинок», вони відкривають нову перспективу, коники та інші тварини як індивідуальних осіб, які приймають рішення, колективна поведінка яких є результатом складних когнітивних процесів.
Використання інноваційної технології віртуальної реальності виявилося ключовим фактором успіху. Це дозволило дослідникам розшифрувати раніше непроникну складність колективів тварин та отримати фундаментальну інформацію про організацію роїв. Ці висновки могли не тільки революціонізувати наше теоретичне розуміння колективної поведінки, але й запропонувати практичні рішення для боротьби з кониками, які загрожують харчовій безпеці у всьому світі.
Робота команди навколо Ієна Кузіна, яка вже отримала престижну премію готфріда Вільгельма Лейбніза за його дослідження в галузі колективної поведінки, підкреслює важливість міждисциплінарних досліджень на інтерфейсі біології, інформатики та фізики. Це вражаюче показує, як сучасні технології можуть допомогти нам розшифрувати захоплюючі таємниці природи та в той же час розробити практичні рішення для нагальних глобальних проблем.
Підходить для цього:
Ваш глобальний партнер з маркетингу та розвитку бізнесу
☑ Наша ділова мова - англійська чи німецька
☑ Нове: листування на вашій національній мові!
Конрад Вольфенштейн
Я радий бути доступним вам та моїй команді як особистого консультанта.
Ви можете зв’язатися зі мною, заповнивши тут контактну форму або просто зателефонуйте мені за номером +49 89 674 804 (Мюнхен) . Моя електронна адреса: Вольфенштейн ∂ xpert.digital
Я з нетерпінням чекаю нашого спільного проекту.
