Kollektiv dyrs adfærd

Kollektiv dyrs adfærd beskriver den koordinerede adfærd store grupper af lignende dyr og emergente egenskaber af disse grupper. Facetter af dette emne omfatter omkostninger og fordele ved gruppemedlemskab, overførsel af information på tværs af gruppen, gruppens beslutningsprocessen, og gruppen bevægelse og synkronisering. At studere principperne for kollektiv dyreadfærd har relevans for human engineering problemer gennem filosofien om biomimetik. For eksempel kan fastsættelse af regler, som et enkelt dyr navigerer i forhold til sine naboer i en gruppe føre til fremskridt i udbredelsen af ​​og kontrollen med grupper af svømning eller flyvende mikro-robotter såsom UAV'er.

Eksempler

Eksempler på kollektive dyrs adfærd kan nævnes:

  • Flocking fugle
  • Hyrde hovdyr
  • Shoaling og skolegang fisk
  • Sværmer antarktiske krill
  • Bælg af delfiner
  • Marching græshopper
  • Reden bygning myrer

Foreslåede funktioner

Mange funktioner af animalske aggregater er blevet foreslået. Disse foreslåede funktioner kan grupperes i følgende fire kategorier: social og genetiske, anti-rovdyr, forbedret fouragering og øget bevægelse effektivitet.

Social interaktion

Støtte til sociale og genetiske funktion aggregeringer, især dem, der dannes af fisk, kan ses i flere aspekter af deres adfærd. For eksempel har forsøg vist, at enkelte fisk fjernet fra en skole vil have en højere respirationsfrekvens end dem, der findes i skolen. Denne effekt er blevet tilskrevet stress, og effekten af ​​at være sammen med artsfæller synes derfor at være en beroligende en og en kraftfuld social motivation for at forblive i en sammenlægning. Sild, for eksempel, vil blive meget ophidset, hvis de er isoleret fra artsfæller. Fisk skoler er også blevet foreslået at tjene en reproduktive funktion, da de giver øget adgang til potentielle hjælpere.

Beskyttelse mod rovdyr

Adskillige anti-predator funktioner af animalske aggregater er blevet foreslået. En mulig metode, hvorved fisk skoler eller fugleflokke kan forpurre rovdyr er "Predator forvirring effekt 'foreslået og demonstreret af Milinksi og Heller. Denne teori er baseret på tanken om, at det bliver vanskeligt for rovdyr at gå efter individuel bytte fra grupper, fordi de mange bevægelige mål at skabe en sensorisk overbelastning af rovdyr visuelle kanal. Milinski og Heller resultater er blevet bekræftet både i eksperiment og computersimuleringer.

En anden potentiel anti-rovdyr effekt af animalske aggregeringer er "mange øjne" hypotese. Denne teori, at som størrelsen af ​​gruppen stiger, kan opgaven med at scanne miljøet for rovdyr blive spredt ud over mange individer. Ikke alene denne masse samarbejde formentlig give en højere grad af årvågenhed, kunne det også give mere tid til individuel fodring.

En tredje hypotese for en anti-aggressiv virkning af animalsk aggregering er "støder fortynding" effekt. Hamilton, for eksempel, foreslog, at sammenlægning af dyr skyldtes en "egoistisk" undgåelse af et rovdyr, og var således en form for dækning-søger. En anden formulering af teorien blev givet af Turner og Pitcher og blev betragtet som en kombination af detektion og angreb sandsynligheder. I detekteringsbestanddelen af ​​teorien, blev det foreslået, at potentielle byttedyr kan drage fordel ved at leve sammen siden et rovdyr er mindre tilbøjelige til at chance på en enkelt gruppe end en spredt fordeling. I angrebet komponent, mente man, at en angribende rovdyr er mindre tilbøjelige til at spise et bestemt dyr, når et større antal personer er til stede. Alt i alt, en person har en fordel, hvis det er i den største af to grupper, under forudsætning af, at sandsynligheden for detektion og angribe ikke stiger uforholdsmæssigt med størrelsen af ​​gruppen.

Forbedret fouragering

En tredje foreslåede fordel ved dyregrupper er, at forbedret fouragering. Denne evne blev demonstreret ved Pitcher og andre i deres studie af fouragering adfærd i shoaling karpefisk. I denne undersøgelse var den tid det tog for grupper af minnows og guldfisk at finde en patch af fødevarer kvantificeres. Antallet af fisk i grupperne blev varieret, og et statistisk signifikant fald i mængden af ​​nødvendige tid til større grupper at finde fødevarer blev etableret. Yderligere støtte til en forbedret fouragering evne skoler ses i strukturen af ​​skoler af rovfisk. Partridge og andre analyserede skolens struktur almindelig tun fra luftfotos og fandt, at skolen antaget en parabolsk form, et faktum, der var antyder kooperativ jagt i denne art.

Øget bevægelsesevne effektivitet

Denne teori, at grupper af dyr bevæger sig i en flydende miljø kan spare energi, når svømning eller flyvende sammen, meget i vejen, at cyklister kan udarbejde hinanden i en feltet. Gæs flyver i en Vee formation menes også at spare energi ved at flyve i updraft af wingtip vortex genereret af den tidligere dyr i formationen. Ællinger har også vist sig at spare energi ved at svømme i en linje. Øget effektivitet i svømning i grupper er også blevet foreslået til skoler af fisk og antarktiske krill.

Koncernstruktur

Strukturen af ​​store dyregrupper har været vanskeligt at studere på grund af det store antal dyr. Den eksperimentelle fremgangsmåde er derfor ofte suppleret med matematisk modellering af animalske aggregeringer.

Eksperimenterende tilgang

Eksperimenter undersøger strukturen af ​​animalske aggregeringer søge at fastslå 3D position hvert dyr inden for et volumen på hvert tidspunkt. Det er vigtigt at kende den interne struktur i gruppen, fordi denne struktur kan være relateret til de foreslåede motivation for dyr gruppering. Denne evne kræver anvendelse af flere kameraer uddannet på den samme enhed i rummet, en teknik kendt som stereophotogrammetry. Når hundreder eller tusinder af dyr indtager undersøgelsen volumen, bliver det vanskeligt at identificere hver enkelt. Desuden kan dyrene blokere hinanden i de kameravisninger, et problem kendt som okklusion. Når placeringen af ​​hvert dyr på hvert tidspunkt er kendt, kan forskellige parametre, der beskriver den dyregruppe ekstraheres.

Disse parametre omfatter:

Massefylde: Massefylden af ​​et dyr aggregering er antallet af dyr divideret med volumen, der optages af aggregeringen. Densitet kan ikke være en konstant i hele koncernen. For eksempel har stær flokke vist sig at opretholde højere tætheder på kanterne end i midten af ​​flokken, en funktion, der formentlig relateret til forsvar mod rovdyr.

Polaritet: Gruppen polaritet beskriver, hvis gruppens dyrene alle peger i samme retning eller ej. For at bestemme denne parameter, er den gennemsnitlige orientering af alle dyr i gruppen bestemmes. For hvert dyr, er vinkelforskellen mellem dets orientering og gruppen orientering derefter fundet. Gruppen polaritet er gennemsnittet af disse forskelle.

Nærmeste nabo Afstand: Den nærmeste nabo afstand beskriver afstanden mellem det geometriske tyngdepunkt af et dyr og det geometriske tyngdepunkt af dyret nærmest omdrejningspunktet dyr. Denne parameter kan findes for hvert dyr i en samling og derefter gennemsnit. Skal der drages omsorg for at tage højde for dyrene placeret på kanten af ​​et dyr aggregering. Disse dyr har ingen nabo i en retning.

Nærmeste nabo Position: i et polært koordinatsystem, nærmeste nabo position beskriver den vinkel og afstand af den nærmeste nabo til et samlingspunkt dyr.

Packing Fraktion: Pakning fraktion er en parameter lånt fra fysikken til at definere organiseringen af ​​3D dyregrupper. Det er en alternativ foranstaltning til tæthed. I denne parameter, er aggregeringen idealiseret som et ensemble af faste kugler, med hvert dyr på centrum af en kugle. Fraktion Pakningen er defineret som forholdet mellem den samlede mængde besat af alle individuelle sfærer divideret med den samlede mængde af aggregering. Værdierne går fra nul til én, hvor en lille brøkdel pakning repræsenterer en fortyndet system som en gas. CAVAGNA konstateres, at emballagen fraktionen for grupper af stære var 0,012.

Integreret Betinget Density: Denne parameter måler tætheden på forskellige længdeskalaer, og derfor beskriver homogeniteten af ​​tætheden i hele et dyr gruppe.

Par Distribution Funktion: Denne parameter er normalt bruges i fysik til at karakterisere graden af ​​rumlig orden i et system af partikler. Det beskriver også tætheden, men denne foranstaltning beskriver massefylden ved en afstand fra et givet punkt. CAVAGNA et al. fandt, at flokke af stære udviste mere struktur end en gas, men mindre end en væske.

Modeling tilgang

Den enkleste matematiske modeller af animalske aggregater generelt instruere de enkelte dyr at følge tre regler:

  • Bevæge sig i samme retning som din nabo
  • Ligge tæt på dine naboer
  • Undgå kollisioner med dine naboer

Et eksempel på sådan en simulation er Boids program udviklet af Craig Reynolds i 1986. En anden er selvkørende Particle model. Mange nuværende modeller bruger variationer på disse regler. For eksempel, mange modeller gennemføre disse tre regler gennem lagdelte zoner omkring hvert dyr. I zone af frastødning meget tæt på dyret, vil omdrejningspunktet dyr søger at distancere sig fra sine naboer for at undgå en kollision. På lidt længere væk zone af tilpasning, vil et knudepunkt dyr søger at tilpasse sin bevægelsesretning med sine naboer. I den yderste zone af tiltrækning, som strækker sig så langt væk fra omdrejningspunktet dyr, da det er i stand til at fornemme, omdrejningspunktet dyret søger at nå frem til en nabo. Formen af ​​disse zoner vil nødvendigvis blive påvirket af de sensoriske egenskaber af dyret. For eksempel giver synsfeltet af en fugl ikke strække sig bag dens krop. Fisk, på den anden side, er afhængige af både vision og på hydrodynamiske signaler videreformidles gennem sin sidelinje. Antarktiske krill stole på vision og på hydrodynamiske signaler videreformidles gennem sin antenner.

Nylige undersøgelser af stær flokke har imidlertid vist, at hver fugl ændrer sin position i forhold til de seks eller syv dyr direkte omgiver det, uanset hvor tæt eller hvor langt væk disse dyr er. Interaktioner mellem strømmer stære er således baseret på en topologisk reglen snarere end en metrisk regel. Det er stadig uvist, om den samme regel kan anvendes på andre dyr. En anden nylig undersøgelse, baseret på en analyse af høj hastighed kamera optagelser af flokke over Rom og under forudsætning af minimale adfærdsmæssige regler, overbevisende har simuleret en række aspekter af adfærd flok.

Kollektiv beslutningstagning

Samlinger af dyr står over for beslutninger, som de skal gøre, hvis de skal blive sammen. For en skole af fisk, kan et eksempel på en typisk beslutning være hvilken retning at svømme, når konfronteret med et rovdyr. Sociale insekter som myrer og bier skal tilsammen beslutte, hvor at bygge en ny rede. En besætning med elefanter skal beslutte, hvornår og hvor at migrere. Hvordan disse beslutninger lavet? Må stærkere eller mere erfarne 'ledere' øve større indflydelse end andre gruppemedlemmer, eller har gruppen træffe en afgørelse ved konsensus? Svaret formentlig afhænger af arten. Mens rollen som førende matriark i en elefant besætning er velkendt, har undersøgelser vist, at nogle dyrearter bruger en konsensus tilgang i deres kollektive beslutningsproces.

En nylig undersøgelse viste, at små grupper af fisk, der anvendes konsensus beslutningsproces, når de beslutter hvilke fisk model at følge. Fisken gjorde dette ved en simpel quorum regel, at personer overværede andres beslutninger før deres egne beslutninger. Denne teknik generelt resulterede i "korrekt" beslutning, men en gang imellem kaskader ind i "forkerte" beslutning. Hertil kommer, da gruppen størrelse øges, fiskene gøres mere præcise beslutninger i at følge mere attraktiv fisk model. Konsensus beslutningstagning, en form for kollektiv intelligens, bruger således effektivt oplysninger fra flere kilder til generelt at nå den rigtige konklusion.

Nogle simulationer af kollektiv beslutningsproces bruge Condorcet metode til at modellere den måde grupper af dyr kommer til enighed.

  0   0
Forrige artikel Don Rodrigo
Næste artikel Alice Springs Orogeny

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha