Comportamentul colectiv al animalelor

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Stol de grauri în Danemarca la apus.

Termenul de comportament colectiv al animalelor se referă la acțiunea coordonată a grupurilor mari de animale similare și la proprietățile emergente ale acestor grupuri. Acest subiect include, în fațetele sale, avantajele și dezavantajele apartenenței la grup, transferul de informații în cadrul grupului, luarea deciziilor grupului, locomoția și sincronizarea grupului. Studierea principiilor comportamentului colectiv al animalelor este relevantă în problemele de inginerie umană, conform filosofiei biomimetriei . De exemplu, determinarea regulilor prin care un animal individual își reglează traiectoria în raport cu colegii săi de grup poate duce la progrese în aranjarea și controlul grupurilor de micro- roboți plutitori sau zburători, cum ar fi vehiculele aeriene fără pilot (UAV).

Exemple

Exemple de comportament colectiv al animalelor includ:

Funcțiile propuse

Au fost propuse multe funcții în ceea ce privește agregările de animale. Aceste funcții pot fi grupate în următoarele patru categorii: socială și genetică, anti-prădătoare, îmbunătățirea căutării de alimente și îmbunătățirea eficienței mișcării.

Interacțiune socială

Un exemplu al funcției genetice și sociale a agregărilor, în special a celor formate de pești, poate fi observat în numeroase aspecte ale comportamentului lor. De exemplu, experimentele au arătat că un singur pește scos din școală prezintă o frecvență respiratorie mai mare decât cele din școală. Acest comportament a fost atribuit tensiunii și, prin urmare, pare să calmeze efectul de a fi cu alte elemente ale propriei specii, ceea ce ar constitui o motivație socială puternică pentru a rămâne turma. [1] Heringul, de exemplu, va deveni foarte agitat dacă este izolat de propriul tip. [2] Școlile de pești - s-a propus - ar îndeplini, de asemenea, o funcție de reproducere, deoarece permit un acces mai mare la potențiali parteneri.

Protecție împotriva prădătorilor

Școala de Pterocaesium chrysozonae .

Au fost propuse mai multe exemple de funcții anti- prădător . O metodă potențială prin care școlile de pești sau turmele de păsări ar putea împiedica prădătorii este efectul confundator-prădător propus și demonstrat de Milinski și Heller în 1978. [3] Această teorie se bazează pe ideea că devine dificilă pentru prădători. o singură pradă în cadrul grupurilor, deoarece numeroasele ținte în mișcare creează o supraîncărcare de percepții vizuale asupra prădătorului.

Un al doilea efect potențial anti-prădător al agregărilor animale este ipoteza cu mulți ochi . Această teorie afirmă că, pe măsură ce dimensiunea grupului crește, sarcina de a analiza mediul înconjurător pentru prădători poate fi împărțită între mulți indivizi. Nu numai că această colaborare în masă permite un nivel mai ridicat de vigilență, dar poate permite și mai mult timp pentru nutriția individuală. [4] [5]

O a treia ipoteză este cea a efectului diminuării ciocnirii . Hamilton, de exemplu, a propus că agregarea animalelor se datorează evitării „egoiste” a prădătorului și că, prin urmare, era o modalitate de a căuta adăpost în cadrul grupului. [6] O altă formulare a teoriei a fost dată de Turner și Pitcher și a fost văzută ca o combinație de probabilitate de detectare și probabilitate de atac de către un prădător. [7] În partea teoretică despre detectarea prădătorilor, s-a sugerat că o pradă potențială ar putea beneficia de a trăi într-un grup, întrucât un prădător are mai puține șanse să întâlnească un singur grup decât o distribuție rară de pradă. În partea despre atacul prădătorului, s-a speculat că un prădător atacator este mai puțin probabil să mănânce un anumit individ atunci când există alți indivizi prezenți în număr mare. Pe scurt, o persoană are un avantaj dacă se află în cel mai mare dintre cele două grupuri, presupunând că probabilitatea de detectare și atac nu crește disproporționat cu dimensiunea grupului. [8]

Îmbunătățirea nutriției

Un al treilea beneficiu al adunărilor de animale, printre cele propuse, este cel al îmbunătățirii căutării hranei. Această abilitate a fost demonstrată de Pitcher și de alții în studiile lor despre comportamentul de hrănire în școlile de ciprinide . [9] În acest studiu, a fost măsurat timpul necesar grupurilor de crap și pești aur pentru a localiza hrana. Numărul de pești din grup a fost variat și s-a observat statistic o scădere semnificativă a timpului necesar pentru a găsi alimente în grupuri mai mari. Un sprijin suplimentar pentru capacitatea crescută a școlilor de a găsi hrană este văzut în structura școlilor de pești prădători. Partridge și alții au analizat structura școlii roșii atlantice prin intermediul fotografiilor aeriene și au constatat că școala a luat o formă parabolică, fapt care a demonstrat aplicarea vânătorii cooperative de către această specie (Patridge și colab., 1983). [10]

Eficiență locomotorie crescută

Această teorie afirmă că grupurile de animale care se mișcă într-un mediu fluid pot economisi energie atunci când înoată sau zboară împreună, la fel cum bicicliștii pot ajunge unul pe celălalt, ca echipă. Gâștele care zboară în formare V - se crede -, de asemenea, conservă energia zburând pe curentul ascendent al vârtejurilor aripilor generate de animalul care le precede în formație. S-a dovedit, de asemenea, că rațele conservă energia înotând online. [11] De asemenea, a fost propusă o creștere a eficienței înotului în grup pentru școlile de pești și krilul antarctic .

Structura grupului

Structura grupurilor mari de animale este complexă datorită numărului mare de animale implicate. Din acest motiv abordarea experimentală este adesea combinată cu modelarea matematică a acestor grupuri.

Abordare experimentală

Experimentele care studiază structura grupurilor de animale încearcă să determine poziția spațială a fiecărui animal într-un volum dat în fiecare unitate de timp. Este important să cunoașteți structura internă a grupului, deoarece aceasta poate fi legată de motivațiile care au determinat animalele să se miște în grup. Pentru a obține aceste date, se folosesc camere diferite care filmează aceeași porțiune de spațiu din unghiuri diferite, conform tehnicii de fotogrametrie . Când sute sau mii de animale ocupă volumul studiat, devine complex să distingem fiecare individ, în plus animalele se pot alinia și ascunde reciproc. Dacă puteți depăși aceste probleme, puteți cunoaște poziția fiecărui individ în timp și pot fi derivați diferiți parametri descriptivi din analiza datelor obținute.

Printre acestea se numără:

  • Densitate : densitatea unui grup este raportul dintre numărul de animale și volumul (sau suprafața) ocupat de întregul grup. Densitatea poate varia în diferite părți ale grupului. [12]
  • Polaritate : polaritatea grupului indică dacă grupul de animale se confruntă sau nu în aceeași direcție. Pentru a calcula acest parametru, se determină direcția medie în care se confruntă membrii grupului și apoi se găsește diferența dintre această valoare și direcția reală a fiecărui animal. Polaritatea este media acestor diferențe. [13]
  • Distanța de la cel mai apropiat individ : distanța de la cel mai apropiat individ (NND, din limba engleză: Near Neighbor Distance) este distanța dintre centrul de greutate al unui animal (numit animal focal) și centrul de greutate al celui mai apropiat animal. Se identifică valoarea pentru fiecare individ și apoi se calculează media tuturor indivizilor din grup. Pentru animalele plasate la marginile grupului, trebuie luată în considerare lipsa animalelor într-una sau mai multe direcții.
  • Poziția celui mai apropiat individ : într-un sistem de coordonate polare, indică unghiul și distanța dintre fiecare animal și cel mai apropiat dintre celelalte animale din grup.
  • Factorul de stivuire : Factorul de stivuire este un parametru împrumutat de la fizică pentru a defini organizarea unui grup de animale în 3 dimensiuni. Este o măsură alternativă la densitate. Pentru calcularea acestui parametru, grupul este idealizat ca un set de sfere solide, cu o sferă centrată pe fiecare animal. Factorul de stivuire este definit ca raportul dintre volumul total ocupat de sfere și volumul total ocupat de grup (incluzând astfel spațiul dintre sfere). Valoarea este între zero și unu. [14]
  • Densitate condițională integrată : Acest parametru măsoară densitatea la diferite scale de lungime și, prin urmare, descrie omogenitatea densității în cadrul grupului animal. [14]
  • Funcția de distribuție a cuplului : Acest parametru este de obicei utilizat în fizică pentru a caracteriza gradul de ordine spațială într-un sistem de particule. De asemenea, descrie densitatea relativă la o anumită distanță de un punct fix (deci de cuplu ). Cavagna și echipa sa au descoperit că turma de grauri prezintă o structură intermediară între cea a unui gaz și cea a unui lichid . [14]

Modelare

Diagramele ilustrează diferența dintre „distanța metrică” și „distanța topologică” într-o școală de pești

Cele mai simple modele matematice care descriu grupuri de animale urmează trei reguli:

  1. Mutați-vă în aceeași direcție ca și animalele din jurul vostru
  2. Stai aproape de animalele din jurul tău
  3. Evitați să vă ciocniți de animalele din jurul vostru

Exemple de acest tip de simulări sunt programul Boids , creat de Craig Reynolds în 1986, și sistemele SPP (particule autopropulsate). Multe dintre modelele actuale folosesc variații ale acestor trei legi, de exemplu, multe modele împart spațiul care înconjoară fiecare animal în zone diferite și în fiecare zonă cele trei reguli capătă o importanță diferită: în zona cea mai apropiată de fiecare animal regula „Evitați coliziunea cu vecinii este o prioritate, în timp ce în intervalul intermediar prevalează încercarea de a menține aceeași direcție cu vecinii, în cele din urmă, dacă un element se îndepărtează excesiv de unul dintre celelalte animale care îl înconjoară, acesta intră în zona de atracție, unde obiectivul principal este pentru a încerca să te apropii de partenerul tău. Forma acestor zone este în mod necesar influențată de capacitățile senzoriale ale animalului. De exemplu, câmpul vizual al unei păsări nu se extinde în partea din spate a corpului, în timp ce peștii se pot baza atât pe semnale de vedere, cât și pe semnale hidrodinamice care vin la margine .

Studii recente asupra turmelor de storni au arătat, totuși, că fiecare pasăre își schimbă poziția față de cele șase sau șapte animale care o înconjoară direct, indiferent de cât de apropiate sau îndepărtate sunt aceste animale. [15] Interacțiunile dintre inversările în zbor se bazează, așadar, pe o regulă topologică mai degrabă decât pe o regulă metrică . Rămâne de văzut dacă aceeași regulă se aplică și celorlalte animale.

Luați decizii ca grup

Un grup de animale, dacă vor să rămână uniți, se confruntă cu problema cum să ia decizii colective. Pentru o școală de pești, de exemplu, o decizie de luat ar putea fi ce să facem în fața unui prădător. În cazul insectelor sociale, cum ar fi furnicile sau albinele, problema ar putea fi să decidem împreună unde să construim un nou cuib; [16] pentru o turmă de elefanți , când și unde să se mute. Cum se iau aceste decizii? Sunt cei mai puternici sau cei mai experimentați indivizi, care exercită o influență mai mare decât ceilalți membri asupra grupului, decid sau grupul își ia decizia „democratic”? Răspunsul depinde de specie. În timp ce rolul unui matriarh care acționează ca lider într-o turmă de elefanți este bine cunoscut, alte studii au arătat că la unele specii de animale decizia depinde de consens.

Un studiu recent a arătat că grupuri mici de pești folosesc acest sistem atunci când decid ce comportament să urmeze. Peștii fac acest lucru într-un mod foarte simplu: fiecare se uită la decizia luată de celălalt înainte de a-și lua propria. Această tehnică duce în general la o decizie corectă, dar nu întotdeauna. De asemenea, pe măsură ce numărul membrilor grupului crește, peștii iau decizia mai atent. [17] Luarea unei decizii prin „consultare” este o formă de inteligență colectivă, de fapt folosește informații din mai multe surse pentru a ajunge în general la concluzia corectă.

Unele simulări de decizie de grup folosesc metoda Condorcet pentru a exprima modalitățile prin care grupurile de animale ajung la un consens unanim.

Notă

  1. ^ Abrahams, M. și Colgan, P. Riscul de prădare, eficiența hidrodinamică și influența lor asupra structurii școlii. Environmental Biol of Fishes 13, 3, pp 195-202, 1985.
  2. ^ Partridge, B., Pitcher, T., Cullen, M. și Wilson, J. Structura tridimensională a școlilor de pește. Behav Ecol and Sociobiology 6: 4, pp 277-288. 1980.
  3. ^ Milinski, H. și Heller, R. Influența unui prădător asupra comportamentului optim de hrănire a colilor. Natura 275, pp642-644. 1978.
  4. ^ Roberts, G. De ce vigilența individuală crește pe măsură ce crește dimensiunea grupului. Anim Behav. 51. pp 1077-1086. 1996.
  5. ^ Lima, S. Înapoi la elementele de bază ale vigilenței anti-prădătoare: efectul dimensiunii grupului. Comportamentul animalelor 49: 1. pp. 11-20. 1995.
  6. ^ Hamilton, WD Geometry pentru turma egoistă. J. Theor Biology 31, pp. 295-311. 1971
  7. ^ Turner, G. și Pitcher, T. Reducerea atacului: un model pentru protecția grupului prin evitare și diluare combinate. American Naturalist 128: 2, pp228-240. 1986.
  8. ^ Krause, J., Ruxton, G. și Rubenstein, D. Există întotdeauna o influență a dimensiunii șoldului asupra succesului de vânătoare de prădători? Journal of Fish Biology 52, pp 494-501. 1998.
  9. ^ Pitcher, T., Magurran, A. și Winfield, I. Peștii din grămezi mai mari găsesc mâncarea mai repede. Comportă-te. Ecol. și Sociobiologie 10: 2, 1982.
  10. ^ Partridge, B. Johansson, J și Kalish, J. Structura școlilor de ton roșu uriaș din Golful Cape Cod. Biologia de mediu a peștilor 9: 3-4. pp. 253. 1983.
  11. ^ Pește, FE Cinematica rațelor care înoată în formație: consecințele poziției. (1995) Journal of Experimental Zoology 273: 1-11.
  12. ^ M. Ballerini, N. Cabibbo, R. Candelier, A. Cavagna, E. Cisbani, I. Giardina, A. Orlandi, G. Parisi, A. Procaccini, M. Viale și V. Zdravkovic (2008) 'Empirical investigarea efectivelor de storni: un studiu de referință în comportamentul colectiv al animalelor „Comportamentul animalului 76 (1): 201-215.
  13. ^ Viscido, S., Parrish, J. și Grunbaum, D. (2004) Comportamentul individual și proprietățile emergente ale școlilor de pești: o comparație a observației și a teoriei. Marine Ecology Progress Series 273: 239-249.
  14. ^ a b c Cavagna, A., Cimarelli, Giardina, Orlandi, Parisi, Procaccini, Santagati și Stefanini. (2008). Noi instrumente statistice pentru analiza structurii grupurilor de animale. Biosciences Mathematical 214: 32-37.
  15. ^ M. Ballerini, N. Cabibbo, R. Candelier, A. Cavagna, E. Cisbani, I. Giardina, V. Lecomte, A. Orlandi, G. Parisi, A. Procaccini, M. Viale și V. Zdravkovic ( 2008) „Interacțiunea care guvernează comportamentul colectiv al animalelor depinde de distanța topologică și nu metrică: dovezi dintr-un studiu de teren” PNAS 105: 1232-1237.
  16. ^ Sumpter, D. http://www.collective-behavior.com/index.html
  17. ^ Sumpter, D., Krause, J,. James, R., Couzin, I. și Ward, A. (2008). Luarea deciziilor prin consens de către pești. Current Biology 18: 1773-1777.

Elemente conexe

Animale Portalul Animalelor : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu Animalele
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Comportament_colectiv_de_animale&oldid=118962801 ”