Колективно поведение при животните — механизми, примери и значение

Открийте механизмите, примери и значение на колективното поведение при животните — как групите взимат решения, комуникират и увеличават шансовете си за оцеляване.

Колективното поведение на животните описва и анализира поведението на групи животни. В тези групи животните често са от един и същи вид. Например ято риби ще бъде съставено предимно от един и същи вид риби, а ято птици ще има един и същи вид птици. Стадото е голяма група от копита, тревопасни бозайници.

Животните са склонни да се държат по такъв начин, защото това поведение им носи полза. Групата животни също се държи по различен начин от отделното животно. Колективното поведение на животните е свързано с откриването на правилата, които всяко животно следва; как то общува с другите членове на групата и как се взема решение за извършване на нещо в групата.

Механизми и принципи

Колективните движения и решения се появяват без централен командир, чрез взаимодействия между отделните индивиди. Основните механизми включват:

• Локални правила: всеки индивид реагира само на съседите си (например да поддържа дистанция, да се подравни с посоката на съседите и да се приближи към тях). Такива правила обясняват наблюдения като плавно образуване на ята и струпвания.
• Привличане и отблъскване: баланс между стремеж да останеш близо до групата (за защита или кооперация) и нуждата да не се сблъскваш с други индивиди.
• Синхронизация и подравняване: индивидите копират посоката и скоростта на съседите си, което води до еднородно движение (например при ятото на птици).
• Комуникация: визуални сигнали, звук, химични следи (феромони) или тактилни контакти — различните канали позволяват бърз обмен на информация в групата.
• Кворумни правила и прагова динамика: решения (като смяна на посока или избор на гнездо) често се взимат когато определен брой индивиди подкрепят опция, вместо един доминиращ лидер.
• Стигмергия: косвен обмен чрез промени в средата — например мравките маркират пътища с феромони, които привличат повече мравки и оформят устойчиви следи.
• Лидерство: в някои групи отделни индивиди с по-добра информация или по-висок статус могат да предизвикват промяна в поведението на цялата група, но и това често е контролиранo от локални взаимодействия.

Примери от природата

• Ята от риби: защита от хищници, по-добро ориентиране и ефективно търсене на храна; често наблюдаваме вълнообразни модели на движение и бързи маньоври.
• Ята птици (флокинг): характерни сложни форми в полет — за икономия на енергия и избягване на хищници; демонстрират висока степен на подравняване между индивидите.
• Мравки и термити: изграждане на пътеки, купчини и гнезда чрез феромонни сигнали и стигмергично взаимодействие; делегират задачи и оптимизират пътища към храна.
• Стада копитни (например гну, зебри): масова миграция заради сезонни ресурси; груповият живот намалява риска от индивидуално нападение.
• Пчели: решения за ново място на гнездо чрез „танцувална комуникация“ и кворумни механизми — примери за колективно вземане на решения с висока ефективност.
• Саранча и ларви: плътни роеве/струпвания, предизвикани от индивидуални реакции на контакт и химия, които могат да имат голямо въздействие върху екосистемите и човешката икономика.
• Микроби и бактерии: образуване на биофилми и кооперативни поведения чрез химична комуникация (кворум сензинг) — колективните форми са важни в медицината и индустрията.

Значение и ползи

Колективното поведение носи множество адаптивни предимства, но и някои рискове:

• Защита от хищници: „много очи“ за разпознаване на заплахи и ефект на разреждане на риска (намалява вероятността един индивид да бъде атакуван).
• Енергоспестяване: при движение в група (например птици в клин) индивидуалните разходи за енергия могат да намалеят.
• По-добро търсене на ресурси: груповата информация и споделянето ѝ подобрява намирането на храна и местообитания.
• Ефективно вземане на решения: чрез агрегиране на частични знания на много индивиди групата може да избира оптимални опции (колективна „мъдрост“).
• Социална организация и деление на труда: при насекоми и социални бозайници колективната координация позволява специализация и по-висока ефективност.
• Рискове: бързото разпространение на болести, погрешни „скачания“ към рисковано поведение (информационни каскади) или натрупване при ограничени ресурси.

Как се изучава колективното поведение

Учени използват широк набор от подходи:

• Наблюдение и проследяване: GPS, видеозаписи и автоматичен анализ на движения помагат да се картографират взаимодействията в реално време.
• Експерименти: манипулации с броя на индивидите, информацията, или с възможността за комуникация разкриват причинно-следствени връзки.
• Математически и компютърни модели: агент-базирани модели (например моделът на „Boids“ и моделите на Vicsek) и теория на саморганизацията обясняват как прости правила водят до сложни структури.
• Роботика и изкуствен интелект: симулации и роботи, вдъхновени от биологията, проверяват принципите и имат приложения в логистика, дронове и търсене и спасяване.

Практически приложения и опазване

Разбирането на колективното поведение има приложения в екологията, управлението на популации и технологиите:

• Помага за прогнозиране на миграции и управление на видове, включително предотвратяване на нашествия от вредители.
• Информира стратегии за опазване — например как фрагментация на местообитанията влияе на груповите движения и генетичната вариабилност.
• Вдъхновява дизайна на децентрализирани системи в роботиката, транспорта и комуникациите.

Колективното поведение показва как чрез прости правила и локални взаимодействия могат да възникнат сложни, координирани и адаптивни форми на живот. Разбирането му дава ключ към по-добро опазване на природата и създаване на по-ефективни човешки системи.

Различни функции

Предложени са различни функции, както следва:

1. Защита от хищници.

1.1 Ятото риби е по-добре защитено от хищници, отколкото отделната риба: вж. Един от методите, чрез които ятата риби или птици могат да попречат на хищниците, е "ефектът на объркване на хищника". Тази теория се основава на идеята, че за хищниците е трудно да различават индивидите от групите, тъй като движещите се цели създават сензорно претоварване на зрителния канал на хищника.

1.2 Вторият потенциален антихищнически ефект на животинските струпвания е хипотезата за "многото очи". С увеличаването на размера на групата задачата за сканиране на околната среда за хищници се разпределя между много индивиди. Това дава по-високо ниво на бдителност и позволява повече време за индивидуално хранене.

1.3 Трета възможност е ефектът на "разреждане на срещите". Хамилтън предложи, че струпването на животните се дължи на "егоистично" избягване на хищник и е форма на търсене на прикритие. Друга формулировка на теорията съчетаваше избягване и разреждане. Предполага се, че потенциалната плячка може да има полза от това да живее заедно, тъй като е по-малко вероятно хищник да попадне на една група, отколкото на разпръснато разпределение. Относно нападението се смяташе, че е по-малко вероятно хищникът да изяде дадено животно, когато присъстват по-голям брой индивиди. В обобщение, даден индивид има предимство, ако е в по-голямата от две групи (ако приемем, че вероятността за откриване и нападение не се увеличава непропорционално с размера на групата).

2. По-добро изхранване: Ято риби или група животни се справят по-добре с изхранването.

3. По-лесно придвижване: Групи от животни, които се движат заедно (например риби или птици), пестят енергия. Много от по-големите птици летят на ята. Летенето на ята помага за намаляване на необходимата енергия. Много големи птици летят във V-образна форма, което помага на индивидите да спестят 12-20 % от енергията, която би им била необходима, ако летят сами. При изследвания с радар е установено, че червените канички Calidris canutus и дъновистите Calidris alpina летят с 5 км в час по-бързо в ята, отколкото когато летят сами.

4. Социално взаимодействие: Това може да се наблюдава при риби, като херингата. Ако някое животно бъде отделено от групата, то ще се почувства стресирано.

5. При мигриращите птици или при птиците, които се събират на огромни ята, като например скорците, се проявяват специални фактори. Поведението на птиците има по-голям компонент на учене, отколкото това на рибите. В допълнение към изброените по-горе фактори съществува възможността ятата мигриращи птици да са добри в обучението на първолаците как да извършват успешно миграцията. Специфичните маршрути може да са генетично програмирани или научени в различна степен. Маршрутите, които се избират при миграция напред и обратно, често са различни.

Пустинен скакалец, Schistocerca gregaria: мъжки (горе) и женска (долу) се чифтосват

Рояци

Обичайният термин за насекоми, които не винаги са в постоянна колония, а се движат в голям брой, е рояк. Съществуват много добри примери. Например мравки. Най-добре изследван е скакалецът.

Роене на скакалци

Скакалците са роевата фаза на късороги скакалци от семейство Acrididae. Това са видове, които могат да се размножават бързо при подходящи условия. След това те се събират на големи групи и стават мигриращи. Те образуват групи като нимфи и рояци като възрастни - и двете могат да изминат големи разстояния, бързо да разчистят полетата и да нанесат големи щети на реколтата.

Няма таксономична разлика между видовете скакалци и скакалци, а на английски език терминът "locust" се използва за видовете скакалци, които се променят морфологично и поведенчески при струпване на хора, за да образуват рояци или групи скакалци. Тези промени, или фазовият полиморфизъм, първоначално са били разглеждани като отделни видове.

Изследване на Оксфордския университет показва, че роенето е реакция на пренаселеност. Засилената тактилна стимулация на задните крака води до повишаване на нивата на серотонин. Това кара скакалците да променят цвета си, да ядат много повече и да се размножават много по-лесно. Превръщането на скакалците в рояци се предизвиква от няколко контакта в минута в продължение на четири часа. Смята се, че най-големите рояци са покривали стотици квадратни мили и са се състояли от много милиарди скакалци. Язвите от скакалци се срещат както в Библията, така и в Корана, включително една от библейските язви на Египет, при която скакалците изяждат цялата реколта в Египет.

Моделиране на големи групи

Често се смята, че животните в стадото следват прости правила, като например

1. Движете се в същата посока като съседа си
2. Бъдете близо до съседите си
3. Не се сблъсквайте със съседите си

Последните проучвания показват, че едно животно избира само пет до седем други животни и се приспособява към тях. Това изглежда не зависи от разстоянието. Друг възможен подход при моделирането е да се каже, че всички животни в рамките на определено разстояние се следят за подравняване.

Шест етапа на развитие - от току-що излюпена нимфа до напълно окрилен възрастен. (Melanoplus sanguinipes)

Въпроси и отговори

В: Какво представлява колективното поведение на животните?

В: Можете ли да дадете пример за колективно поведение на животните?

В: Защо животните се държат групово?

Въпрос: Групите животни държат ли се различно от отделните животни?

В: Какво цели да установи изследването на колективното поведение на животните?

В: Какво е стадо?

В: Обикновено ли животните в групата са от един и същи вид?

Търсене по буква