El primero en el grupo: el primero en caer: evaluación de los riesgos de liderazgo en grupos de animales autoorganizados

Un montón de ramitas es mucho más difícil de romper que una ramita. Esta metáfora en sus diversas variaciones nos dice que hacer frente a algo solo será mucho más difícil que en un grupo. Y en muchos sentidos esto es cierto, pero no tan simple. En la naturaleza, los animales, carnívoros y herbívoros, a menudo se reúnen en grupos, rebaños, escuelas, etc. Pero a diferencia de las barras metafóricas, todos los miembros del grupo no son equivalentes, ya que hay líderes y seguidores: alguien corre celosamente hacia adelante, alguien acecha en el centro y alguien teje la cola. Y aquí surge la pregunta: cuál es el precio del liderazgo y cuáles son los beneficios, especialmente si se consideran las especies de animales que son la comida favorita de alguien.

Hoy nos familiarizaremos con un estudio en el que los científicos realizaron una serie de experimentos inusuales con peces depredadores y un banco de peces artificial, lo que nos permitió determinar los lados positivos y negativos de la posición en el grupo bajo el prisma de la conexión presa-depredador. ¿Qué es más fatal en la cola, cuáles son los pros y los contras del liderazgo, cómo se ve un banco de peces a través de los ojos de un depredador? Encontraremos respuestas a todas estas preguntas en el informe de los científicos. Vamos

Base de estudio

Como dije antes, muchas especies de organismos vivos en el planeta se agrupan en grupos. Es más fácil lidiar con todas las dificultades de la vida en la naturaleza: los pingüinos pueden sobrevivir al terrible frío reuniéndose en grupos densos y calentándose mutuamente con el calor de sus cuerpos; el orgullo de los leones caza juntos, rastrea, rodea e intercepta presas, lo que aumenta las posibilidades de éxito; El movimiento caótico (pero no aleatorio) de la bandada de pájaros pequeños interfiere en gran medida con las aves de rapiña que los cazan, etc.


Pingüinos emperador que se enfrentan a un terrible frío, viento y muchos meses de noche.

Y, nuevamente, en muchos grupos hay un individuo que lidera a todos los demás, aunque no siempre de manera consciente. En grupos autoorganizados (pájaros o peces), dicho individuo se encuentra al frente del grupo, es decir, al frente. Esta situación le brinda al líder la primera oportunidad de recibir información sobre el medio ambiente (la presencia de alimentos, barreras, peligros, etc.), por lo tanto, puede tomar decisiones que pueden afectar las acciones de todo el grupo. El principal beneficio para el individuo líder radica precisamente en la masividad del grupo dirigido por él, que realiza las acciones necesarias para mantener la vida del líder y el grupo al mismo tiempo.

Los científicos siempre han llamado a los depredadores el principal inconveniente del liderazgo en el movimiento de grupos de animales, porque el frente de la bandada / escuela puede enfrentar el peligro con mucha más frecuencia, y es más fácil para los depredadores navegar a los principales individuos durante la caza. Sin embargo, no se han llevado a cabo experimentos previamente para confirmar o refutar esta teoría.


Bandada de estorninos autoorganizada: un espectáculo de increíble belleza.

Las observaciones, que pueden confirmar la teoría del liderazgo, son muy ambiguas. Los investigadores señalan que la determinación de los líderes y seguidores en grupos autoorganizados de animales ocurre precisamente debido a la autoorganización de todo el grupo, pero el liderazgo y el seguimiento (después del líder) están asociados con otros factores. Muy a menudo, una tendencia al liderazgo se asocia con una determinación impulsada por más información o más necesidad. Es decir, la posición al frente del grupo la toman a menudo personas más grandes, más hambrientas, menos riesgosas y menos sociales. Rasgos similares pueden ser peligrosos para las personas. En otras palabras, es difícil evaluar cuál es más peligroso: el liderazgo en el grupo o solo el frente del grupo.

También surge la pregunta: si ser un líder es tan peligroso, ¿tal vez deberías dejar el grupo? Quizás la soledad sea más segura que vivir en una manada. Tanto la primera como la segunda opción tienen ventajas y desventajas relacionadas con los depredadores. Sin embargo, para abandonar el grupo, el individuo debe cambiar completamente sus prioridades de social a focalizado (es decir, supervivencia). Por otro lado, si ser un líder en un grupo sigue siendo un poco más seguro que nadar solo, el comportamiento social se convierte en una prioridad.

Muchas preguntas, pocas observaciones, como ya entendimos. Por lo tanto, los científicos decidieron poner todo en su lugar y comprender qué y cómo funciona en la esfera social de los grupos de animales que son atacados por los depredadores. Para esto, se desarrolló un sistema especial de minería virtual artificial. Al tener un control total sobre el comportamiento de cada una de las unidades de este grupo, los científicos pudieron comprender las acciones del depredador en relación con los líderes y seguidores, así como con las unidades separadas del grupo.

Preparación del estudio

Los peces depredadores del espinoso capturados en el río Carey (Inglaterra) actuaron como participantes vivos en el experimento. En el laboratorio, se colocaron en acuarios de vidrio (40x70x35 cm) con un sistema de recirculación que fluye y una temperatura de 15-16 ° C. Cada uno de los acuarios fue habitado por aproximadamente 40 individuos, que fueron alimentados regularmente dos veces al día (excepto los días en que se realizaron las pruebas).

La proyección del modelado de agente * en la pared frontal del acuario se utilizó como presa, lo que permitió observar completamente las pruebas. Los científicos utilizaron el existente, que cambiaron a través de Netlogo 5.0.5, como base de su modelo de comportamiento.

El modelado de agentes * es un método de simulación que estudia el comportamiento de los agentes descentralizados y el efecto de dicho comportamiento en el comportamiento del sistema en su conjunto.

El grupo de extracción artificial consistió en 1 líder, 4 seguidores y 2 unidades sociales. El líder y los seguidores fueron programados para no reaccionar ante el comportamiento de las unidades antisociales.

Cada unidad esclava estaba atada a un líder y otros esclavos, de modo que la distancia entre ellos era de 6,5 cm. Las unidades esclavas también podían actuar como un líder, si eso no estaba cerca. Por lo tanto, el movimiento del grupo siempre ha sido de la cabeza a la cola, es decir, siempre ha habido un líder y 1-2 unidades impulsadas.


Imagen No. 1: A - el espinoso ataca el punto diseñado (producción artificial) en la pared del acuario; En - la posición y trayectoria del movimiento de extracción artificial (el color determina el tipo de unidad).

Una pequeña explicación sobre la distribución del color de los tipos de unidades en la imagen 1B :

• violeta: una unidad solitaria (asocial) (ausencia de otras unidades dentro de la distancia umbral);
• negro: dirección incorrecta (hay unidades adyacentes dentro de la distancia umbral, pero se mueven a lo largo de un camino que no coincide con la unidad negra);
• azul: la unidad principal (principal);
• verde: una unidad en el medio del grupo;
• el amarillo es la unidad en la cola del grupo.

Se aplicaron reglas de comportamiento que regulaban los tipos de unidades de producción, lo que permitió obtener diferentes comportamientos de todo el sistema. Por lo tanto, el depredador (pez) tuvo la oportunidad de elegir entre una unidad líder, impulsada o asocial. La posición inicial de todas las unidades fue aleatorizada. Todas las unidades se presentaron en la pantalla en forma de puntos rojos (2.5 mm), que recuerdan, según los científicos, a Daphnia (crustáceo planctónico).

Dafnia

Cuando el sistema estuvo completamente listo, se colocó un pez en el acuario de prueba (como recordamos, hambriento). El hecho del ataque a la unidad fue la aceleración del pez en su dirección, la apertura de la boca y el contacto con la pantalla en la que se proyectó la unidad.

Resultados del experimento

Un total de 133 de 201 peces atacaron presas artificiales al menos una vez durante las pruebas, cada una de las cuales duró 10 minutos. Para minimizar los cambios de comportamiento en el depredador asociados con la incapacidad de comer presas virtuales, los científicos tomaron en cuenta solo un ataque por prueba en los cálculos posteriores.

Para determinar qué comportamiento de presa virtual fue decisivo en cuestiones de presa-depredador, los científicos compararon ocho modelos lineales generalizados binomiales que predijeron qué presa atacó el pez depredador en función de diversas variables explicativas.



Arriba hay una tabla de variables explicativas, es decir, una tabla de modelos que usan una u otra variable en los cálculos: posición, número de vecinos cercanos, unidad de soledad o no (ya sea solitaria o no), tamaño total del grupo (total tamaño de la oración), presa con atracción, tipo de presa, presa aparece modelo social y nulo / no hay variables explicativas.

AICc * : criterio de información de Akaike, modificado para un tamaño de muestra pequeño.

El análisis mostró que la presencia de al menos alguna variable es naturalmente mejor que su ausencia. Los modelos que usaban la separación de presas en tipos (seguidores, líderes y antisociales) mostraron que los líderes y los ermitaños son atacados con mayor frecuencia por los depredadores. Pero el modelo, en el que el líder y los seguidores estaban en la misma categoría, no fue confirmado por observaciones reales, es decir, el riesgo de los depredadores varía según el tipo de unidad en el grupo (líder, en el medio del grupo o en la cola).

El más indicativo fue el modelo que tiene en cuenta el comportamiento de la víctima (unidades modelo) durante el ataque, junto con la separación de presas por tipo. En otras palabras, cada unidad se programó originalmente para un comportamiento específico, es decir, escribir (estar al frente, seguir al líder o mantenerse alejado del grupo completo). Sin embargo, el comportamiento real durante la prueba en sí fue mucho mayor.

Un aumento en el número de grupos redujo el riesgo de ataques de depredadores. Además, un modelo que tiene en cuenta no solo el número, sino también la posición de una unidad individual en relación con los demás, resultó ser más probable. También era probable un modelo en el que el tamaño del grupo desempeñara un papel importante, no su densidad, es decir, la distancia entre las unidades individuales.

Después de analizar todos los modelos posibles, los científicos llegaron a la conclusión de que es necesario tener en cuenta todos los factores posibles, por extraño que parezca. Se debe prestar más atención a las variables de comportamiento en lugar de los números y la distancia entre el depredador y la presa.


Imagen No. 2: el riesgo de ataque depende de la posición de la presa (morado - asocial; negro - en el grupo, pero no en la misma dirección; azul - líder (líderes); verde - en el medio del grupo y amarillo - en la cola del grupo).

El mayor riesgo de ser atacado fue con unidades asociales (el círculo púrpura en el gráfico de arriba). Este indicador confirma la teoría de que el liderazgo es aún más seguro que el aislamiento total del grupo. Incluso una unidad que no se mueve como un grupo completo es más segura que una asocial.

Si consideramos el grupo ideal, cuando todas las unidades están alineadas en una dirección, los científicos vieron una gradación clara del grado de riesgo (de mayor a menor), al comienzo del grupo, en la cola y en el medio. Los científicos esperaban que el grado de riesgo para las unidades en el medio del grupo y en la cola sería significativamente diferente, pero esto no fue así.

Se puede suponer que estar en la cola no es menos peligroso que estar al frente de un grupo. No en vano, en muchas películas de terror, el monstruo a menudo ataca a un grupo de personas desde la cola. Sin embargo, estos estudios sugieren que tanto en la cola como en el medio del grupo, el riesgo de ser comido es casi el mismo, aunque significativamente menor que al principio.

Vale la pena señalar que en la simulación de presa utilizada, el comportamiento de las unidades fue estocástico y cambió con el tiempo cuando la unidad se fue o se unió al grupo. Por lo tanto, durante las simulaciones del ataque del depredador, hubo muchas variaciones de presas. Para tener en cuenta todas estas variaciones, los científicos han desarrollado una prueba especial en la que se simuló un depredador aleatorio, eligiendo presas durante cada simulación con la misma probabilidad. Curiosamente, dada esta aleatorización, el modelo de producción basado en su posición dentro / fuera del grupo resultó ser el más aceptable en comparación con otros.

Luego, los científicos necesitaban descubrir el mecanismo para elegir una víctima de un depredador. Para hacer esto, el riesgo de ataque se calculó dependiendo de la distancia al objetivo del ataque, las diferencias en las trayectorias y rumbo * a la unidad de producción vecina más cercana al frente (de toda la producción con rumbo <90) y detrás (de toda la producción con rumbo> 90).

El rumbo * es el ángulo horizontal entre la parte norte del meridiano del observador y la dirección desde el punto de observación hasta el objeto.

Entre todas las variables, el mayor poder explicativo para predecir el riesgo de un ataque fue precisamente la distancia a la unidad más cercana antes de la presa (objetivo del ataque), seguido del factor de la distancia a la unidad más cercana detrás de la presa y la diferencia en la dirección del movimiento con la unidad más cercana al frente.


Video de observaciones de varias variantes del ataque de un depredador contra una determinada presa.

El riesgo de ser víctima de un ataque de depredador era mínimo si la unidad estaba en el medio del grupo, la distancia entre ella y las unidades vecinas delante y detrás era lo suficientemente pequeña, y la dirección de movimiento de todas las unidades era la misma. La orientación de las unidades vecinas no tuvo mucho efecto sobre el riesgo de ataque. En otras palabras, es suficiente estar entre dos unidades de producción para aumentar sus posibilidades de no ser comido.

Como resultado, de acuerdo con los datos de modelado, el depredador ataca a una determinada presa no por casualidad, pero el riesgo de la presa se debe a su posición en el grupo, la diferencia en la dirección del movimiento y el rumbo de los vecinos (un pequeño factor de influencia).

Además, los depredadores pueden elegir a quién atacar, es decir, no atacar de inmediato. La elección de la víctima dependerá no solo de la información disponible sobre el grupo en este momento, sino también cuando se tengan en cuenta los posibles cambios en su configuración en el futuro. Es decir, el depredador puede esperar el momento adecuado para atacar, según el patrón de comportamiento del grupo o la presa individual.

Para probar esta teoría, los científicos analizaron los resultados de simulaciones con depredadores vivos y presas artificiales. Era necesario calcular qué patrones de comportamiento de presas usaba el depredador con más frecuencia para atacar o atacaba en un orden aleatorio.

Un análisis de los datos (más de 19,000 muestras) mostró que el depredador elige un cierto momento para el ataque cuando hay más unidades individuales a su alrededor.


Imagen No. 3

El gráfico anterior muestra las proporciones de los ataques según la posición de la presa. Los círculos son indicadores de ataques durante las observaciones experimentales. Las áreas coloreadas en el gráfico muestran la distribución del porcentaje esperado de ataques para cada posición de presa: si el depredador atacó a la víctima al azar en los mismos casos que en los ataques observados (áreas más oscuras) o en muestras de simulación seleccionadas (áreas más claras).

Si los ataques observados (círculos) están fuera del área coloreada, entonces apuntar a un depredador a una presa específica fue selectivo y no accidental.

Para un conocimiento más detallado de los matices del estudio, le recomiendo que examine el informe de los científicos y los materiales adicionales .

Epílogo

Este estudio es la primera evidencia real de una teoría que afirma que un individuo al frente de un grupo tiene un mayor riesgo de ser atacado por depredadores. Al mismo tiempo, el riesgo puede reducirse si el líder se encuentra a una distancia suficientemente pequeña de los individuos liderados por él. Los científicos también confirmaron el hecho de que estar en un grupo (incluso en una posición de liderazgo) es mucho más seguro que moverse individualmente.

Por lo tanto, el líder del grupo no solo debe ocuparse de lograr el objetivo (por ejemplo, buscar comida), sino también monitorear la integridad del grupo, es decir, su construcción, que es extremadamente importante no solo para las personas que lidera, sino también para su propia supervivencia. En el futuro, los investigadores tienen la intención de averiguar exactamente qué acciones debe tomar el líder del grupo para lograr los objetivos anteriores.

Este trabajo, por supuesto, no puede llamarse una revelación, pero proporcionó datos reales que confirmaron lo que anteriormente era solo una teoría que no se ha probado en la práctica. Ser un líder significa saber lo que necesita todo el grupo. Ser un líder es rentable y peligroso al mismo tiempo: primero puedes llegar a la comida o puedes convertirte en el primero. A pesar de los riesgos que acompañan al liderazgo en la naturaleza, los animales continúan formando grupos donde hay seguidores y líderes. Quizás, a cierto nivel genético, entiendan que las posibilidades de supervivencia en el grupo son mayores que por separado, incluso si usted es un líder.



Gracias por mirar, mantén la curiosidad y que tengan un gran fin de semana a todos, muchachos. :)

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