الأول في المجموعة - أول من يسقط: تقييم مخاطر القيادة في مجموعات الحيوانات المنظمة ذاتياً

حفنة من الأغصان يصعب كسرها أكثر من غصين واحد. يخبرنا هذا الاستعارة في أشكاله المختلفة أن التعامل مع شيء بمفرده سيكون أصعب بكثير منه في المجموعة. وهذا صحيح من نواح كثيرة ، ولكن ليس بهذه البساطة. في البرية ، تتجمع الحيوانات والحيوانات آكلة اللحوم والحيوانات العاشبة في مجموعات أو قطعان أو مدارس ، إلخ. ولكن على عكس القضبان المجازية ، فإن جميع أعضاء المجموعة ليسوا متكافئين ، فهناك قادة وأتباع: شخص ما يعمل بحماس إلى الأمام ، شخص ما يتربص في الوسط ، وشخص ما ينسج في الذيل. وهنا يثور السؤال - ما هو ثمن القيادة وما هي فوائدها ، خاصةً إذا تم النظر في أنواع الحيوانات التي تعتبر الطعام المفضل لشخص ما.

اليوم سوف نتعرف على دراسة أجرا فيها العلماء عددًا من التجارب غير العادية على الأسماك المفترسة ومدرسة أسماك اصطناعية ، مما سمح لنا بتحديد الجوانب الإيجابية والسلبية للموقف في المجموعة تحت منظور اتصال المفترس. ما هو أكثر قاتلة في قائمة الانتظار ، ما هي إيجابيات وسلبيات القيادة ، كيف تبدو مدرسة الأسماك من خلال عيون المفترس؟ سوف نجد إجابات لكل هذه الأسئلة في تقرير العلماء. دعنا نذهب.

أساس الدراسة

كما قلت سابقًا ، يتم تجميع العديد من أنواع الكائنات الحية على هذا الكوكب في مجموعات. من الأسهل التعامل مع كل مصاعب الحياة في الحياة البرية: يمكن لطيور البطريق البقاء على قيد الحياة من البرد الرهيب من خلال التجمع في مجموعات كثيفة وتسخين بعضها البعض بدفء أجسادها ؛ فخر الأسود يطارد سويًا ويتعقب الفرائس ويحيط بها ويعترضها ، مما يزيد من فرص النجاح ؛ إن الحركة الفوضوية (وليس العشوائية) لسرب الطيور الصغيرة تتداخل بشكل كبير مع الطيور التي تصطادها ، إلخ.


طيور البطريق الإمبراطور تواجه البرد والرياح الرهيبة وشهور طويلة من الليل.

ومرة أخرى ، في العديد من المجموعات ، هناك فرد واحد يقود كل الآخرين ، وإن لم يكن ذلك بوعي دائم. في مجموعات ذاتية التنظيم (الطيور أو السمك) ، يقع هذا الفرد على رأس المجموعة ، أي أمامه. يمنح هذا الموقف القائد الفرصة الأولى لتلقي معلومات حول البيئة (وجود الطعام ، الحواجز ، الأخطار ، إلخ) ، وبالتالي يمكنه اتخاذ القرارات التي يمكن أن تؤثر على تصرفات المجموعة بأكملها. تكمن الفائدة الرئيسية للفرد الرائد على وجه التحديد في ضخامة المجموعة التي تقودها ، والتي تقوم بالإجراءات اللازمة للحفاظ على حياة القائد والمجموعة في نفس الوقت.

لطالما وصف العلماء الحيوانات المفترسة بأنها العائق الرئيسي للقيادة في تحريك مجموعات من الحيوانات ، لأن واجهة القطيع / المدرسة قد تواجه خطرًا في كثير من الأحيان ، ومن السهل على الحيوانات المفترسة التنقل بين الأفراد القياديين أثناء الصيد. ومع ذلك ، لم يتم إجراء أي تجارب سابقة لتأكيد أو دحض هذه النظرية.


قطيع من الزرزور منظم ذاتيًا: مشهد من الجمال المذهل.

الملاحظات ، التي يمكن أن تؤكد نظرية القيادة ، غامضة للغاية. يلاحظ الباحثون أن عزم القادة والأتباع في مجموعات الحيوانات المنظمة ذاتيا يحدث بالتحديد بسبب التنظيم الذاتي للمجموعة بأكملها ، لكن القيادة والمتابعة (بعد الزعيم) ترتبط بعوامل أخرى. في أغلب الأحيان ، يرتبط الميل إلى القيادة بعزم مدفوع بمزيد من المعلومات أو حاجة أكبر. بمعنى آخر ، يتم شغل المنصب على رأس المجموعة من قبل أفراد اجتماعيين أكبر وأكثر جوعًا وأقل خطورة وأقل خطورة. سمات مماثلة يمكن أن تكون خطرة على الأفراد. بمعنى آخر ، من الصعب تقييم أيهما أكثر خطورة - القيادة في المجموعة أو مجرد مقدمة المجموعة.

السؤال الذي يطرح نفسه هو أيضًا: إذا كان القائد خطيرًا جدًا ، فربما يجب عليك مغادرة المجموعة؟ ربما ستكون الوحدة أكثر أمانًا من العيش في عبوة. كلا الخيارين الأول والثاني لهما مزايا وعيوب تتعلق بالحيوانات المفترسة. ومع ذلك ، من أجل ترك المجموعة ، يجب على الفرد أن يغير أولوياته بالكامل من اجتماعي إلى تركيز (أي البقاء). من ناحية أخرى ، إذا كنت لا تزال قائداً في مجموعة أكثر أمانًا من السباحة بمفردك ، يصبح السلوك الاجتماعي أولوية.

أسئلة كثيرة ، عدد قليل من الملاحظات ، كما فهمنا بالفعل. لذلك ، قرر العلماء وضع كل شيء في مكانه وفهم ما وكيف يعمل في المجال الاجتماعي لمجموعات من الحيوانات التي تتعرض للهجوم من قبل الحيوانات المفترسة. لهذا ، تم تطوير نظام خاص للتعدين الافتراضي الاصطناعي. بعد أن سيطروا تمامًا على سلوك كل وحدة من هذه المجموعة ، تمكن العلماء من فهم تصرفات المفترس فيما يتعلق بالقادة والأتباع ، وكذلك الوحدات المنفصلة عن المجموعة.

إعداد الدراسة

كانت الأسماك المفترسة لسمك الشوكة المصطاد في نهر كاري (إنجلترا) بمثابة مشاركين أحياء في التجربة. في المختبر ، وضعت في أحواض السمك الزجاجية (40x70x35 سم) مع نظام إعادة تدوير المتدفقة ودرجة حرارة 15-16 درجة مئوية. كان يسكن كل من أحواض السمك ما يقرب من 40 فردًا ، والتي كانت تتغذى بانتظام مرتين في اليوم (باستثناء الأيام التي أجريت فيها الاختبارات).

تم استخدام إسقاط النمذجة وكيل * على الجدار الأمامي للحوض بمثابة فريسة ، مما جعل من الممكن مراقبة الاختبارات بشكل كامل. استخدم العلماء النموذج الحالي ، والذي تم تغييره من خلال Netlogo 5.0.5 ، كأساس لنموذجهم السلوكي.

نمذجة العامل * هي طريقة محاكاة تدرس سلوك العوامل اللامركزية وتأثير مثل هذا السلوك على سلوك النظام ككل.

تتألف مجموعة الاستخراج الاصطناعي من قائد واحد و 4 أتباع ووحدتين إجتماعيتين. تمت برمجة القائد والأتباع حتى لا يتفاعلوا مع سلوك الوحدات المعادية للمجتمع.

تم ربط كل وحدة من العبيد بزعيم وعبيد آخرين بحيث تكون المسافة بينهما 6.5 سم ، ويمكن لوحدات العبيد أيضًا أن تعمل كقائد ، إذا لم يكن ذلك قريبًا. وهكذا ، كانت حركة المجموعة دائمًا من الرأس إلى الذيل ، أي أنه كان هناك دائمًا قائد و 1-2 وحدة مدفوعة.


الصورة رقم 1: أ - يهاجم شوكة الظهر النقطة المصممة (الإنتاج الصناعي) على جدار الحوض ؛ في - موضع ومسار حركة الاستخراج الاصطناعي (يحدد اللون نوع الوحدة).

شرح صغير بخصوص توزيع الألوان لأنواع الوحدات في الصورة 1B :

• البنفسجي - وحدة (asocial) الانفرادية (عدم وجود وحدات أخرى ضمن مسافة العتبة) ؛
• أسود - اتجاه خاطئ (هناك وحدات متجاورة ضمن مسافة العتبة ، ولكن التحرك على طول مسار لا يتزامن مع الوحدة السوداء) ؛
• الأزرق - الرائدة (الرائدة) وحدة ؛
• الأخضر - وحدة في منتصف المجموعة ؛
• الأصفر هو الوحدة في ذيل المجموعة.

تم تطبيق القواعد السلوكية التي تنظم أنواع وحدات الإنتاج ، مما جعل من الممكن الحصول على سلوكيات مختلفة للنظام بأكمله. وهكذا ، كان المفترس (الأسماك) الفرصة للاختيار بين وحدة زعيم ، مدفوعة أو asocial. تم اختيارهم بصورة عشوائية الموقف الأولي لجميع الوحدات. تم تقديم جميع الوحدات على الشاشة في شكل نقاط حمراء (2.5 ملم) ، تذكرنا ، حسب العلماء ، بدافنيا (قشريات العوالق).

الغار

عندما كان النظام جاهزًا تمامًا ، تم وضع سمكة واحدة في حوض الاختبار (كما نتذكر ، جائعون). كانت حقيقة الهجوم على الوحدة تسارع الأسماك في اتجاهها ، وفتح الفم والاتصال مع الشاشة التي تم إسقاط الوحدة عليها.

نتائج التجربة

ما مجموعه 133 من أصل 201 الأسماك هاجمت فريسة اصطناعية مرة واحدة على الأقل خلال التجارب ، كل منها يدوم 10 دقائق. من أجل تقليل التغييرات السلوكية في المفترس المرتبطة بعدم القدرة على تناول الفريسة الافتراضية ، أخذ العلماء في الاعتبار هجوم واحد فقط لكل اختبار في عمليات حسابية أخرى.

لتحديد سلوك الفريسة الافتراضية الذي كان حاسماً في قضايا الفريسة المفترسة ، قارن العلماء بين ثمانية نماذج خطية معممة ذات الحدين تنبأت بفريسة الأسماك المفترسة التي تمت مهاجمتها اعتمادًا على متغيرات توضيحية مختلفة.



أعلاه عبارة عن جدول للمتغيرات التوضيحية ، أي جدول النماذج التي تستخدم متغيرًا أو آخر في العمليات الحسابية: الموضع ، عدد الجيران القريبين ، وحدة الوحدة أم لا (سواءً انفراديًا أم لا) ، إجمالي حجم المجموعة (الإجمالي حجم الصلاة) ، الفريسة مع الجذب ، نوع الفريسة ، الفريسة تظهر نموذجًا اجتماعيًا ولاغ / لا توجد متغيرات توضيحية.

AICc * - معيار معلومات Akaike ، المعدل لحجم عينة صغير.

أظهر التحليل أن وجود بعض المتغيرات على الأقل أفضل بشكل طبيعي من عدم وجودها على الإطلاق. أظهرت النماذج التي استخدمت فصل الفريسة إلى أنواع (أتباع ، قادة ، ومعادي للمجتمع) أن القادة والنساك يتعرضون للهجوم بشكل متكرر من قبل الحيوانات المفترسة. لكن النموذج الذي كان فيه القائد والتابعون في نفس الفئة لم يتلقوا تأكيدًا بملاحظات حقيقية ، أي أن المخاطرة من جانب الحيوانات المفترسة تختلف عن نوع الوحدة في المجموعة (القائد ، في منتصف المجموعة أو في الذيل).

وكان الأكثر دلالة هو النموذج الذي يأخذ في الاعتبار سلوك الضحية (الوحدات النموذجية) أثناء الهجوم ، مع الفصل بين الفريسة حسب النوع. بمعنى آخر ، تمت برمجة كل وحدة في الأصل لسلوك معين ، أي اكتب (لتكون في المقدمة ، اتبع الزعيم أو ابتعد عن المجموعة بأكملها). ومع ذلك ، فإن السلوك الفعلي خلال الاختبار نفسه كان أكبر بكثير.

أدت الزيادة في أعداد المجموعات إلى تقليل مخاطر هجمات الحيوانات المفترسة. علاوة على ذلك ، فإن النموذج الذي يأخذ في الاعتبار ليس فقط الرقم ، ولكن أيضًا موضع وحدة فردية مقارنة بالآخرين ، اتضح أنه أكثر احتمالًا. من المحتمل أيضًا أن يكون النموذج الذي لعب فيه دورًا مهمًا ليس بحجم المجموعة بقدر كثافتها ، أي المسافة بين الوحدات الفردية.

بعد تحليل جميع النماذج الممكنة ، توصل العلماء إلى استنتاج أنه من الضروري مراعاة جميع العوامل الممكنة ، بغض النظر عن مدى غرابة الأمر. يجب إيلاء معظم الاهتمام للمتغيرات السلوكية بدلاً من الأرقام والمسافة بين المفترس والفريسة.


الصورة رقم 2: خطر الهجوم اعتمادًا على موضع الفريسة (أرجوانية - غير اجتماعية ؛ سوداء - في المجموعة ، ولكن ليس في نفس الاتجاه ؛ زرقاء رائدة (قادة) ؛ أخضر - في منتصف المجموعة وصفراء - في ذيل المجموعة).

أكبر خطر التعرض للهجوم كان مع وحدات asocial (الدائرة الأرجواني في الرسم البياني أعلاه). يؤكد هذا المؤشر نظرية أن القيادة لا تزال أكثر أمانًا من العزلة التامة عن المجموعة. حتى الوحدة التي لا تتحرك كمجموعة كاملة هي أكثر أمانًا من كونها غير اجتماعية.

إذا أخذنا في الاعتبار المجموعة المثالية ، عندما يتم محاذاة جميع الوحدات في اتجاه واحد ، عندئذ رأى العلماء تدرجًا واضحًا لدرجة الخطر (من الأكبر إلى الأقل) - في بداية المجموعة ، في الذيل وفي الوسط. توقع العلماء أن درجة المخاطرة للوحدات في منتصف المجموعة وفي الذيل ستكون مختلفة بشكل كبير ، ولكن هذا لم يكن كذلك.

يمكن افتراض أن التواجد في الذيل لا يقل خطورة عن رأس المجموعة. ليس من دون مقابل أنه في العديد من أفلام الرعب ، غالباً ما يهاجم الوحش مجموعة من الناس من الذيل. ومع ذلك ، تشير هذه الدراسات إلى أن خطر تناول الطعام في الذيل ووسط المجموعة على حد سواء ، وإن كان أقل بكثير مما كان عليه في البداية.

تجدر الإشارة إلى أنه في محاكاة الفرائس المستخدمة ، كان سلوك الوحدات عشوائيًا وتغير مع مرور الوقت عندما غادرت الوحدة المجموعة أو انضمت إليها. وهكذا ، أثناء محاكاة هجوم المفترس ، كان هناك الكثير من الاختلافات في الفرائس. لمراعاة كل هذه الاختلافات ، طور العلماء اختبارًا خاصًا تم فيه محاكاة المفترس العشوائي ، واختروا فريسة خلال كل محاكاة باحتمال متساوٍ. ومن المثير للاهتمام ، بالنظر إلى هذه العشوائية ، اتضح أن نموذج الإنتاج بناءً على موقعه داخل / خارج المجموعة هو الأكثر قبولًا بالمقارنة مع الآخرين.

بعد ذلك ، كان العلماء بحاجة إلى معرفة آلية اختيار الضحية من المفترس. للقيام بذلك ، تم حساب خطر الهجوم اعتمادًا على المسافة إلى الهدف من الهجوم ، والفرق في المسارات والمحمل * إلى أقرب وحدة إنتاج مجاورة أمامية (من الإنتاج بأكمله بحامل <90) وخلفه (من الإنتاج بأكمله بحامل> 90).

Bearing * هي الزاوية الأفقية بين الجزء الشمالي من خط الطول للمراقب والاتجاه من نقطة الملاحظة إلى الكائن.

من بين جميع المتغيرات ، كانت أكبر قوة توضيحية في التنبؤ بخطر الهجوم هي بالتحديد المسافة إلى أقرب وحدة قبل الفريسة (هدف الهجوم) ، تليها أهمية المسافة إلى أقرب وحدة خلف الفريسة والاختلاف في اتجاه الحركة مع أقرب وحدة في المقدمة.


فيديو لملاحظات العديد من المتغيرات لهجوم المفترس على فريسة معينة.

كان خطر الوقوع ضحية لهجوم مفترس ضئيلًا إذا كانت الوحدة في منتصف المجموعة ، وكانت المسافة بينها وبين الوحدات المجاورة في المقدمة والخلفية صغيرة بما يكفي ، وكان اتجاه حركة جميع الوحدات هو نفسه. لم تحمل الوحدات المجاورة لها تأثير كبير على خطر الهجوم. بمعنى آخر ، يكفي أن تكون بين وحدتين من الإنتاج لزيادة فرصك في عدم التعرض للأكل.

نتيجة لذلك ، وفقًا لبيانات النمذجة ، يهاجم المفترس فريسة معينة ليس عن طريق الصدفة ، ولكن خطر الفريسة يرجع إلى موقعه في المجموعة ، والفرق في اتجاه الحركة وتحمل الجيران (عامل تأثير قليل).

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للحيوانات المفترسة اختيار من يهاجم ، أي لا تهاجم على الفور. يعتمد اختيار الضحية ليس فقط على المعلومات المتاحة حول المجموعة في الوقت الحالي ، ولكن أيضًا عند مراعاة التغييرات المحتملة في تكوينها في المستقبل. أي أن المفترس يمكنه انتظار اللحظة المناسبة للهجوم ، بناءً على نمط سلوك المجموعة أو فريسة الفرد.

لاختبار هذه النظرية ، حلل العلماء نتائج عمليات المحاكاة التي تنطوي على الحيوانات المفترسة والفريسة الاصطناعية. كان من الضروري حساب أنماط سلوك الفرائس التي كان يستخدمها المفترس في أغلب الأحيان للهجوم أو هاجمها بترتيب عشوائي.

أظهر تحليل للبيانات (أكثر من 19000 عينة) أن المفترس يختار لحظة معينة للهجوم عندما يكون هناك المزيد من الوحدات الفردية حوله.


الصورة رقم 3

يوضح الرسم البياني أعلاه نسب الهجمات اعتمادًا على موضع الفريسة. الدوائر هي مؤشرات للهجمات أثناء الملاحظات التجريبية. توضح المساحات الملونة على الرسم البياني توزيع النسبة المتوقعة من الهجمات لكل موضع فريسة: إذا قام المفترس بمهاجمة الضحية بشكل عشوائي في نفس الحالات كما هو الحال في الهجمات المرصودة (المناطق الداكنة) أو في عينات المحاكاة المحددة (مناطق أفتح).

إذا كانت الهجمات المرصودة (الدوائر) خارج المنطقة الملونة ، فإن استهداف المفترس لفريسة معينة كان انتقائيًا وليس عرضيًا.

للتعرف أكثر تفصيلًا على الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بشدة أن تنظر في تقرير العلماء والمواد الإضافية إليه.

خاتمة

هذه الدراسة هي أول دليل حقيقي على نظرية تدعي أن الفرد على رأس مجموعة يكون أكثر عرضة للهجوم من قبل الحيوانات المفترسة. في الوقت نفسه ، يمكن تقليل الخطر إذا كان القائد على مسافة صغيرة كافية من الأفراد الذين يقودهم. أكد العلماء أيضًا حقيقة أن التواجد في مجموعة (حتى في وضع القيادة) أكثر أمانًا من التحرك بشكل فردي.

وبالتالي ، لا ينبغي لقائد المجموعة أن يهتم فقط بتحقيق الهدف (على سبيل المثال ، البحث عن الطعام) ، ولكن أيضًا مراقبة سلامة المجموعة ، أي بنائها ، وهو أمر مهم للغاية ليس فقط للأفراد الذين يقودهم ، ولكن من أجل بقائه. في المستقبل ، يعتزم الباحثون معرفة الإجراءات التي يجب أن يتخذها قائد المجموعة لتحقيق الأهداف المذكورة أعلاه.

هذا العمل ، بالطبع ، لا يمكن أن يسمى الوحي ، لكنه أعطى بيانات حقيقية تؤكد ما كان في السابق مجرد نظرية لم يتم اختبارها في الممارسة. أن تكون قائداً يعني معرفة ما تحتاجه المجموعة بأكملها. أن تكون قائدًا مربحًا وخطيرًا في نفس الوقت - يمكنك الحصول على الطعام أولاً ، أو أن تصبح الأول. على الرغم من المخاطر التي تصاحب القيادة في البرية ، تستمر الحيوانات في تكوين مجموعات حيث يوجد أتباع وقادة على حد سواء. ربما ، على مستوى وراثي ، يفهمون أن فرص البقاء على قيد الحياة في المجموعة أكبر من فرصهم بشكل منفصل ، حتى لو كنت قائدًا.



شكرا للمشاهدة ، والبقاء فضولي ويكون الجميع عطلة نهاية الاسبوع ، يا رفاق. :)

شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ، خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من خوادم الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1 جيجابت في الثانية من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 مراكز) 10GB DDR4 240GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية حتى الصيف مجانًا عند الدفع لمدة ستة أشهر ، يمكنك طلب هنا .

ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ لدينا فقط 2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة الأمريكية! اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟