O primeiro do grupo - o primeiro a cair: avaliação dos riscos de liderança em grupos de animais auto-organizados

Um monte de galhos é muito mais difícil de quebrar do que um galho. Essa metáfora em suas diversas variações nos diz que lidar com algo sozinho será muito mais difícil do que em um grupo. E de muitas maneiras isso é verdade, mas não tão simples. Na natureza, animais, carnívoros e herbívoros costumam se reunir em grupos, bandos, escolas, etc. Mas, diferentemente dos bastões metafóricos, todos os membros do grupo não são equivalentes, pois existem líderes e seguidores: alguém zelosamente avança, alguém se esconde no centro e alguém se atira na cauda. E aqui surge a questão - qual é o preço da liderança e quais são os benefícios, especialmente se as espécies de animais que são a comida favorita de alguém são consideradas.

Hoje vamos nos familiarizar com um estudo em que os cientistas realizaram uma série de experimentos incomuns com peixes predadores e um cardume artificial de peixes, o que nos permitiu determinar os lados positivos e negativos da posição no grupo sob o prisma da conexão presa-predador. O que é mais fatal na fila, quais são os prós e os contras da liderança, como é um cardume de peixes através dos olhos de um predador? Encontraremos respostas para todas essas perguntas no relatório dos cientistas. Vamos lá

Base de estudo

Como eu disse anteriormente, muitas espécies de organismos vivos no planeta estão reunidas em grupos. É mais fácil lidar com todas as dificuldades da vida na natureza: os pinguins podem sobreviver ao frio terrível se reunindo em grupos densos e aquecendo-se com o calor de seus corpos; o orgulho dos leões caça juntos, rastreando, cercando e interceptando presas, o que aumenta as chances de sucesso; o movimento caótico (mas não aleatório) do bando de pequenos pássaros interfere bastante nas aves de rapina que os caçam, etc.


Pinguins-imperador enfrentando um frio terrível, vento e muitos meses de noite.

E, novamente, em muitos grupos, há um indivíduo que lidera todos os outros, embora nem sempre conscientemente. Nos grupos auto-organizados (pássaros ou peixes), esse indivíduo está localizado na cabeça do grupo, ou seja, na frente. Essa situação dá ao líder a primeira oportunidade de receber informações sobre o meio ambiente (presença de alimentos, barreiras, perigos etc.), portanto, ele pode tomar decisões que podem afetar as ações de todo o grupo. O principal benefício para o indivíduo líder reside precisamente na massa do grupo liderado por ele, que executa as ações necessárias para manter a vida do líder e do grupo ao mesmo tempo.

Os cientistas sempre chamaram os predadores de a principal desvantagem da liderança em mover grupos de animais, porque a frente do rebanho / escola pode enfrentar perigos com muito mais frequência, e é mais fácil para os predadores navegar pelos indivíduos principais durante a caça. No entanto, nenhum experimento foi realizado anteriormente para confirmar ou refutar essa teoria.


Rebanho auto-organizado de estorninhos: um espetáculo de incrível beleza.

As observações, que podem confirmar a teoria da liderança, são muito ambíguas. Os pesquisadores observam que a determinação dos líderes e seguidores em grupos auto-organizados de animais ocorre precisamente devido à auto-organização de todo o grupo, mas a liderança e o acompanhamento (após o líder) estão associados a outros fatores. Na maioria das vezes, uma tendência à liderança está associada à determinação impulsionada por mais informações ou mais necessidades. Ou seja, a posição à frente do grupo é mais frequentemente tomada por indivíduos maiores, mais famintos, menos arriscados e menos sociais. Características semelhantes podem ser perigosas para os indivíduos. Em outras palavras, é difícil avaliar o que é mais perigoso - liderança no grupo ou apenas a frente do grupo.

Também surge a pergunta: se ser um líder é tão perigoso, talvez você deva deixar o grupo? Talvez a solidão seja mais segura do que viver em um bando. A primeira e a segunda opções têm vantagens e desvantagens relacionadas aos predadores. No entanto, para deixar o grupo, o indivíduo deve mudar completamente suas prioridades de social para focado (ou seja, sobrevivência). Por outro lado, se ser um líder de um grupo ainda é um pouco mais seguro do que nadar sozinho, o comportamento social se torna uma prioridade.

Muitas perguntas, poucas observações, como já entendemos. Portanto, os cientistas decidiram colocar tudo em seu lugar e entender o que e como ele funciona na esfera social de grupos de animais que são atacados por predadores. Para isso, foi desenvolvido um sistema especial de mineração virtual artificial. Tendo total controle sobre o comportamento de cada uma das unidades deste grupo, os cientistas conseguiram entender as ações do predador em relação aos líderes e seguidores, bem como às unidades separadas do grupo.

Preparação do estudo

Os peixes predadores do peixe pescado no rio Carey (Inglaterra) agiram como participantes vivos do experimento. No laboratório, foram colocados em aquários de vidro (40x70x35 cm) com sistema de recirculação de fluxo e temperatura de 15 a 16 ° C. Cada um dos aquários era habitado por aproximadamente 40 indivíduos, que eram alimentados regularmente duas vezes por dia (exceto nos dias em que os testes foram realizados).

A projeção da modelagem de agentes * na parede frontal do aquário foi usada como presa, o que possibilitou a observação completa dos testes. Os cientistas usaram o existente, que eles mudaram através do Netlogo 5.0.5, como base de seu modelo comportamental.

Modelagem de agentes * é um método de simulação que estuda o comportamento de agentes descentralizados e o efeito desse comportamento no comportamento do sistema como um todo.

O grupo de extração artificial consistiu de 1 líder, 4 seguidores e 2 unidades sociais. O líder e os seguidores foram programados para não reagir ao comportamento das unidades anti-sociais.

Cada unidade escrava estava ligada a um líder e a outros escravos, de modo que a distância entre eles era de 6,5 cm.As unidades escravas também podiam atuar como líder, se não estivesse por perto. Assim, o movimento do grupo sempre foi da cabeça à cauda, ​​ou seja, sempre houve um líder e 1-2 unidades acionadas.


Imagem nº 1: A - o stickleback ataca o ponto projetado (produção artificial) na parede do aquário; Em - a posição e a trajetória do movimento de extração artificial (a cor determina o tipo de unidade).

Uma pequena explicação sobre a distribuição de cores dos tipos de unidades na imagem 1B :

• violeta - uma unidade solitária (social) (ausência de outras unidades dentro da distância limite);
• preto - direção errada (existem unidades adjacentes dentro da distância limite, mas se movem ao longo de um caminho que não coincide com a unidade preta);
• azul - a unidade líder (líder);
• verde - uma unidade no meio do grupo;
• amarelo é a unidade na cauda do grupo.

Aplicaram-se regras comportamentais que regulavam os tipos de unidades de produção, o que possibilitava obter comportamentos diferentes de todo o sistema. Assim, o predador (peixe) teve a oportunidade de escolher entre um líder, unidade dirigida ou asocial. A posição inicial de todas as unidades foi randomizada. Todas as unidades foram apresentadas na tela na forma de pontos vermelhos (2,5 mm), remanescentes, segundo os cientistas, de Daphnia (crustáceo planctônico).

Daphnia

Quando o sistema estava completamente pronto, um peixe foi colocado no aquário de teste (como lembramos, com fome). O fato do ataque à unidade foi a aceleração do peixe em sua direção, a abertura da boca e o contato com a tela na qual a unidade foi projetada.

Resultados da Experiência

Um total de 133 dos 201 peixes atacou presas artificiais pelo menos uma vez durante as execuções dos testes, cada um com duração de 10 minutos. Para minimizar as mudanças comportamentais no predador associadas à incapacidade de comer presas virtuais, os cientistas levaram em conta apenas um ataque por teste em cálculos adicionais.

Para determinar qual comportamento da presa virtual foi decisivo em questões de predadores, os cientistas compararam oito modelos lineares binomiais generalizados que previam quais presas os peixes predadores atacavam, dependendo de várias variáveis ​​explicativas.



Acima está uma tabela de variáveis ​​explicativas, ou seja, uma tabela de modelos que usa uma ou outra variável nos cálculos: posição, número de vizinhos próximos, solidão unitária ou não (solitária ou não), tamanho total do grupo (total tamanho da oração), presa com atração, tipo presa, presa aparece social e modelo nulo / sem variáveis ​​explicativas.

AICc * - critério de informação Akaike, modificado para um pequeno tamanho de amostra.

A análise mostrou que a presença de pelo menos alguma variável é naturalmente melhor do que sua ausência. Modelos que usaram a separação de presas em tipos (seguidores, líderes e anti-sociais) mostraram que líderes e eremitas são mais frequentemente atacados por predadores. Mas o modelo em que o líder e os seguidores estavam na mesma categoria não recebeu confirmação por observações reais, ou seja, o risco por parte dos predadores varia de acordo com o tipo de unidade do grupo (líder, no meio do grupo ou na cauda).

O mais indicativo foi o modelo que leva em consideração o comportamento da vítima (unidades modelo) durante o ataque, juntamente com a separação de presas por tipo. Em outras palavras, cada unidade foi originalmente programada para um comportamento específico, ou seja, do tipo (estar na frente, seguir o líder ou ficar longe de todo o grupo). No entanto, o comportamento real durante o teste em si foi muito maior.

Um aumento no número de grupos reduziu o risco de ataques de predadores. Além disso, um modelo que leva em conta não apenas o número, mas também a posição de uma unidade individual em relação a outras, mostrou-se mais provável. Também provável era um modelo em que um papel importante fosse desempenhado não tanto pelo tamanho do grupo quanto por sua densidade, ou seja, a distância entre as unidades individuais.

Depois de analisar todos os modelos possíveis, os cientistas chegaram à conclusão de que é necessário levar em consideração todos os fatores possíveis, por mais estranhos que sejam. É necessário prestar muita atenção às variáveis ​​comportamentais, e não aos números e à distância entre predador e presa.


Imagem No. 2: o risco de ataque, dependendo da posição da presa (roxo - social; preto - no grupo, mas não na mesma direção; azul - líder (líderes); verde - no meio do grupo e amarelo - na cauda do grupo).

O maior risco de ser atacado foi com unidades sociais (o círculo roxo no gráfico acima). Esse indicador confirma a teoria de que a liderança ainda é mais segura do que o isolamento total do grupo. Mesmo uma unidade que não se move como um grupo inteiro é mais segura que social.

Se considerarmos o grupo ideal, quando todas as unidades estão alinhadas em uma direção, os cientistas viram uma gradação clara do grau de risco (de maior para menor) - no início do grupo, na cauda e no meio. Os cientistas esperavam que o grau de risco para as unidades no meio do grupo e na cauda fosse significativamente diferente, mas não era assim.

Pode-se presumir que estar na cauda não é menos perigoso do que na cabeça de um grupo. Não é à toa que em muitos filmes de terror o monstro geralmente ataca um grupo de pessoas pela cauda. No entanto, esses estudos sugerem que, tanto na cauda quanto no meio do grupo, o risco de ser comido é o mesmo, embora significativamente menor do que no início.

Vale ressaltar que, na simulação de presas utilizada, o comportamento das unidades foi estocástico e mudou ao longo do tempo quando a unidade saiu ou ingressou no grupo. Assim, durante as simulações do ataque de predadores, houve muitas variações de presas. Para explicar todas essas variações, os cientistas desenvolveram um teste especial no qual um predador aleatório foi simulado, escolhendo presas durante cada simulação com igual probabilidade. Curiosamente, dada essa randomização, o modelo de produção baseado em sua posição dentro / fora do grupo acabou sendo o mais aceitável em comparação com outros.

Em seguida, os cientistas precisaram descobrir o mecanismo para escolher uma vítima de um predador. Para fazer isso, o risco de ataque foi calculado dependendo da distância do alvo do ataque, da diferença nas trajetórias e do rumo * até a unidade de produção vizinha mais próxima na frente (de toda a produção com rolamento <90) e atrás (de toda a produção com rolamento> 90).

Rolamento * é o ângulo horizontal entre a parte norte do meridiano do observador e a direção do ponto de observação para o objeto.

Entre todas as variáveis, o maior poder explicativo em prever o risco de um ataque foi precisamente a distância da unidade mais próxima antes da presa (alvo do ataque), seguida pela importância da distância da unidade mais próxima atrás da presa e a diferença na direção do movimento com a unidade mais próxima à frente.


Vídeo de observações de várias variantes do ataque de um predador a uma determinada presa.

O risco de se tornar vítima de um ataque de predador era mínimo se a unidade estivesse no meio do grupo, a distância entre ela e as unidades vizinhas na frente e atrás era pequena o suficiente, e a direção do movimento de todas as unidades era a mesma. O porte de unidades vizinhas não teve muito efeito sobre o risco de ataque. Em outras palavras, basta estar entre duas unidades de produção para aumentar suas chances de não ser comido.

Como resultado, de acordo com os dados da modelagem, o predador ataca uma certa presa não por acaso, mas o risco de presa é devido à sua posição no grupo, à diferença na direção do movimento e ao rumo dos vizinhos (um pequeno fator de influência).

Além disso, os predadores podem escolher quem atacar, ou seja, não atacar imediatamente. A escolha da vítima dependerá não apenas das informações disponíveis sobre o grupo no momento, mas também ao considerar possíveis alterações em sua configuração no futuro. Ou seja, o predador pode esperar o momento certo para atacar, com base no padrão de comportamento do grupo ou presa individual.

Para testar essa teoria, os cientistas analisaram os resultados de simulações envolvendo predadores vivos e presas artificiais. Era necessário calcular quais padrões de comportamento das presas eram mais frequentemente usados ​​pelo predador para o ataque ou ele atacava em ordem aleatória.

Uma análise dos dados (mais de 19.000 amostras) mostrou que o predador escolhe um determinado momento para o ataque quando houver mais unidades únicas ao seu redor.


Imagem No. 3

O gráfico acima mostra as proporções de ataques, dependendo da posição da presa. Círculos são indicadores de ataques durante observações experimentais. As áreas coloridas no gráfico mostram a distribuição da proporção esperada de ataques para cada posição da presa: se o predador atacou a vítima aleatoriamente nos mesmos casos que nos ataques observados (áreas mais escuras) ou nas amostras de simulação selecionadas (áreas mais claras).

Se os ataques observados (círculos) estiverem fora da área colorida, o direcionamento de um predador para uma presa específica será seletivo e não acidental.

Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo fortemente que você analise o relatório dos cientistas e materiais adicionais .

Epílogo

Este estudo é a primeira evidência real de uma teoria que afirma que um indivíduo à frente de um grupo está em maior risco de ataque por predadores. Ao mesmo tempo, o risco pode ser reduzido se o líder estiver a uma distância suficientemente pequena dos indivíduos liderados por ele. Os cientistas também confirmaram o fato de que estar em um grupo (mesmo em uma posição de liderança) é muito mais seguro do que se mover individualmente.

Assim, o líder do grupo deve não apenas cuidar de atingir a meta (por exemplo, encontrar comida), mas também monitorar a integridade do grupo, ou seja, sua construção, que é extremamente importante não apenas para os indivíduos que lidera, mas para sua própria sobrevivência. No futuro, os pesquisadores pretendem descobrir exatamente quais ações o líder do grupo deve executar para alcançar os objetivos acima.

Obviamente, este trabalho não pode ser chamado de revelação, mas forneceu dados reais confirmando o que antes era apenas uma teoria que ainda não foi testada na prática. Ser líder significa saber o que todo o grupo precisa. Ser líder é lucrativo e perigoso ao mesmo tempo - você pode chegar primeiro à comida ou se tornar o primeiro. Apesar dos riscos que acompanham a liderança na natureza, os animais continuam a formar grupos onde há seguidores e líderes. Talvez, em algum nível genético, eles entendam que as chances de sobrevivência no grupo são maiores que separadamente, mesmo que você seja um líder.



Obrigado por assistir, fique curioso e tenha um ótimo final de semana a todos, pessoal. :)

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