Nagy Máté, az ELTE Biológiai Fizika Tanszék tudományos munkatársa, az MTA-ELTE Lendület Csoportos Viselkedés Kutatócsoport vezetője szerint több olyan állatfaj is él a Földön, amelyek csapatba verődve jóval összetettebb problémákat is megoldanak, mint amit egy egyszerű csoportosulástól várnánk. Csakhogy az igazán sok egyedet számláló csoportok viselkedése a hagyományos etológiai módszerekkel nehezen vizsgálható. Erre a problémára sokkal inkább a fizika, a statisztikus fizika és a legmodernebb számítástechnikai eljárások jelenthetik a megoldást, melyekkel manapság már egészen élethűen és számos tényezőt egyszerre értékelve lemodellezhető a teljes csoport viselkedése, valamint a környezeti tényezők változása.

Furán lebegő, digitális szemek bukkantak fel a tengereken A digitális kijelzőkön megjelenített, mozgó szempárok feladata, hogy távol tartsák a madarakat a víztől, mielőtt beleakadnak egy halászhálóba, és megfulladnak. Becslések szerint emiatt ugyanis évente mintegy négyszázezer tengeri madarat elveszítünk.

Ezen terület kutatásával foglalkozik Nagy Máté, aki a Max Planck Ornitológiai Intézetből tért haza, hogy a jövőben is madarakon kutassa a csoportos viselkedés mechanizmusait, valamint azt, hogy a megszerzett tudást hogyan építhetné be robotrepülők algoritmusaiba. A kutatócsoport szorosan együttműködik a Max Planck Állatviselkedési Intézettel, az Oxfordi Egyetemmel és az ELTE több más tanszékével is.

Ahogy Nagy Máté fogalmaz az MTA cikkében, igyekeznek automatizálni a klasszikus etológiai módszereket, valamint új megvilágításból elemezni és értelmezni az így begyűjtött extrém mennyiségű adatot. Ezen célok eléréséhez gyakran új módszereket kell fejleszteniük, mivel big data típusú feladatokkal állnak szemben.

"Az állatcsoportok problémamegoldásaiból akár mi, emberek is tanulhatunk. Hiszen számos olyan köznapi probléma adódhat, amelyben kérdés, hogy azok a mechanizmusok, amelyek néhány fős csoportokban jól működnek, vajon hatékonyak-e nagy csoportok esetében is” – mondja Nagy Máté.

A kutatók előtt egyelőre kérdéses, hogy az új viselkedésnek az egyedek szintjén is meg kell-e jelennie a csoport optimális működéséhez, illetve hogy egyáltalán optimális-e annak működése. Magyarán arra keresik a választ, hogy "az egyedek közötti lokális viselkedési szabályok hogyan eredményezik az egész csoportra jellemző működést." A szakértők szerint ebben az a bámulatos, hogy már az egészen egyszerű lokális szabályok révén is

a csoport szintjén olyan bonyolult viselkedések alakulhatnak ki, amelyekről az egyedeknek nincs is tudomásuk, illetve amelyeket esélyük sem lenne megérteni.

Erre példaként hozzák azt a mechanizmust, ahogy a hangyák várat építenek. Noha nincs egy olyan „tervezőhangya”, amely átlátná az egész folyamatot, és irányítaná hangyatársait, a boly együttműködése révén mégis egészen komplex építményeket képesek felállítani, szellőző rendszerrel, különböző funkciókat szolgáló helyiségekkel. De hasonló csoportos megoldások révén találnak hatékony útvonalat a madárrajok, illetve koordináltan lelnek rá a termikekre, azaz a felfelé irányuló légáramlatokra is. A kutatók a Max Planck Intézettel való együttműködésük keretében több száz vadon élő gólyára erősítettek adatrögzítő eszközöket, amelyek folyamatosan információkat szolgáltatnak nekik az állatok viselkedéséről.

„A Lendület-pályázaton belül az egyik legfőbb célkitűzésünk a madarak csoportos termikelésének (vagyis siklórepülésének) a vizsgálata. Miközben
a vonuló madarak akár több ezer kilométert repülnek egy költözés során,
a felszálló termikeket használják arra, hogy magasságot nyerjenek, majd siklással, szárnycsapások nélkül maradhassanak a levegőben. A termikelés érdekességét az adja, hogy fizikusszemmel nézve a levegő sokdimenziós áramlási térnek tekinthető, amely időben is változik, és fluktuációkat tartalmaz. Ebben a közegben repülnek az egyes madarak, amelyek egymás figyelésével információt nyerhetnek erről a komplex környezetről. Egyik fő kérdésünk, hogy ezt hogyan érik el, és a tőlük nyerhető adatok segítségével hogyan tudjuk modellezni nagy felbontásban a légköri feláramlások szerkezetét és felépítését” –magyarázza Nagy Máté.

Nagyon leegyszerűsítve a termikek modelljét, azok felszálló meleglevegő-áramlatok emelkedő füstoszlopként működnek. A valóságban azonban a termikeken belül rendkívül összetett folyamatok mennek végbe, amelyeket a madarak rutinszerűen berepülnek, és ezen körülményekhez alakítják viselkedésüket. Az eltérő magasságokban fújó különböző irányú szelek eltolják a termiket oldalirányba. Ehhez a madaraknak is alkalmazkodniuk kell, illetve a termiken belüli elhelyezkedésétől is függ az emelkedés hatékonysága. Vagyis a madárnak a környezeti ingerekhez igazodva folyamatosan módosítania kell a viselkedését. Ezt teheti a saját maga által érzékelt fizikai ingerek alapján, de ha figyeli a csoportban repülő társai viselkedését, abból is értékes információt nyerhet.

Persze minden madárnak meg kell találnia az egyensúlyt a társak másolása és az egyéni döntések között. Egyik véglet sem jó: ha minden madár a szomszédját követi, akkor az egész csoport pont annyira okos, mint az az egy, amelyiket a többi követi áttételesen. Az sem jó, ha mindenki a saját feje után megy, hiszen akkor nem tudják kihasználni a csoportos életből fakadó információs előnyöket.
A kutatócsoport a madarak – és más kontextusban a patkányok – csoportos viselkedésénél is azt találta, hogy egyensúly áll be az egyéni választás és a társak döntésének utánzása között.

Nagy Máté elmondta, hogy bár a patkányokat, illetve az ő labirintusban való keresésüket a viselkedéskutatás kezdete óta vizsgálják, előttük senki sem végzett kísérleteket a csoportos keresőviselkedésükkel kapcsolatban. Ez annál inkább meglepő, mert természetes körülmények között a patkányok csoportban élnek, és így kutatnak élelem után. A kísérletben azt látták, hogy amikor a patkányok összefutnak a kereszteződésekben, akkor bár úgy tűnik, hogy egymásról tudomást sem véve véletlenszerűen cikáznak ide-oda (vagyis egyéni feltérképező viselkedést folytatnak), valójában nem ez történik.

A statisztikai elemzés során kiderült, hogy a patkány önmagában is hatékony keresési stratégiát követ (emlékszik például a már meglátogatott elágazódásokra),

de emellett a társait is figyeli, és az elhelyezkedésük függvényében választ irányt egy útelágazásnál.

Vagyis a kutatócsoport vizsgálatai egyszerre tárhatják fel a csoportos keresés, illetve repülés mechanizmusait, és a termikek belső szerkezéről is bővíthetik
a tudásunkat. Harmadsorban pedig a vizsgálatok alkalmazott ágaként a feltárt viselkedési szabályokat esetleg később robotrepülők algoritmusaiba is be lehet építeni. Ezáltal a vitorlázó drónok elméletben ugyanúgy hasznosíthatnák
a termikeket, mint a madarak, vagyis csökkenne az energiafelhasználásuk,
és sokkal tovább a levegőben tudnának maradni.

Nincs az a kém, ami úgy belesimulna környezetébe, mint a mesterséges intelligencia A gép megtanulja az állatok kommunikációját, beleértve a tücskök, békák, denevérek és madarak 'társalgását', attrakciója azonban nem egy virtuális tehetségkutató része, hanem kísérlet az állatvilág megmentésére.

Vannak madarak, amelyek kikelésük után szinte azonnal a levegőbe emelkednek, és kis túlzással vitorlázva, szárnycsapás nélkül lebegve élik le az életüket. Ez azonban még odébb van, hiszen a termikek belső szerkezete elképesztően komplex, nehezen modellezhető, és ezért az algoritmust is nehéz felkészíteni rájuk. A madarak viszont kitűnően megoldják ezt a feladatot, így elleshetjük az ő trükkjeiket.

„A madaraktól származó adatokból olyan szimulációt igyekszünk létrehozni, amelyben a szimulált robotrepülő önvezető algoritmusa meg tudja tanulni, hogy hogyan tudja felismerni és a leghatékonyabban használni a termikeket.

Ezáltal már viszonylag jól működő önvezérlő rendszert tudunk kipróbálni később a valóságban – mondja a kutatócsoport-vezető. – Ennek megvan a kockázata, hiszen hibás döntés esetén lezuhanhat a vitorlázógép. A robotrepülő akár megfigyelhetné a környezetében repülő madarakat, és az ő viselkedésükből meríthetne információt a termikről” - magyarázza a kutató.

(Forrás: MTA, fotó: Unsplash/ Gauravdeep Singh Bansal, Joshua J. Cotten, Janet)

További cikkek a témában:

Postagalambrajok a napviharban Nemrég alaposan felkavarta a tudomány világát, mikor kiderült, hogy az ember is rendelkezik  geomágneses érzékeléssel, a testünkben található kriptokróm fotoreceptoroknak köszönhetően. Az állatokról, különösen a madarakról már régóta tudjuk ezt, azonban ez a képesség rendkívül sérülékeny lehet, különösen, ha egy adott faj nagy mértékben támaszkodik rá.

Magyar találmány lesz az a mobiltok, ami a fecskéket is védi A hazai fecskeállomány 2000-2010 között összeomlott, ezért a Telenor, a Magyar Madártani és Természetvédelmi Egyesület (MME) és a Cellect Hungary közös kampányt indít a füsti és molnárfecskék fészkeinek megóvására, amelyre szeptember 26-ig várják a jelentkezőket.  

Géntechnológia mentheti meg a kakascsibéket az élve darálástól A tojásipar világszerte bevett gyakorlata, hogy a hímnemű csibéket darálóba dobják a kikelésük után, mivel egyrészt nem raknak tojást, ahogy a húsukért sem gazdaságos felhizlalni őket. Egy izraeli startup azonban úgy tűnik megoldást talált a problémára.