Regels voor zwermgedrag herschreven

Een zwerm woestijnsprinkhanen in Oost-Afrika. Foto: © Einat Couzin-Fuchs, Inga Petelski, Yannick Günzel & Felix B. Oberhauser.


Zwermgedrag van sprinkhanen is niet compleet te verklaren met fysische modellen voor zelforganisatie. Uit virtual reality-onderzoek blijkt dat hiervoor een minimaal cognitief raamwerk nodig is.

Klassieke modellen voor collectief gedrag verklaren niet hoe woestijnsprinkhanen gezamenlijk gaan marcheren en zwermen vormen die de levens van miljoenen mensen bedreigen. ‘In tegenstelling tot de aannames van deze modellen sluiten sprinkhanen zich niet expliciet aan bij hun buren’, schrijft een internationale onderzoeksgroep geleid door gedragsbioloog Iain Couzin van het Max Planck Institute of Animal Behavior in Konstanz (Science, 28 februari). Zij laten aan de hand van veld-, lab- en virtual reality-experimenten met Afrikaanse woestijnsprinkhanen (Schistocerca gregaria) zien dat zelforganiserende deeltjesmodellen uit de fysica het ontstaan van zwermgedrag niet kunnen verklaren, maar dat hiervoor een minimaal cognitief raamwerk nodig is. Hierbij maakt iedere individuele sprinkhaan richtingbepalende keuzes op basis van zijn eigen interne consensus. ‘Onze bevindingen stellen lang gekoesterde overtuigingen ter discussie over hoe orde uit wanorde voortkomt bij collectief diergedrag’, schrijven de onderzoekers.

Het zwermgedrag van woestijnsprinkhanen onder natuurlijke omstandigheden in Oost-Afrika is zeer complex. Foto: © Einat Couzin-Fuchs, Inga Petelski, Yannick Günzel & Felix B. Oberhauser.

De zwermvorming bij woestijnsprinkhanen, die in Noord-Afrika soms enorme gebieden bestrijken met miljarden individuen, is een van de spectaculairste en meest verwoestende collectieve bewegingen in de natuur. Zo’n zwerm ontstaat doordat jonge sprinkhaannimfen samen gaan marcheren en stromend als een rivier alle vegetatie opeten die ze op hun pad tegenkomen, alvorens te vervellen tot zwermen gevleugelde sprinkhanen.

DEELTJESFYSICA

Traditionele op deeltjesfysica gebaseerde modellen beschrijven het zwermgedrag door uit te gaan van vaste regels voor de interactie tussen individuen. Die lijnen dan steeds op dezelfde manier uit met hun bewegende buren waardoor de dichtheid van een zwerm volgens een voorspelbaar patroon toe- of afneemt. Zulke modellen sporen echter niet met het gedrag dat woestijnsprinkhanen vertonen in een ingenieuze virtual reality-opzet. Hierbij bewegen sprinkhaannimfen zich vrij op een ronddraaiende bol terwijl ze worden ondergedompeld in een panoramische driedimensionale virtuele projectie met realistische simulaties van andere sprinkhanen. Ze volgen dan geen vaste gedragsregels, maar een minimaal cognitief raamwerk waarbij ze zelfstandig hun richting bepalen. Ook vinden de onderzoeker bij heranalyse geen bewijs van een dichtheidsdrempel voor afgestemde collectieve beweging in experimenten met marcherende sprinkhanen in een arena.

Een studie met juveniele woestijnsprinkhanen in het laboratorium van de University of Konstanz. Foto: Christian Ziegler.

‘Minimalistische statistische fysische modellen zijn nuttig geweest om het veld naar een positie te brengen waardoor nu herkadering mogelijk is, als resultaat van buitengewone vooruitgang in de gedragsanalyse, neurowetenschappen en virtual reality’, schrijven de Australische gedragsonderzoeker Camille Buhl en entomoloog Stephen Simpson in een begeleidende perspective in Science. ‘In de zoektocht om de kracht van het collectief te begrijpen, ligt toegang tot het cognitieve rijk van dieren binnen handbereik.’

Zie ook:
-Rewriting the rules of locust swarms - Website Max Planck Institute of Animal Behavior (Konstanz, DE), 27 februari 2025