Məlumat

Bu qaynaşma nümunəsi üçün yaxşı bir izahat varmı?

Bu qaynaşma nümunəsi üçün yaxşı bir izahat varmı?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Burada bir film klipi faydalı olardı. Bir neçə gün əvvəl məndən təqribən 20 fut aralıda arxalarında günəş olan yeni çıxmış uçan böcəklər sürüsü gördüm, ona görə də qaynaşma formasını (məsələn, belə idi) ayırd etmək asan idi. Bir neçə dəfə müxtəlif spiral formalar və ya xaotik kütlələr yaratdıqdan sonra ya heç vaxt görmədiyim, ya da əvvəllər görmədiyim bir növ “tutma nümunəsi”nə qayıtdılar. Olduqca yaxşı bir yaxınlaşma üçün səhvlər fırlanan sinc funksiyası ilə yaxşı yaxınlaşan "sallanan baraban başı" naxışında özlərini təşkil etdilər. Sıfırdakı zirvə burada bir az şişirdilmişdir, lakin böcəklər daha çox və ya daha az bir formada yayılmışdır:

yüngül küləyə və davamlı tənzimlənməyə məruz qalır. Bilirəm ki, insanlar qaynaşma davranışını öyrəniblər və modellər hazırlayıblar, amma bunun hesabını verənlər varmı? ODE-lərdə və mühəndislikdə çox əhəmiyyət kəsb edir, lakin mən bunu heç vaxt qaynaşma davranışı ilə əlaqələndirməmişəm.

Təşəkkürlər!


Bəzi youtube videolarına baxdım, lakin fırlanan sinc funksiyasına bənzəyən hər hansı bir qaynaşma tapa bilmədim.

Aşağıdakılar qaynaşma haqqında çox şey bilməyən birinin təxminlərindən başqa bir şey deyil!

Süründə tez-tez rast gəlinən bir nümunə (kompüter simulyasiyası və empirik müşahidə vasitəsilə) sadə 2D fırlanmadır.

Əvvəlcə müşahidə etdiyiniz formanın yalnız statik formasını nəzərdən keçirək. Bu forma çoxlu fırlanan təbəqələrin nəticəsi ola bilər. Sinc funksiyanızdakı fərdlərin hansı dinamika malik olduğunu xatırlayırsınızmı?

Salınma, bəzən qaynaşmada da müşahidə olunan bir nümunədir. Salınım davranışı ətalətin nəticəsi ola bilər. Bir sarkaç kimi, qrupdan uzaq olan fərdlər qrupun ortasına çatana qədər davamlı olaraq eyni istiqamətdə sürətlənirlər. Sonra onlar sıfır sürətə çatdıqları nöqtəyə qədər tərs sürətlənməyə məruz qalırlar və sonra yenidən dövrələrinə başlayırlar. Bu ətalət, hərəkətlərini aşağı saldıqları qonşuların sayından asılıdır. Məsələn, hansı quş növlərini xatırlamıram (istinad tapa bilmirəm) hər bir fərd öz hərəkətini yalnız 6-cı ən yaxın qonşuya görə düzləşdirir.

Qarışıq davranışa imkan verən 3 əsas qayda (ayrılıq, düzülmə, birləşmə) haqqında ətraflı məlumat üçün wiki səhifəsinə baxın.

Bir sözlə, mən fərz edirəm ki, fırlanmanın əsas 3 əsas qaydası sayəsində fırlanma və ətalət nümunələri birlikdə müşahidələrinizi izah etməyə imkan verir.


Starlinq mırıltılarının arxasındakı sirlər və elm

Ayrı-ayrılıqda, bir Avropa sığırdağı adi bir qaraquşdan bir qədər çox deyil. Bu belədir. Ulduzlar qısa və qalındır, tünd lələkləri və uzun, sivri pulları var. Siz onları görmüsünüz. Onlar demək olar ki, hər yerdədirlər, 200 milyondan çox insan təkcə Şimali Amerikadadır, öz gurultulu kiçik mahnılarını oxuyur və bir çox həyətyanı bağbanlar və tam zamanlı fermerlər üçün bir az zərərli tərəfə çevrilirlər.

Kollektiv olaraq, sığırcıklar tamamilə başqa bir şeyə çevrilirlər. Birlikdə, uçuşda, bəzən yüz minlərlə olan ovsunlayıcı sürülərdə onlar nəfəs kəsən bir möcüzədir, nəbz edən, çırpınan, canlı, ahəngdar bir bütövdür, təbiətin özünü təyin edərkən təbiət qanunlarına zidd görünür.

Havada sığırcıkların mırıltısını izləmək - bu, sürünən davranışa mırıltı deyilir - təbii dünyanın gücünü və sirrini birbaşa təcrübədən keçirməkdir.

Vyana Təbii Sərvətlər və Həyat Elmləri Universitetinin Meşə Ekologiyası İnstitutunda doktorluqdan sonrakı tədqiqat işçisi Mario Pesendorfer deyir: "Məncə, əsas hiss qorxu hissidir" "Çox sürətlə hərəkət edən bir şeyin məkan miqyası - bunu bizim tamamilə edə bilmədiyimiz - və bir çox insanın eyni şeyi etdiyi zaman meydana gələn vizual modelləşdirmə. həqiqətən bizi heyran edir."

Pesendorfer kimi elm adamları üçün mırıltılar bundan daha çox şey edir. Maraq oyandırırlar. Və onlar Pesendorfer kimi alimləri quşlar, arılar və balıqlar kimi qaynayan heyvanların öz həyatımızı necə yaxşılaşdıra biləcəyini anlamaq üçün qığılcımlandırırlar.

Narahatlıqların arxasındakı sirlər

1930-cu illərdə məşhur ornitoloq Edmund Selous, mırıltı ilə hərəkət edən quşların uçuş niyyətlərini ötürmək üçün bir növ telepatiyadan istifadə etdiyini irəli sürdü. "Hamısı eyni anda kollektiv şəkildə düşünməlidirlər. bu qədər beyindən bir parıltı", "Quşlarda Düşüncə-Köçürmə (və ya Nə?) adlı kitabında yazmışdı.

İllər keçdikcə bunun heç də belə olmadığını anladıq. 1950-ci illərdə həşəratları, balıqları və digər kollektiv heyvan davranışlarını tədqiq edən elm adamları qrup hərəkətinin bəzi fitri zehni oxuma qabiliyyəti və ya əmrdən daha çox sürüdəki (yaxud məktəb və ya sürüdəki) başqalarına heyrətamiz dərəcədə sürətli reaksiya olduğunu irəli sürdülər. qrup rəhbərindən.

Proceedings of the National Academy of Sciences jurnalında dərc olunmuş 2015-ci il məqaləsinin müəlliflərinin yazdığı kimi, "qonşulara yerli davranış reaksiyasının sürətli ötürülməsi" belə heyrətamiz sinxronizasiyaya imkan verir.

"Böyük qrup davranışını ortaya çıxarmağın iki yolu var. Siz yuxarıdan aşağıya nəzarət edə bilərsiniz, burada bir növ rəhbərlik və ya bir növ yuxarıdan aşağı mexanizm var. Bir rok şousu düşünün, önünüzdə rok ulduzu var və o, əllərini çırpmağa başlayır və bütün stadion əl çalmağa başlayır” Pesendorfer deyir. "Amma bu mırıltılar əslində öz-özünə təşkil olunur, yəni fərdin kiçik davranış qaydaları onu böyük qrupa qədər genişləndirir. Bu davranışı başa düşmək üçün yerli miqyasdan getməliyik - fərd nə edir, hansı qaydalara əməl edir? — qlobal miqyasda nəticə nədir?"

2013-cü ildə Prinstondan olan mexaniki və aerokosmik mühəndis və onun komandası mırıltıları öyrənmək üçün İtaliyadakı fiziklərlə əməkdaşlıq etdi. Princeton mühəndisi Naomi Leonard o vaxt demişdi: "1200 quş olan bir sürüdə hər quş digər 1199 quşu izləyə bilməyəcək" ?'"

İtalyan fizikləri bir neçə videodan 400-dən çox fotoşəkildən istifadə edərək, quşların axını zamanı onların mövqeyini və sürətini müəyyənləşdirdilər. Bundan, onlar izləmək üçün hər bir quş üçün sürü yoldaşlarının optimal sayını müəyyən edən riyazi model qurdular.

Sehrli rəqəmin yeddi olduğu ortaya çıxdı: Hər bir quş yeddi ən yaxın qonşusunu izləyir və qalan hər şeyə məhəl qoymur. Bütün bu kiçik yeddi qrupların digər fərdlərə və yeddi nəfərlik qruplara toxunduğunu nəzərə alsaq, bükülmələr və dönüşlər sürətlə yayıldı. Və bundan bütöv bir səs-küy hərəkət edir. Alimlərin tapıntıları 2013-cü ilin yanvarında PLOS Computational Biology jurnalında dərc olunub.

Nəzarətdə olan Üç Şey

Geniş miqyasda əlaqələndirilmiş görünsə də, ayrı-ayrı quşlar uçuşlarının yalnız üç aspekti və ətrafdakıların uçuşu ilə maraqlanır. Bu amillər bir neçə şəkildə təsvir edilmişdir, lakin hamısı çox oxşardır. Onlar Pesendorferdəndir:

  • Cazibə zonası: "Bu o deməkdir ki, bu sahədə siz növbəti oğlana doğru hərəkət edəcəksiniz."
  • Bir itələmə zonası: "Bu o deməkdir ki, siz onun zolağına uçmursunuz, əks halda ikiniz də yıxılacaqsınız."
  • Bucaq düzülüşü: "Beləliklə, bir növ onun [quşun qonşusu] istiqamətinə əməl etməlisən."

"Bu üç parametri necə dəyişdirdiyinizdən asılı olaraq" Pesendorfer deyir, "siz okean balıqlarında əldə etdiyiniz lülə kimi görünən beysbol toplarından tutmuş boş görünən böcək sürülərinə, yüksək səviyyədə təşkil olunmuş balıq sürüləri və mırıltılarına qədər hər şeyi əldə edə bilərsiniz. Hamısı bu üç kiçik parametrdə."

Elm adamları inanırlar ki, bu quşlar ilk növbədə yırtıcıları çaşdırmaq və ruhdan salmaq üçün çoxlu sayda sürünün çıxardığı səs-küylə və əlbəttə ki, onun hərəkətindən çəkindirirlər. Quşlar arasında bəzi ünsiyyətlər mırıltılarda da baş verə bilər - deyək ki, yaxşı qida mənbələrinə işarə edərək - bəzi tədqiqatçılar sadəcə isinməyin başqa bir səbəb ola biləcəyinə inanırlar.

Sadə insanlar üçün ən heyrətamiz olanı, bu quşların bu qədər tez reaksiya vermələri və bunu dərhal olmasa da, bir quş qanadının bir neçə qanadında belə sinxronizasiya etmələridir. Onlar demək olar ki, bir növ kilid pilləsində (və ya sanki kilid-flap) hərəkət edirlər.

Pesendorfer deyir ki, "Quşlar bizdən daha yüksək temporal ayırdetmə qabiliyyətinə malikdirlər", o deməkdir ki, quşlar ətrafdakı müəyyən məlumatları qəbul edir və insanlardan daha tez emal edirlər. "Onlar bizdən daha sürətli görürlər"

Ulduzlardan Öyrəndiklərimizdən İstifadə

Hələ 1986-cı ildə MİT-də təhsil almış kompüter alimi Kreyq Reynolds "Boids" adlandırdığı bir şeydə quş sürməsinin və balıqların öyrənilməsinin kompüter modellərini qurdu." Bu proqramlar filmlərdə, ilkin olaraq (və xüsusilə) yarasa sürüsündə canlı animasiya üçün əsas verdi. 1992-ci ildə Tim Burton filmində "Batman qayıdır"

Real həyata tətbiqlərdə böyük sığır qruplarının (yaxud yarasalar, arılar və ya hər hansı) davranış hərəkətlərini başa düşmək və robot dəstələrini oxşar hərəkətlər etmək üçün proqramlaşdırmaq bacarığı heyrətamiz imkanlara malikdir. "Biz biologiyadan ilham almağa çalışırıq" Leonardın qrupundan hazırlanmış kağızın baş müəllifi olan Corc Yanq 2013-cü ildə Prinston Universitetinə demişdi: "Heyvan qrupunun performansının hansı ölçülərinin bizə hansı ölçülərdən istifadə etməyimizə kömək edə biləcəyini anlamaq üçün robotlar üçün cavab verən davranışlar dizayn etdikdə."

Nümunə: Las Cumbres Rəsədxanasında bir böyük teleskop kimi fəaliyyət göstərmək üçün bir-biri ilə koordinasiya edən dünyanın yeddi yerində 22 robot teleskop var. LCO saytından:

Başqa bir misal: Sürü robototexnikasının inkişaf etməkdə olan sahəsi, Harvarddakı Wyss İnstitutuna görə, "axtarış və xilasetmə missiyaları, tikinti səyləri, ətraf mühitin bərpası və tibbi tətbiqlər üçün yeni yanaşmalar təklif edə bilən sığırcıkların tədqiqindən əldə edilən məlumatlardan istifadə edir".

Swarm robotikasının döyüş təyyarələrindən buraxılan bu mikro dronlar kimi hərbi tətbiqlərdə də istifadəsi ola bilər. Özünü idarə edən maşın sürüsü birlikdə işləmək tıxacları azaltmağa və ya aradan qaldırmağa kömək edə bilər. İmkanlar - xərçənglə mübarizə? - ağılları qarışdırır.

Bu sadə quşun heyrətamiz sürüsünü seyr etməkdən, öyrənməkdən, öyrənməkdən və qurmaqdan tutmuş.

Pesendorfer deyir: "Çox mürəkkəb qərar vermə proseslərinə malik insanlar olaraq, biz mürəkkəb davranış kimi görünən miqyaslı sadə qərar vermə proseslərinə baxmağa öyrəşməmişik" "Bu modellər bizə bu tip nümunələri anlamağa kömək edir."


Sistem bioloqlarının əsas məqsədi biofilmin əmələ gəlməsi və yaraların sağalmasından tutmuş embriogenezə qədər bütün canlı sistemlər tərəfindən göstərilən kompleks, kollektiv, özünü təşkil edən davranışların altında yatan mexanikanı anlamaqdır. Myxococcus xanthus biofilmin özünü təşkilini öyrənmək üçün model orqanizm kimi istifadə edilən torpaq bakteriyasıdır. Nisbətən böyük bir genom və iki fərqli mərhələni əhatə edən mürəkkəb bir həyat dövrü var. M. xanthus hüceyrələri agarda hərəkət edə bilər və bir neçə milyon hüceyrə qida ilə zəngin aqar səthinə yerləşdirildikdə böyüyən və genişlənən yırtıcı biofilm və ya “sürü” yaratmaq üçün təşkil olunacaq. Qidasız aqar səthinə qoyularsa, eyni sürü içəriyə doğru dönəcək və yığılacaq və aclıq dövrlərində sağ qalmaq üçün nəzərdə tutulmuş spora dolu çoxhüceyrəli meyvə cisimləri əmələ gətirəcək. Meyvəli bədənin formalaşmasını tənzimləyən genlərin və genetik yolların müəyyən edilməsində geniş tərəqqi əldə edilmişdir. Bununla belə, aqreqasiya prosesinin əsasında duran dinamikanın dəqiq təsviri hələ də yoxdur və bu mövzuda hələ də mübahisələr və fikir ayrılıqları mövcuddur. Bu dissertasiyada fərdi M. xanthus hüceyrəsinin barvermə orqanının formalaşması zamanı davranışı, həmçinin aqreqatların davranışı ilə bağlı bəzi izahatlar verilir.

Bu işin birinci hissəsində biz göstəririk ki, fərdi hüceyrələrdən çoxhüceyrəli aqreqatların əmələ gəlməsinə keçid M. xanthus hüceyrə davranışında mürəkkəb hüceyrədən hüceyrəyə siqnal, stigmergy (burada bir iz əmələ gəldiyi) nisbətən kiçik dəyişikliklərlə idarə oluna bilər. agar səthindəki hüceyrə, izlə təmasda olan yaxınlıqdakı hüceyrələrin hərəkətinə təsir göstərir) və aqreqasiya üçün hüceyrə diferensiasiyası tələb olunmur. Biz təklif edirik ki, M. xanthus aqreqasiyası qeyri-canlı sistemlərdə xarakterik olan, hərəkətliliyə səbəb olan faza ayrılması (MIPS) adlanan fiziki fenomenə uyğun gəlir. Geri dönməyən mutant hüceyrələri öyrənmək və onların sürətlərini manipulyasiya etməklə, hüceyrə hərəkətinin faza bölgəsinin sərhədləri daxilində həyata keçirilə biləcəyini göstəririk ki, hüceyrələr aqreqatlar əmələ gətirməyə müvəffəq olsunlar. Alternativ olaraq, hüceyrə hərəkəti faza bölgəsinin hüdudlarından kənara düşə bilər ki, hüceyrələr aqreqatlar meydana gətirə bilmir.

Aqreqasiyanın ilkin mərhələlərindən sonra M. xanthus sürüsü onların bəzilərinin hərəkətinə, birləşməsinə və ya yox olmasına səbəb olmaqla aqreqatların sayını və nisbi mövqelərini aktiv şəkildə yenidən təşkil edir. Bu işin ikinci hissəsində biz Ostwaldın nazik bir maye təbəqədə yetişməsini təsvir edən tənliklərin məcmu davranışı yüksək dəqiqliklə proqnozlaşdıra bildiyini nümayiş etdiririk. Bu nəzəriyyəyə uyğun olaraq, həm nisbi məcmu ölçüsü, həm də aqreqatlar arasındakı məsafə verilmiş aqreqatın yox olma ehtimalına təsir göstərir. Ümumiyyətlə, qonşu aqreqatlarda kiçik və yaxın olanlar kiçməyə və yox olmağa meylli olacaq, daha böyük, daha təcrid olunmuş aqreqatlar isə çox güman ki, qalacaq və qalıcı olacaqlar. Aqreqatlar ətrafında ayrı-ayrı hüceyrələri izləməklə biz göstəririk ki, daha çox hüceyrə kiçilən, yoxa çıxan aqreqatları tərk edir, onlara daxil olmaqdansa, daha çox hüceyrə onları tərk etməkdənsə böyüyən, davamlı aqreqatlara daxil olur. Bütün bu məlumatlar Ostwald yetişmə tənlikləri ilə yaxşı uyğunlaşır. Bu işin son hissəsində biz göstəririk ki, aqreqasiya demək olar ki, 400 geni təmsil edən dörd paraloq gen ailəsinin tək genin pozulmasını təhlil edərək yalnız müəyyən sayda yollarla parçalana bilər. Biz tapdıq ki, gen ailələri fenotiplə korrelyasiya edir və bu, mümkün artıqlığı təklif edir. Yekun olaraq, dissertasiya məlumatlarım M. xanthus inkişaf dinamikası ilə bağlı bəzi davamlı suallara mümkün cavablar verir.


Cicada oyanışı

Önümüzdəki həftələrdə şimal-şərqdə cəmləşmiş bölgələr cicadaların zəbt edilməsi ilə qarşılaşacaq və nəticədə milyardlarla sayları heyrətamiz bir dəstə ilə nəticələnəcək.* Əgər siz 2004-cü ildə olduğum kimi şimal-şərqin müəyyən bölgələrində olsaydınız (ortada Baltimor, Merilend ştatının Atlantik şəhəri), axırıncı dəfə Brood X adlı bir qrup ağustosbağası torpağın altından üzə çıxdı, siz qırmızı gözlü böcəkləri görüb eşitdiyinizi xatırlaya bilərsiniz. Həmin vaxt həyat yoldaşım Jill və mən evlənirdik və toy planlarımızda ağcaqanad oyanmasının hesabını verməliydik. Onların nə qədərinin iştirak edəcəyi ilə bağlı narahatlıq var idi. Böyük Şərq Brood kimi də tanınan Brood X, 17 illik həyat dövrü ilə xarakterizə olunan dövri cicadaların ən böyük populyasiyalarından biridir. Hal-hazırda şərq sahilində təxminən 15 ştatın bir hissəsində yaşayanlar üçün may və iyun aylarında ən böyük sıxlığı görməyi gözləyin (burada keçmiş dövrlərdən ağcaqayın müşahidələrinin böyük interaktiv xəritəsi var). Onların müvəqqəti ələ keçirilməsi asan unudulan hadisə deyil. (Qısa icmal üçün burada 5 dəqiqəlik vaxt var BBC Sakitləşdirici varlığı çılğın hadisəyə qarşı tarazlıq yarada bilən ser David Attenborough-un şərhi ilə ağcaqanadların ortaya çıxmasına dair sənədli film. Və ya audioya üstünlük verirsinizsə, burada 27 dəqiqəlik Vox hadisə ilə bağlı bölmə. Hər ikisini bəyənirəm.)

* Bu təxmin bir akrda cicada sıxlığının 133.000-dən 1.5 milyona qədər olduğunu bildirən araşdırmaya əsaslanır. Bəzi yerlərdə hər kvadrat mil üçün 960 milyon cicadaların yuxarı həddi sıxlığını proqnozlaşdırmaq məqsədəuyğundur və topoqrafiya və bölgə üzrə müxtəlif sıxlığı nəzərə alaraq, ümumi çıxma sayı yüzlərlə milyonların sonlarındadır.

Ağcaqanadların “şəhərə qayıdacağı” xəbərini görəndə onların sonuncu dəfə üzə çıxdıqlarında məni nə qədər maraqlandırdıqlarını xatırladım (və 17 ilin necə sürətlə keçməsinə də heyran oldum). Təxminən evlənməyi planlaşdırırdım (və qəbulda əlavə ağcaqanadların sayının mümkünlüyünü planlaşdırırdım) bu məqaləni jurnalda oxudum. Baltimor Günəşi. 17 il sonra məqaləni xatırlayıram, çünki təkamül müəmması, yəni dövri cicada cinsi məni heyran etdi. Magicicada 13 və ya 17 illik əsas nömrəli həyat dövrü ilə 7 növdən ibarətdir. Sonsuz sayda sadə ədədlər var ki, onlar yalnız 1-ə bölünən tam ədədlərdir və özləri 13 və 17 belə iki nümunədir. Məni riyazi əlaqə və ağcaqanadların ortaya çıxma nümunəsi ilə bağlı elmi sahədə qalan çoxsaylı suallar maraqlandırdı. Həyat dövrləri ilə bağlı məni fərqləndirən bir çox sual arasında iki sualım var: (1) 13 və ya 17 illik iki unikal ortaya çıxma nümunəsini nə şərtləndirdi və (2) Nə üçün cins müəyyən il sayına qərar verdi? etdi?

edənlərin bir hissəsi Magicicada cins o qədər cəlbedicidir ki, cavabdan daha çox suallar doğurur. Bir sözlə, qoyulan hər iki sual üçün hələ konsensus izahı yoxdur. Bununla birlikdə, inkişaf etmiş ortaya çıxma nümunəsi üçün iki məcburedici nəzəriyyə var. Biri iddia edir ki, ilkin hərəkətverici qüvvə iqlimlə bağlıdır, ikinci nəzəriyyə isə yırtıcı-ov dinamikasını araşdırır.

İqlimlə əlaqəli nəzəriyyə iddia edir ki, buz dövrlərində temperaturun soyuması və sonradan populyasiyanın sayının azalması populyasiyanın sinxronluğu və optimal çıxma dövrləri üçün seçilir. Optimal həyat dövrləri digər ağcaqanad populyasiyaları ilə birlikdə yaranma ehtimalı ən az olan dövrlər idi. Nəzəriyyəyə görə, 13 illik dövr əcdadların ortaya çıxma nümunələrinin daha qısa diapazonu arasında ən əlverişli idi və 17 illik dövr daha uzun ömür dövrləri olan diapazonlardan optimal şəkildə seçildi. Başqaları ilə birlikdə ortaya çıxmayan sinxron ağcaqanad populyasiyalarının sağ qalması daha yaxşı idi, çünki bu, qruplararası qarışma şansını məhdudlaşdırırdı, bu da daha böyük qrupdan əvvəl və ya sonra ortaya çıxan ağcaqanad alt dəstəsini (hibrid çıxma nümunəsi ilə) əmələ gətirirdi. stragglers kimi istinad edilir. Başqalarından ayrı bir populyasiya olaraq, bu populyasiyaya aid ağcaqanadlar birlikdə vaxt təyin etdilər: ekoloqlar yırtıcıların doyması adlandırdıqları sayda təhlükəsizlik var.

İkinci bir nəzəriyyə, 13 və 17 illik dövrün yerin üstündəki yırtıcı dövrləri və aşağıda bala (məsələn, qida mənbələri və parazitlər) üçün ekoloji təzyiqləri müzakirə etmək üçün optimal strategiyanı əks etdirdiyini irəli sürür. Qeyd edək ki, dövri ağcaqanadların əsas nömrəli həyat dövrü tərifinə görə yalnız 1 rəqəminə və özünə bölünür və yırtıcıların həyat dövrünün üst-üstə düşmə ehtimalını məhdudlaşdırır. Yırtıcıların 13 və ya 17 ilə qədər illik dövrləri və ya nümunələri yoxdur və növlərin əsas nömrəli həyat dövrlərinə uyğunlaşmaq üçün başqa cür təkamül etməyiblər.

1977-ci ildə cicada bala dövrlərinin vaxtını nəzərdən keçirən əsaslı essedən uyğunlaşdırılmış nümunəni nəzərdən keçirək: əgər balaların çıxma sxemi hər 15 ildən bir, 3 və 5-ə bölünürdüsə və yırtıcıların həyat dövrü hər 5 ildən bir olsaydı, onda hər bir ortaya çıxma eyni vaxta düşərdi. yırtıcı dövrü. 17 il və 5 illik yırtıcı həyat dövrü kimi əsas rəqəmlərin həyat dövrü ilə bala yalnız hər 85 ildən bir yırtıcı ilə qarşılaşa bilər (5-i 17-yə vurmaqla).

Bununla belə, yırtıcı-yırtıcı münasibətləri vurğulayan mistik əsas nömrəli ortaya çıxma nümunələri üçün izahatlar 13 və 17-nin seçilmiş xüsusi sadə ədədlər olduğunu kifayət qədər izah etmir. Yırtıcı-yırtıcı əlaqənin məkan-zaman simulyasiyası tədqiqi təsdiq edir ki, əsas nömrəli həyat dövrü sağ qalmaq və əhalinin saxlanması üçün optimal strategiyadır. (Yırtıcılıq təzyiqi ilə həyat dövrləri 11-19 il arasında zirvəyə çatır, burada 19-cu il ən çox baş verir). Tədqiqat dövri ağcaqanadların ortaya çıxma nümunələri üçün əsas nömrəli şirin nöqtənin olduğunu təsdiqləyir, lakin həyat dövrlərinin niyə təbii olaraq 11 və ya 19 il baş vermədiyini izah etməyə xidmət etmir. Bununla belə, nəzəriyyə bala dövrünün yırtıcıların üst-üstə düşməsini minimuma endirdiyini və yırtıcıların doymasını optimallaşdırdığını dəstəkləyir.

Yaxşı təkamül tapmacası həll etmək üçün bir şey buraxır. Səbəbdən asılı olmayaraq, dövri ağcaqanadların həyat dövrü bir möcüzədir və tezliklə təxminən 8 həftə ərzində üzə çıxacaq, bir dövrü bağlayaraq yenidən başlayacaq. Brood X-in ortaya çıxdığı bir ərazidə yaşamaq üçün şanslısınızsa, onların səs-küyünə və ya saylarına görə qıcıqlanma potensialına müqavimət göstərin. Bunun əvəzinə, onların təsvir etdiyi biologiya və riyaziyyatın inanılmaz kəsişmə nöqtəsini qiymətləndirin.


Bakterial hərəkətliliyin xüsusiyyətləri

Alkaligenlər peritrikoz flagella tərəfindən hərəkətlidir.

Campylobacters kiçik incə, spiral əyri, hərəkətli qram-mənfi bakteriyalardır. Onlar xarakterik sürətli göstərirlər tıxac kimi hərəkətlilik.

E. coli: Əksəriyyəti peritrikoz flagella tərəfindən hərəkətlidir. Alkalescens-Dispar qrupu yəni. A-D qrup hərəkətsizdir.

Helicobacter: Helikobakter spp flagella ilə hərəkət edir (bir ucunda 4-7 qabıqlı bayraq var).

Listeria spp: Bir xüsusiyyəti ilə hərəkətlidir fırlanır və fırlanır bulyon mədəniyyətlərində hərəkətlilik. 18-25°C-də böyüdükdə, lakin 35-37°C-də böyüdükdə hərəkətli deyil və ya minimal hərəkətlidir.

Proteus spp: P. mirabilis və P. vulgaris aktiv hərəkətlidirlər (sürüşmə hərəkətliliyi). Hərəkətlilik 35-37 ºC-də otaq temperaturunda (20-28 ºC) olduğu qədər asanlıqla müşahidə olunmur.

Pseudomonas spp: Ən çox növləri Pseudomonas istisna olmaqla hərəkətlidir Pseudomonas malli bir və ya bir neçə flagella vasitəsilə.

Salmonella spp: Əksər suşlar hərəkətlidir Salmonella GallinarumSalmonella Pullorum

Spirilla hər iki ucunda flagella qrupları olan hərəkətlidir.

Spiroketlər (Treponema, Borrelia, Leptospira): Var əyilmə və fırlanan bədən hərəkətləri ilə hərəkətlidir.

Protozoa parazitlərinin trofozoitləri Entamoeba histolytica və Giardia lamblia (bayraq və dalğalı membranla hərəkət edir) s yaş hazırlıqda hərəkətliliyi göstərir.

Vibrio vəba: Vibrio vəba tək qütb bayraqcığı ilə hərəkətlidir və sürətlə hərəkət edir dartinq ("Oyan Ulduz") hərəkətlilik növü.

Yersinia enterokoliti 20-28°C-də böyüdükdə hərəkətli, 35-37°C-də böyüdükdə isə hərəkətsizdir.


Təşkilati tamamlamağın sirri

Stigmergy yunan στίγμα sözlərindən əmələ gəlib stiqma "işarə və ya işarə" və ἔργον mənasını verir erqon "iş və ya hərəkət" mənasını verir. Stigmergy universal koordinasiya mexanizmidir: agentlər və ya hərəkətlər arasında bir mühitdə dolayı koordinasiyanın konsensus mexanizmi. Özünü təşkil edən orqanizmlərin bütün qarşılıqlı təsirlərini tam başa düşməsək də, özünü təşkil etmə anlayışı həm robot texnikasında, həm də sosial sahədə mövcuddur. həşəratlar.

Remy Chauvin (1956) biologiya elmlərində stiqmeriyaya əsaslanan koordinasiya ilə bağlı ən erkən işi aparmışdır. Bununla belə, stiqmergiyanın təməli 1967-ci ildə Pierre-Paul Grasse tərəfindən 1950-ci illərdə termitlər üzərində apardığı araşdırmalardan istifadə edərək nəzərdə tutulmuşdu. İdeya ondan ibarətdir ki, agentin hərəkətləri ətraf mühitdə onun və digər agentlərin hiss etdiyi və sonrakı hərəkətləri müəyyən edən və təhrik edən işarələr buraxır. Stigmergy, həmçinin ünsiyyət üçün siqnallardan istifadə edən müstəqil aktyorların qaynaşma nümunələrinin öyrənilməsi üçün süni intellekt daxilində istifadə olunur.

Stiqmergiyanın və sosiometriyanın (sosial münasibətlərin ölçülməsi üçün kəmiyyət metodu) və qrup dinamikasının daha yaxşı başa düşülməsi, sürü zəkasının mahiyyəti olan çox agentli koordinasiya dünyasına yeni baxışlar təklif edir.

Stigmergiyanın mahiyyəti ondan ibarətdir ki, ətraf mühitdə qalan izlər - fəaliyyətin nəticəsi - gələcək fəaliyyətin icrasını stimullaşdırır. Bu birləşmiş müsbət və mənfi əks əlaqə dairəsi qarşılıqlı məlumatlılığı artırır, planlaşdırma, nəzarət və ünsiyyətə ehtiyac olmadan fəaliyyətin koordinasiyasını gücləndirir.

Qarışqalar feromonlardan istifadə edirlər. İnsanlar vikilərdən istifadə edirlər. Arılar ifrazatlardan istifadə edirlər. Bu çox agentli koordinasiya mexanizmləri fəaliyyət göstərir, çünki agentlər dinamik mühitdə məlumat mübadiləsi aparırlar. Agentlər öz mühitlərini dəyişdirirlər ki, bu da gələcək reaksiyaya səbəb olur.

Açıq mənbə sistemləri beş istifadəçidən 50.000 istifadəçiyə çatdıqda, cavablarımızı qrup işinin təkamülündə dəfn edə bilərik. Stigmergic əməkdaşlığın dörd fərqli prinsipi var:

  1. Əməkdaşlıq ünsiyyətdən asılıdır və ünsiyyət şəbəkə fenomenidir.
  2. Əməkdaşlıq mahiyyət etibarilə iki əsas komponentdən ibarətdir - sosial danışıqlar və yaradıcı məhsullar - bunlar olmadan əməkdaşlıq baş tuta bilməz.
  3. Kiçik qruplarda əməkdaşlıq (təxminən 2-dən 25-ə qədər) onun prosesini və yaradıcı nəticələrini inkişaf etdirmək və istiqamətləndirmək üçün sosial danışıqlara əsaslanır.
  4. Böyük qruplarda əməkdaşlıq (təxminən 26-dan n) damğalanma ilə aktivləşdirilir.

Pətəkdə Nələr Baş Verir

Stiven Repaski

Mülayim bölgələrdə arıçılar baharda bir çox şeyi səbirsizliklə gözləyirlər, məsələn, skunk kələmindən, çiğdemdən, söyüddən və qar damlalarından gələn ilk tozcuqlar, ağcaqayın çiçəkləndiyi zaman nektar axınının başlaması və ya yeni pətəyin başlanğıcı. bir nuc və ya artırmaq pətək. Bu hadisələr bal arısı koloniyaları üçün illik çoxalma dövrünün başlanğıcından xəbər verir ki, onlar yalnız bir və ya iki ay sonra kulminasiya nöqtəsinə çata bilər. Çiçəklər yazda çiçəkləndiyi kimi, ABŞ-dakı Bal arısı koloniyaları illik koloniya reproduktiv hadisəsi üçün hazırlıqlara başlayırlar. Bu, həm idarə olunan, həm də idarə olunmayan demək olar ki, bütün koloniyaların keçdiyi təbii bir hadisədir. Bir çox arıçılar üçün koloniyalarının qaynaşması düşüncəsi qarışıq gərginlik, narahatlıq və həyəcan hissi gətirir. Bu, “yeni-arılar”-in öz narahatlığını koloniyalarının qışda sağ qalacağına əmin olmaqdan koloniyanı və onunla birlikdə potensial bal məhsulunu itirməməyə çalışmağa dəyişməsinə səbəb olur.

Sürü itirmək bəzi arıçılarda uğursuzluq hissləri yarada bilər, əgər bu, öz arıxananızdan gəlirsə, ancaq sürü ələ keçirmək də böyük uğur hissini doğura bilər. Sürü tutmaq çox vaxt yeni arıçıdan pərdə altında daha çox təcrübəsi olan arıçıya keçid kimi qəbul edilir. Swarming həyəcan vericidir və bunun əvəzinə qorxmalı bir şey deyil, təqdir edilməli və hörmət edilməli bir şeydir. Bal arısı sürüsünün davranışı və koloniyanın pətəkdən çıxan sürüyə səbəb olan hazırlıqları bizə bu Təbiət möcüzəsini öyrənmək üçün gözəl fürsət verir.

Swarming nədir

Swarming koloniyanın mum darağı hüceyrələrinin içərisində baş verən çoxalmadan daha böyük səviyyədə çoxalma üsuludur. Mövsümün imkan verdiyi kimi, sağlam koloniyaların bir koloniyanı iki və ya daha çox müstəqil bölməyə bölmək üçün keçdiyi bir prosesdir. Bu, aseksualdır, yəni “çoxalma” bölünmə yolu ilə baş verir, burada koloniya təxminən yarıya bölünür və “yeni” koloniya ana kraliça ilə birlikdə ayrılan sürüdür, koloniyanın qalan hissəsi isə böyümək üçün geridə qalır. yeni bir kraliça və varlıqlarını davam etdirirlər. Bu proses həmçinin bal arısı üçün əsas zərərverici olan Varroa gənəsinin azalmasına kömək edə bilən bala dövrünün azalması və ya fasiləsini təmin edir. Arıçıların Bal arısı koloniyalarının qaynaşma instinktini necə idarə edəcəyini və ya onunla necə davranacağını başa düşmələri vacibdir və bunun üçün onlar pətəkdə baş verən bioloji prosesləri başa düşməlidirlər.

Gördüyün nədir?

Arıçılar bütün sürmə prosesində çərçivələrin aşağı üçdə biri boyunca tanış olan fıstıq formalı ana arı hüceyrələrini görməyə və ya ağacın budağında və ya digər müvəqqəti istirahət yerində həqiqi sürüləri öz bivuaklarında yerləşdirməyi ən çox bilirlər. Tez-tez əldən verdiyimiz şey, ana arı hüceyrələrinin görünüşü ilə pətəkdən ilkin sürünün çıxması arasında ortaya çıxan koloniyadakı əlamətlərdir. Bu əlamətlər çox vaxt incədir, lakin bəzi əsas müşahidələr və Bal arısının biologiyasını başa düşməklə, onlar arıçıya pətəklərində baş verənlər və ya artıq baş verənlər haqqında çox şey deyə bilərlər. Bir çox arıçılar tez-tez ana arı hüceyrələrini gördükdə pətək alətlərini götürüb kəsərək və ya əzməklə reaksiya verirlər ki, onlar qaynaşma prosesini dayandıracaq və arılarını xilas edəcəklər və yalnız iki həftə sonra daha çox ana arı hüceyrəsi tapmaq üçün geri qayıdacaqlar. bir neçə min arı qısadır! Bal arılarında qaynaşma impulsu güclüdür və proses başladıqdan sonra onu dayandırmaq çox çətindir.

Genetik xüsusiyyətlərə malik kraliçaların istehsalçısı kimi mən saxlamaq istərdim ki, ara-sıra sürüyə fikir vermirəm, çünki onlar mənim həyətlərimdən kənar ərazilərə böyük genetik məlumat verir və bununla da yerli genetikanı gücləndirirlər. Mən pərəstişkarı olmadığım şey peyvənd üçün istifadə etdiyim ana arıları itirməkdir, ona görə də mənim rəhbərliyim orta kiçik ölçülü arıçılardan bir az daha intensivdir. Mən gəzinti üçün sevimli kraliça ilə bir dəstəni itirməməyimə əmin olmaq üçün beş-yeddi gün fasilələrlə pətəklərimdəyəm! Mən tez-tez ana arı satmağa gəldikdə kasıb satıcı olduğumu deyirəm, çünki arıçılıq mövsümündə (maydan iyuna qədər Pensilvaniyanın qərbində) tez-tez arıçılardan çoxlu zənglər alırlar və deyirlər ki, onlar koloniyalarının böyüdüyünə inanırlar və onlarda ana arvad yoxdur. və məndən birini almalısan. Burada bəzi əsas müşahidələr və sadə riyaziyyat həqiqətən kraliçaya ehtiyacınız olub-olmadığını və ya silahdan bir az tullandığını müəyyən etməyə kömək edəcək.

Əvvəlcə ana arı hüceyrələrinin yaşına baxmalıyıq. Sürü impulsu gücləndikcə, çərçivələrin aşağı üçdə birində kraliça kubokları adlanan strukturlar görünməyə başlayır. Bu strukturlara tez-tez kraliça fincanları və ya oyun fincanları deyilir. Onların içində yumurta yoxdur və arıçı və ya arılar tərəfindən çıxarıla və təsadüfi görünən günlər sonra yenidən bərpa oluna bilər, lakin Bal arılarına gəldikdə təsadüfi deyillər. Bu erkən mərhələdə arıçı xəbərdar olmalıdır, lakin sürünün dərhal getməsi ilə bağlı həddindən artıq narahat olmamalıdır. Ancaq bu, kifayət qədər tez dəyişə bilər. Bir yumurta kraliça stəkanına yerləşdirilən kimi, bu quruluş artıq həyat qabiliyyətli ana arı hüceyrəsinə çevrilir. Həmin hüceyrənin yaşını təyin etmək, qaynaşma impulsunun hansı mərhələdə olduğunu müəyyən etməyə kömək edəcək. Ana çanağına (indi rəsmi olaraq kraliça hüceyrəsi!) qoyulmuş yumurta dik vəziyyətdə olacaq. İkinci gündə yumurta hüceyrənin dibinə doğru əyilməyə başlayacaq. Üçüncü günə yumurta tamamilə yerə qoyulur və tezliklə gənc sürfələrə çevriləcək və bu zaman dayə arıları növbəti dörd gün ərzində sürfələri qızdırmalı şəkildə arı südü ilə qidalandırmağa başlayacaqlar, çünki sürfələr böyüyür və klassik sürfələr alır. Sürfələrin sahib olduğu 8220c formalı”.

Yalnız qapaqlı bala. Yumurta və ya açıq bala yoxdur. Mərkəzdəki boş hüceyrələr nektarla doludur.

Sürü inkişafında bu məqamda arıçı daha diqqətli olmalıdır. Sürülər ana arı hüceyrəsinin bağlanmasından bir gün əvvəl və ya bir gün pətəkdən çıxacaqlar - bütün hüceyrələr deyil, yalnız bir və orta hesabla yeddi və ya səkkizinci gündə baş verəcəkdir. Removing all of the queen cells at this point will only delay swarming for another week as the bees will quickly begin rearing more queen cells. Beekeepers choosing to use this technique as a method of swarm control should inspect their hives every five or six days to avoid the loss of a swarm. Even then we can miss a cell that is tucked into the edge of a frame or blended in too well and the swarm still issues despite our best try.

Queen cell with dead queen removed from hole inside. The cell was being capped.

You may find a colony that has swarmed and has queen cells of multiple ages. Once a queen cell is capped this assures the bees that they have an opportunity to replace the queen that issues with the swarm, ensuring that the parent hive will continue to thrive if the swarm is unable to make it through its first Winter to swarm itself in its second year.

If we remove all queen cells AFTER a colony has swarmed, and there are no eggs or young larvae for the bees to begin raising another queen, we have effectively caused that colony to become hopelessly queenless.

This is where beekeepers often fail at reading what the hive is telling us. Reading the condition of brood frames can give us an idea of when that colony has swarmed. The first step is to determine whether or not eggs are present. Though queens are run around by her workers to slim down and will lay less as they approach the day they issue from the hive, she does not always stop laying. Seeing eggs can mean that the colony has not swarmed (what age are the queen cells in?) or it can mean that they swarmed three days ago and the beekeeper is seeing what the queen had laid before she swarmed.

The presence of no eggs but open brood indicates that the colony swarmed approximately one to four days ago. You will see all stages of brood at this point. As the colony progresses and more time passes from when the swarm issued, more changes occur within the brood nest. The presence of only capped brood tells us that a colony swarmed at least eight days ago. Moving farther along in time, brood will begin to emerge and a common pattern can be seen. The oldest brood, located in the middle of a frame, has emerged and the bees are storing nectar in the cells where one would normally find eggs. As bees continue to emerge from their cells, the bees will fill the brood nest with additional nectar. We can be reasonably sure that the colony has swarmed at least 21 days ago (the time it takes for a worker to develop from egg to adult).

Using the development times of brood and queens and the basic observation of what the bees are doing in the hive can give us a lot of answers. However, we must also take into consideration colony equilibrium.

Colony Equilibrium

A colony in equilibrium is one that has a mated queen, many workers and drones. The process of swarming upsets this equilibrium by creating a situation where multiple queens (this includes cells, virgins and mated) are involved in a single colony. A study completed by David Gilley and David Tarpy [Apidologie 36 (2005) 461-474] describes three methods of queen elimination that can occur during the swarming process. Queen-queen duels occur when two newly emerged queens engage each other and “fight it out” to which an end result MAY end in one queen wounding or killing the other queen. A second method is called pre-emergence destruction. In this scenario, where there are multiple queen cells of similar ages are destroyed by a recently emerged virgin queen. Shortly after emerging, the virgin queen will go to the cells of her sister queens and eliminate them by stinging. Once they are eliminated, the workers will chew a large hole n the side of the cells and remove the now deceased virgin queen. The third method of queen elimination is called secondary swarm departure. Here, a week after the primary swarm has already issued from the hive, the now fully developed queen cells emerge. Secondary swarms will issue from a hive often leaving with multiple virgin queens. I have found as many as 12 virgin queens in one swarm and have heard of more than that, but often finding two to four virgin queens is common. Keep in mind that the size of the colony as well as colony equilibrium has an influence on how many times a colony will swarm. Leaving too many queen cells in a hive after a colony has swarmed once can result in a colony swarming two or three times or more. This often surprises newer beekeepers when they catch one swarm from their backyard hive and then a week to two weeks later catch another swarm from the same hive ñ this is because a thorough inspection was likely not completed and additional queen cells were left behind with the thought that a colony swarms once and then becomes queen right from the cells left behind. If you decide to remove queen cells ñ leave two cells behind so that you can be assured that there is an opportunity for the hive to become queen-right. The other cells can be used to create splits from hives that are on the verge of swarming or on hives that just aren’t producing. Dr. Larry Connorís Increase Essentials is a great source of information on using queen cells to make up nucs and splits in your own beeyard.

Multiple emerged virgin queen cells.

Once everything settles down, it can take up to three weeks after a colony issues its last swarm to become queen-right, which may be four weeks after the primary swarm has left the hive. This timeline often makes beekeepers antsy and is where I become a bad salesman! I usually begin fielding calls at the two-week mark after a colony has swarmed from beekeepers looking for replacement queens. Explaining colony equilibrium and swarm behavior results in a call back a week or two later with an excited beekeeper on the other end of the phone stating that they inspected their hive and that eggs and queen were found.


A Comet Swarm Can’t Explain That 'Alien Megastructure' Star After All

Back in October, astronomers discovered a strange pattern of light near a distant star called KIC 8462852 that no one could explain. When a planet orbits a star, the star’s brightness will usually dip by just 1 percent, but KIC 8462852 has been experiencing dips of up to 22 percent, which suggests that something very, very big is zooming past.

The best explanation we had was that a huge mass of comets has been erratically orbiting KIC 8462852, kicking up enough dust to dim its light to such a degree. But a new analysis of the last 100 years of the star’s history has rendered this hypothesis just as implausible as any other. So. aliens then?

"Either one of our refutations has some hidden loophole, or some theorist needs to come up with some other proposal," astronomer Bradley Schaefer from Louisiana State University told Jacob Aron at New Scientist.

When KIC 8462852’s bizarre light patterns were announced last year, the team behind the discovery offered up what scientists have considered the most plausible explanation. We described the situation in October:

"The best explanation we have is that at one point, another star passed into KIC 8462852’s system and the disturbance of gravity caused a huge mass of comets to be pulled in towards it before being expelled again. And there just so happens to be another star close enough to KIC 8462852 to make this a possibility."

Based on what we knew about the star, the explanation made sense, theoretically, but it was an incredibly long shot. Not as unlikely as a light-harvesting alien megastructure called a Dyson Sphere, ripped straight out of science fiction by astronomers from Pennsylvania State University a month later, but the chances of us witnessing such an event were super thin.

"[It] would be an extraordinary coincidence, if that happened so recently, only a few millennia before humans developed the tech to loft a telescope into space. That’s a narrow band of time, cosmically speaking," Ross Andersen reported for The Atlantic at the time.

When astronomer Tabetha Boyajian from Yale University and her colleagues first discovered that KIC 8462852 was giving off weird light patterns between 2009 and 2013, they checked 100 years worth of photographic plates held by the Harvard University archive to see if something similar had occurred around the star many years before. They come up with nothing.

Schaefer and his team from Louisiana State decided to check the data again using a different method of analysis, and noticed that the star dimmed very gradually by about 20 percent between 1890 and 1989. "The basic effect is small and not obvious," he told New Scientist.

Schaefer concluded that for the star to dim by about 20 percent over the course of an entire century, it would require some 648,000 comets - each about 200 kilometres wide - to have transited KIC 8462852, and that’s completely implausible, he said. "The comet-family idea was reasonably put forth as the best of the proposals, even while acknowledging that they all were a poor lot. But now we have a refutation of the idea, and indeed, of all published ideas."

So we’re back to the drawing board, and this time we don’t even have any remotely plausible explanations for wtf is going on with KIC 8462852.

Despite Schaefer insisting that a light-harvesting Dyson Sphere would be radiating heat that hasn’t appeared in infrared signals recorded from the star, the whole "Aliens…?!" thing is still probably going to follow KIC 8462852 to its grave.

But that’s no big deal, because what’s even cooler than the aliens non-event is the fact that we’ve got a front row seat to the scientific method in action, and what's more awesome than watching scientists try to explain possibly the weirdest star ever discovered? We can't wait to see what the next chapter of this story is going to be.


Starling murmurations: the science behind one of nature's greatest displays

Credit: Menno Schaefer / shutterstock

Watching starling murmurations as the birds swoop, dive and wheel through the sky is one of the great pleasures of a dusky winter's evening. From Naples to Newcastle these flocks of agile birds are all doing the same incredible acrobatic display, moving in perfect synchrony. But how do they do it? Why don't they crash? And what is the point?

Back in the 1930s one leading scientist suggested that birds must have psychic powers to operate together in a flock. Fortunately, modern science is starting to find some better answers.

To understand what the starlings are doing, we begin back in 1987 when the pioneering computer scientist Craig Reynolds created a simulation of a flock of birds. These "boids", as Reynolds called his computer-generated creatures, followed only three simple rules to create their different patterns of movement: nearby birds would move further apart, birds would align their direction and speed, and more distant birds would move closer.

Some of these patterns were then used to create realistic looking animal groups in films, starting with Batman Returns in 1992 and its swarms of bats and "army" of penguins. Crucially this model did not require any long-range guidance, or supernatural powers – only local interactions. Reynolds's model proved a complex flock was indeed possible through individuals following basic rules, and the resulting groups certainly "looked" like those in nature.

From this starting point an entire field of animal movement modelling emerged. Matching these models to reality was spectacularly achieved in 2008 by a group in Italy who were able to film starling murmurations around the rail station in Rome, reconstruct their positions in 3-D, and show the rules that were being used. What they found was that starlings sought to match the direction and speed of the nearest seven or so neighbours, rather than responding to the movements of all of the nearby birds around them.

When we watch a murmuration pulsate in waves and swirl into arrays of shapes it often appears as if there are areas where birds slow, and become thickly packed in, or where they speed up and spread wider apart. In fact this is largely thanks to an optical illusion created by the 3-D flock being projected onto our 2-D view of the world, and scientific models suggest that the birds fly at a steady speed.

Starlings aren’t psychics – they’re just good at following the rules. Credit: Adri / shutterstock

Thanks to the efforts of computer scientists, theoretical physicists and behavioural biologists we now know how these murmurations are generated. The next question is why do they happen at all – what caused starlings to evolve this behaviour?

One simple explanation is the need for warmth at night during the winter: the birds need to gather together at warmer sites and roost in close proximity just to stay alive. Starlings can pack themselves into a roosting site – reed beds, dense hedges, human structures like scaffolds – at more than 500 birds per cubic metre, sometimes in flocks of several million birds. Such high concentrations of birds would be a tempting target for predators. No bird wants to be the one that a predator picks off, so safety in numbers is the name of the game, and swirling masses create a confusion effect preventing a single individual being targeted.

However, starlings often commute to roosts from many tens of kilometres away, and they burn up more energy on these flights than could be saved by roosting in marginally warmer places. Therefore the motivation for these colossal roosts must be more than temperature alone.

Safety in numbers could drive the pattern, but an intriguing idea suggests that flocks may form so that individuals can share information about foraging. This, the "information centre hypothesis", suggests that when food is patchy and hard to find the best long-term solution requires mutual sharing of information among large numbers of individuals. Just as honeybees share the location of flower patches, birds that find food one day and share information overnight will benefit from similar information another day. Although larger numbers of birds join roosts when food is at its scarcest, which seems to provide some limited support for the idea, it has thus far proven extremely difficult to properly test the overall hypothesis.

Our understanding of moving animal groups has expanded enormously over the past few decades. The next challenge is to understand the evolutionary and adaptive pressures that have created this behaviour, and what it might mean for conservation as those pressures change. Possibly we can adapt our understanding and use it to improve the autonomous control of robotic systems. Perhaps the rush-hour behaviour of the automated cars of the future will be based on starlings, and their murmurations.

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.


Results

Characteristics of growing roots

Fig. 1 A shows the growth of maize roots over time, displaying the roots' complex trajectories. The separation between the seeds is approximately cm. The direction of growth is controlled by the root apex, as shown in Fig. 1 B (see also Video S1 and S2). There are two types of interaction between the roots: alignments based on distance and repulsions. The crossing of roots is also occasionally observed, which could be interpreted as attraction followed by repulsion or as no interaction. The adjustment of the direction of growth (alignment) is often based on distance, as shown in Fig. 1 C. This dependence of growth on mutual distance indicates the existence of a form of signaling, possibly mediated by chemical substances. Another important feature of the growing roots is their collective behavior. In Fig. 1 D, a group of roots are shown to have chosen the same direction of growth, forming a type of cluster. It should be noted that water was homogenously distributed, and the experimental setup was well protected from the external environment to avoid localized stimuli.

A. An image showing root growth in one of 10 experiments. B. Decision-making by the root apex: the movement of the root in the two opposite directions before committing to a growth direction. C. The alignment of one root with others based on distance, i.e., without physically contacting neighbors. D. An example of collective behavior: a group of roots chooses the same growth direction.

The random-growth model

We generated random growing paths by considering an assembly of independent particles separated initially by distance with associated velocity vectors there were no forces from the neighbors. At each time step, the particle positions are updated according to , where we considered a unitary time step. The velocities have absolute value , and is a stochastic term consisting of random numbers distributed uniformly in the interval . The direction of growth is determined by the matrix , where is a two-valued variable where the values are selected randomly with probability ( for growth to the right and for growth to the left). The introduction of to the model was made in order to direct the growth in a downward direction (more precisely, to restrict movements to the east-south and west-south directions).

Model of non-random growth

In the model of non-random growth, we consider the root apex or tip as a moving particle, and we treat the length of the root as the temporal history of the particle. Each particle is described by a velocity vector, the orientation of which denotes the direction in which the root apex moves. We assume that each seed produces only one main root and no collateral roots. This simplification is reasonable because the main root provides the longest and clearest history of interaction with its neighbors. The roots can interact with their neighbors at any point along their lengths. We assume that each root grows at a slightly different speed, giving rise to different root lengths. While this feature is clearly observed in experiments, thus motivating its inclusion in the theoretical model, we remark that this is not crucial in determining the growing-roots patterns. We have introduced the variation in speeds in accordance to experimental data which revealed that the variability in root lengths is always observed. Moreover, each plant is assumed to interact with neighboring plants causing spatial attraction or repulsion depending on the individual root responses. As mentioned before electric fields may be a possible mechanism of such interaction. These attractive and repulsive forces become effective when a certain distance separates the roots and leads them to grow closer or far away to together. As two roots approach each other, the mechanisms of direction adjustment (alignment) would switch on. The root apices adjust their direction as they detect their neighbors within a certain radius . The roots are constrained to grow on a two-dimensional surface, so no-flux boundary conditions are considered. The time evolution of each root apex's vector marks the growing path of the root on the surface. The simulations were performed in a rectangular cell of horizontal length , where is the number of seeds and is the spatial separation between two adjacent seeds. The vertical size is marked by the longest root, , where is the last time value. The spatiotemporal history of the moving particle marks the shape of the whole root. The position of the th root apex is updated according to (1) where we considered a unitary time step. Because roots grow at slightly different speeds, instead of an equal velocity for all particles, we consider different velocities for each root. More precisely, the velocities have the absolute value , and is the fluctuation term composed of random numbers distributed uniformly in the interval . The angle with respect to the horizontal direction is updated according to , where denotes the average direction of the growing root apices within a radius surrounding root apex . The average direction is defined as . Small noisy fluctuations in the angle are considered to incorporate the effects of varying environmental conditions on the roots' decision-making. The fluctuations are modelled as random numbers chosen with a uniform probability from the interval . The forces produced by the root that act on the neighbors are schematically presented in Fig. 2. We assume a Gaussian dependence of the force magnitude as a function of the distance, so they become stronger as the distance between the roots diminishes. The attractive and repulsive forces produced by the root and acting on the root (corresponding to the profiles in Fig. 2 A) are defined as: (2) where parameters , , and are constant, with additional constraint . The total force acting on the root , which models the root decision making on how to interact with a given neighbor, is then . In Fig. 2 B we show that the force generated by the root situated in between the two neighbors defines two regions, i) where only the repulsive force is present and ii) where only the attractive force is present. When more roots are situated in a certain spatial region they all contribute in determining the resultant force acting on a particular neighboring root. For the sake of simplicity, we assume that the forces and act only in the horizontal directions. The action of the gravitational force is modelled by assuming that when the critical value of the angle is reached, the root apex starts to adjust its direction according to , where and is a constant parameter. In other words, the root apex is pushed to align with the direction of the gravitational force. The growing paths of the roots are adequately modelled by adjusting the system parameters.


Videoya baxın: ЖЕСТКИЙ ТРИЛЛЕР! В ЭТИХ УЖАСАХ ЧТОТОЕСТЬ. ФИЛЬМЫ 2021. Квартира 212 (Sentyabr 2022).


Şərhlər:

  1. Hieremias

    Are personal messages going to everyone today?

  2. Neil

    Sizdə, Allahım, Gygygy-ni sevmirəm :)

  3. Kurtis

    Təbrik edirəm, nə sözlər ..., təqdirəlayiq fikir

  4. Dillan

    I wanted to see for a long time

  5. Travon

    I'm sorry, I can't help you, but I am sure that they will help you find the right solution.



Mesaj yazmaq