Виртуальная модель объяснила законы массовых маршей саранчи

Ученые Университета Констанца построили модель марша саранчи. Виртуальное моделирование показало, что марш является устойчивой структурой, рассеять которую крайне сложно.

Работа опубликована в журнале Science.

Нашествие саранчи – это стихийное бедствие, которое периодически происходит во многих странах мира, в том числе на Ближнем Востоке. В 2021 году саранча атаковала Саудовскую Аравию и Ливан, в 2013 году саранча вторглась в Израиль.

Нашествие начинается с марша молодой бескрылой саранчи (нимф). Десятки миллионов особей Schistocerca gregaria текут как река через засушливые районы Северной Африки. Марш заканчивается, когда молодая саранча превращается в половозрелых особей, отращивает крылья и начинает свой опустошительный полет.

Марш саранчи много лет исследуют ученые. У этого марша нет ни лидеров, ни иерархии, но он устойчиво двигается в выбранном направлении. На сегодня основная гипотеза, которая описывает марш, взята из статической физики. Каждая особь рассматривается как частица, взаимодействующая только с ближайшими соседями. Модель показывает, что при увеличении плотности в группе происходит быстрый переход от беспорядочного движения к направленному коллективному движению. Но эта гипотеза описывает марш недостаточно точно.

Когда саранча совершает свой марш, она двигается по меняющемуся ландшафту и распределение плотности постоянно меняется. Согласно существующим моделям при снижении плотности марш должен замедляться и терять направление. Но этого не происходит.

Ученые Университета Констанца построили виртуальную модель марша саранчи. Они обнаружили, что при возникновении разрывов между группами, группы вместо того, чтобы продолжать движение в заданном направлении, стремятся другу к другу и таким образом восстанавливают плотность.

Ученые пришли к выводу, что дальние взаимодействия особей напоминают модель кольцевого аттрактора, при этом направление движения особей обновляется при изменяющихся внешних визуальных данных. Ученые считают, что рассматривать любую особь как частицу недостаточно, необходимо вероятностное моделирование поведения отдельных особей, которые ведут себя во многом как свободные агенты.

Новая модель близко описывает движение марша, но кроме виртуальных экспериментов необходимы визуальные полевые наблюдения. Целью всех моделей марша саранчи является разработка такого воздействия на поток, которое разрушит марш и приведет к его рассеянию. Но, как показало исследование, марш является более устойчивой структурой, чем предсказывали существующие модели: недостаточно разбить марш на отдельные группы, саранча умеет восстанавливать строй.

Видео. Марш саранчи в пустыне Негев, 2013