Kolektívy zvierat dokážu spoločne stvoriť neuveriteľné veci napriek tomu, že ich jednotlivci majú veľmi obmedzené možnosti. „Kolektívnym správaním sa chránia,“ vysvetľuje Katarína Boďová z Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave. Spolu s ďalšími výskumníkmi vytvorila matematický model, ktorý na základe analýzy trajektórie zvierat dokáže vysvetliť, prečo dochádza k takémuto správaniu sa v ríši jednotlivých druhov živočíchov. „Raz by sa to dalo možno uplatniť aj pri objasňovaní správania sa davu ľudí,“ naznačuje odborníčka.
Ako sa dostane matematička k správaniu sa zvierat?
Vždy ma zaujímal aplikovaný výskum a počas môjho štúdia v USA, ako aj počas ďalšieho výskumného pobytu v Rakúsku, som sa pohybovala na rozmedzí matematiky, fyziky a biológie. Počas toho som sa stretla s viacerými biologickými údajmi. Práve snaha im porozumieť, ma nútila použiť matematiku. Venujem sa najmä populačnej biológii a kolektívnemu správaniu sa zvierat. Zaujíma ma, prečo zvieratá vykazujú komplexné formy správania sa, teda, ako sa správajú ako kolektív a ako vlastne tieto formy správania súvisia s tým, ako jednotlivci vzájomne medzi sebou pôsobia. Zvierat je veľmi veľa, a každé z nich má obmedzené schopnosti, ale spolu, ako veľká skupina, dokážu urobiť veľmi zložité veci.
Správaniu ktorých zvierat ste sa najmä venovali?
Momentálne sa venujem rybám, takzvaným zebričkám. Sú to sociálne zvieratá, ak ich máme niekoľko spolu, plávajú spoločne a veľa času trávia v kolektíve. Toto správanie im pomáha napríklad bojovať proti predátorom, ktorí sú väčší, alebo efektívne hľadať potravu. To znamená, že keď ich je veľa, svojím počtom dokážu odplašiť nepriateľa. Masa rýb je väčšia ako napríklad žralok. Kolektívnym správaním sa chránia.
Poznáme príklady u iných druhov zvierat?
Jedinečné je aj správanie mravcov v kolektíve. Mravce dokážu zo svojich tiel vystavať niečo ako most na preklenutie medzier, priekop alebo iných prekážok, keď sa chcú vydať určitým smerom. Jednotlivci by samostatne prekážku nikdy neprekonali. Urobia preto mriežku zo svojich tiel a po nej sú potom schopné prejsť ostatné mravce.
Vám sa na kolektívne správanie podarilo aplikovať matematickú metódu.
Áno, súčasná matematická štúdia sa venuje modelu, ktorý dokáže z ľubovoľných údajov o ľubovoľných zvieratách zistiť, čo vlastne riadi interakciu zvierat. Ako príklad sme použili správanie rýb. Ale v budúcnosti sa chceme venovať aj iným zvieratám. Napríklad mravcom a ich správaniu, keď sú napadnuté patogénom, ako si pomáhajú prostredníctvom vzájomného čistenia svojich tiel. Plánujeme teda metódu aplikovať aj na iné druhy zvierat. Problémom pritom nie je veľkosť zvierat, ale dostatok údajov. Teraz, keď je metóda navrhnutá, dá sa použiť aj na ľudské dáta. Hoci, ako sa ľudia správajú pri panike, požiari či inej katastrofe.
Na čom je metóda založená?
Aby som to ilustrovala na našom výskume: mali sme dve ryby, ktoré boli spoločne umiestnené v bazéne, a informáciu o pozícii jednotlivých rýb počas dlhého časového obdobia. Sledovali sme, ako sa živočíchy hýbali, kde sa v akváriu nachádzali. Trajektórie sme následne využili na to, aby sme zistili niekoľko vecí. Preukázalo sa, že keď ryby plávajú blízko okraja akvária, správajú sa úplne inak, ako keď sa nachádzajú v jeho strede. Vtedy sa ryba snažila vyhnúť kolízii s hranicou. Keď popri nej plávala v smere hodinových ručičiek, tak sa stočila preferenčne doprava. Keď zas plávala proti smeru hodinových ručičiek, plávala preferenčne doľava. Tiež sme zistili, že ryby majú tendenciu nasledovať jedna druhú, ale takisto sa vyhýbať kolíziám. Vďaka vypočítaným trajektóriám sa ukázala istá forma sociálneho správania, ale zároveň akási príťažlivosť a odpudivosť medzi rybami.
To všetko vám povedali vypočítané trajektórie?
Zobrali sme jednotlivé trajektórie a pozreli sme sa, aké sú typické charakteristiky pre správanie sa rýb. Tie poznáme tri. Buď ryby nerobia nič, sú vo vode pasívne. Alebo zaberajú, teda hýbu sa a urobia záber preferenčne doprava alebo preferenčne doľava, teda pohyb s otočením do jednej zo strán. Tieto tri módy správania sa náhodne menili. Na základe zmien sme usúdili, čo to implikuje v kolektíve, že ich pohyb nie je až taký náhodný, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať a závisí od viacerých faktorov.
V biologických systémoch sa však často hovorí práve o náhodnosti. S akými ťažkosťami ste sa pri výskume a vývoji metódy stretli?
Náhodnosť je prvok, ktorý ma na výskume biologických problémoch zaujíma najviac. Vedeli sme, že pohyb zvierat je do istej miery riadený náhodnosťou, ale neberieme to ako negatívum. Preto sme naformulovali modely, ktoré sú založené a zohľadňujú faktor náhodnosti, a to je aj výhoda našej metódy. Je veľa prístupov, ktoré náhodnosť vôbec nezohľadňujú, skôr sa snažia o nejaké deterministické prístupy. Najväčší problém však predstavoval asi fakt, že sme na daný výskum potrebovali veľké množstvo údajov, ktoré sme museli spracovať. Vďaka pokročilým technológiám je dnes oveľa jednoduchšie tieto dáta zbierať a rýchlejšie vyhodnocovať, ako to bolo napríklad pred desiatimi rokmi.
Naznačili ste, že vaša metóda by sa dala využiť aj pri skúmaní ľudí.
Je istá časť výskumu, ktorá sa zaoberá kolektívnym správaním sa ľudí. Existuje štúdia z konca 60. rokov, ktorá klasifikuje davy na niekoľko rôznych typov. Pomenúva ich od uvoľneného davu, čo je skupina ľudí, ktorá sa správa pokojne a nekoordinovane, až po dav, ktorý veľmi silno vyjadruje svoje názory. Matematika môže pomôcť pochopiť, ako sa dav zorganizuje a zmení svoje správanie. Môžeme si to predstaviť ako skupinu ľudí, ktorá navzájom komunikuje a presúva informácie, čo sa potom podpisuje pod správanie sa skupiny. Na takýto výskum by sme potrebovali veľmi presné dáta. Potrebovali by sme vedieť, kde sa konkrétny človek nachádza, v akom čase, ako sa vlastne šíri informácia, kto s kým komunikuje. Skúmanie správania je oveľa jednoduchšie u zvierat, ktoré veľmi často interagujú len tým, že sú v blízkosti seba. Ľudia však komunikujú aj vzdialene, cez internet, čiže hovoríme nie o lokálnej, ale aj o globálnej interakcii. Komunikujú na rôznych úrovniach, často aj na viacerých zároveň, čo zatiaľ komplikuje situáciu pri výskume.