Hayvan Sürülerinin ve Kümelerinin Kolektif Davranışları II

Yazımızın ilk bölümünde hayvanlardaki kolektif davranışlarla ilgili genel bilgiler vermiştik. Bu bölümde ise konu hakkındaki güncel araştırmalardan bahsedeceğiz.

Güncel Araştırmalar

Günümüzde hayvanlardaki kolektif davranışlar üzerine çalışmalar yapan araştırmacılar, konuya bir fizikçi gibi yaklaşarak termodinamikten, malzeme biliminden, parçacık modellemeden ve istatistiksel mekanikten yararlanarak bir çözüm bulmaya çalışıyor. Örneğin Prof. Dr. Nicholas Ouellette’nin laboratuvarında yapılan deneylerde ortam koşullarındaki değişikliklere tatarcık kümelerinin verdikleri tepkiler gözlemleniyor. Saniyede yüzlerce fotoğraf çekebilen kameralar yardımıyla kümelerdeki her bir böceğin hareketleri takip ediliyor. Tatarcık kümelerinin oluşumunu tetikleyen şey ışık olduğu için, laboratuvarda otomatik olarak günde iki kez bir saat süreyle yanan bir lamba düzeneği kurulmuş. Tatarcıkların üzerinde kümelendiği doğal şeyler -örneğin ağaç kökleri ya da su birikintileri- yerineyse siyah renkli kumaş parçaları kullanılıyor. Lamba her yandığında onlarca tatarcık kumaş parçalarının üzerinde kümeleniyor. Deneylerden birinde yan yana konulan iki kumaş parçası yavaş yavaş ayrıldığında üzerindeki kümenin de ikiye ayrıldığı görülmüş. Bu durum kümenin malzemelerin esnekliğine benzer bir özelliğe sahip olduğu şeklinde yorumlanıyor. Yakın zamanlarda yapılan bir başka deneyse tatarcık kümelerinin sıvı-gaz faz dengesine benzer bir özelliğe sahip olduğunu gösteriyor. Kümenin merkezi kararlı bir yoğun faz gibi, dış kısımlarıysa gaz fazı gibi davranıyor. Tatarcıklar, tıpkı sıvı-gaz dengesindeki moleküller gibi, bu iki faz arasında gidip gelebiliyor.

Georgia Teknoloji Enstitüsü’ndeki laboratuvarında ateş karıncası kümeleri üzerinde çalışmalar yapan Prof. Dr. David Hu, Ouellette ile aynı yaklaşımı takip eden araştırmacılardan biri. Hu ve öğrencileri, yüzden fazla ateş karıncası içeren kümelerin hem katılara hem de sıvılara benzeyen çeşitli özelliklerini keşfetmişler. YouTube’da ateş karıncalarının katılara ve sıvılara benzeyen özellikleriyle ilgili Hu’nun laboratuvarında çekilmiş çeşitli videolar var. Ateş karıncaları vücutlarını bir araya getirerek yüzen sallar ya da kuleler gibi katılara benzer yapılar oluşturabiliyorlar. Aynı zamanda sıvılar gibi de akabiliyorlar. Örneğin bir videoda ateş karıncaları çaydanlıktan çay bardağına dökülürken görülüyor.

Hu ile birlikte araştırmalar yapan Dr. Craig Tovey ateş karıncaları, bal arıları ve başka canlıların kümeleri ile ilgili modeller kurmaya çalışırken çeşitli sistemlerde ortak olan bazı ilkeler gözlemlemiş. Birincisi, modeller gelecek ile ilgili tahmin yaparken geçmişte olanlara değil sadece o anki koşullara bakıyor. Bu durum analizleri kolaylaştırıyor. Ancak daha da önemlisi karıncalar, arılar, tatarcıklar, balıklar ve kümeler oluşturan diğer canlılar uzun süreli hafızaya sahip olmadıkları için aynı zamanda mantıklı da. Bu canlıların oluşturduğu kümeler bir sonraki hareketlerini belirlerken yakın çevrelerindeki uyaranlara tepki veriyorlar. İkincisi, Tovey rastlantısallığın önemli olduğunu fark etmiş. Örneğin ateş karıncası kümelerindeki böcekler daire biçiminde, yüzen bir sal yaparken rastgele yönlerde hareket ediyorlar. Bu dairesel yapılarda herhangi bir yönde hareket eden karınca sayısı hemen hemen aynı. Tovey, her bir karınca oluşturulan yapının tamamı hakkında fikir sahibi olmamasına rağmen ateş karıncası kümelerinin karmaşık yapılar inşa edebilmesini rastlantısallıkla açıklıyor.

“Ölçeklendirme yasaları”nın olup olmadığı hayvan kümelerinin davranışlarını belirleyen genelgeçer yasaların varlığıyla ilgili bir fikir verebilir. Roma’daki Karmaşık Sistemler Enstitüsü’nde çalışan Andrea Cavagna ve Irene Giardina hayvan kümelerinde ölçeklendirme yasalarının olduğuna dair bulgular elde ettiklerini söylüyorlar. Araştırmacılar tatarcıkları doğal ortamlarında yüksek hızlı kameralarla gözlemlemişler. Sonuçlar, tatarcıklar bir araya gelmeye başladıktan sonra, grup giderek daha büyük ve daha yoğun hale gelirken, tatarcıklar arasındaki etkileşimin hızla arttığını ve yeterli sayıda tatarcık bir yerde toplandığında kümeleşerek kolektif davranışlarda bulunmaya başladıklarını gösteriyor. Bu durum kümeleşmenin bir “beliren özellik” (gerekli koşullar sağlandığında ortaya çıkan bir özellik) olduğu ve dolayısıyla ölçeklendirme yasalarıyla tanımlanabileceği şeklinde yorumlanıyor. Örneğin bir küme büyürken kümedeki bireylerin sayısının yoğunluğu sabit kalıyorsa kümedeki birey sayısıyla kümenin hacmi arasında bir ölçek yasası vardır. Bu durum kümedeki birey sayısı ya da hacmin biri bilindiğinde diğerinin tahmin edilmesine imkân verir. Bu tarz ölçeklendirme yasalarının keşfedilmesi, verilerin analiz edilmesi ve tahmin yapılması için çok yararlı olacaktır. Örneğin bir küme hakkındaki bilgileri kullanarak farklı büyüklükteki başka bir kümenin davranışları hakkında tahminler yapmak mümkün hale gelecektir.

Eğer hayvan kümelerindeki her bir bireyin davranışlarını ve bireylerin birbirleriyle etkileşimlerini yönlendiren genelgeçer yasalar varsa da şu an için bilinmiyor. Ancak yapılan araştırmalardan insan toplulukları için de dersler çıkarmak mümkün. Örneğin konser salonlarındaki, üst geçitlerdeki ya da insanların bir araya geldiği diğer ortamlardaki kalabalıkları yönetmek için hayvan sürüleri ve kümeleri hakkındaki bilgilerden yararlanılabilir. Ayrıca karmaşık ağlar tasarlamaya çalışan mühendisler de bu bilgileri kullanabilir. Özellikle kontrollü, dağıtık sistemler tasarlama konusunda insanların pek başarılı olduğu söylenemez. Örneğin kışın soğuk havalarda bir havaalanının kapanması çoğu zaman bir ülkedeki tüm hava taşımacılığını aksatmak ya da bir elektrik direğinde arıza çıkması çok büyük bir alanda elektriklerin kesilmesi için yeterlidir. Hayvan sürüleri ve kümelerindeyse böyle büyük yıkımlara rastlanmaz. Örneğin göç eden bir kuş sürüsünden bir kuşun eksilmesi göçte hiçbir aksamaya neden olmaz. Hareketin yönetildiği bir merkez yoktur ancak yine de düzenli bir biçimde hareket etmeyi başarırlar. Kontrol yukarıdan aşağıya doğru değil, aşağıdan yukarıya doğrudur. İnsan kalabalıklarını yönetmek ya da karmaşık sistemler tasarlamak ve üretmek için hayvan sürüleri ve kümeleri hakkındaki bilgilerden yararlanmak mümkün.

Kaynak:

• Ouellette, Jennifer, “Sounding out swarms”, Physics World, s. 34, Şubat 2018.