Natuurkundigen hebben een vijftig jaar oude hypothese geverifieerd die de vorming van kuddes verklaart als gevolg van egoïstisch gedrag.
"Verrassend genoeg kan wanneer individuen handelen uit puur egoïstische redenen, dit leiden tot een eerlijke situatie binnen de groep", zegt natuurkundeprofessor Clemens Bechinger. Dit werd aangetoond in een recent onderzoek door zijn team van het Center for the Advanced Study of Collective Behavior (CASCB) aan de Universiteit van Konstanz, dat deel uitmaakt van de Cluster of Excellence.
De onderzoekers gebruikten computersimulaties om te onderzoeken hoe kuddedieren hun predatierisico kunnen verminderen. De studie is gebaseerd op het idee van WD Hamilton in 1971, dat individuen in een kudde zichzelf zodanig positioneren dat hun eigen predatierisico wordt verminderd ten koste van hun buren. De resultaten zijn gepubliceerd in de Tijdschrift voor theoretische biologie.
De reden waarom veel dieren zich organiseren in kuddes is niet noodzakelijkerwijs het resultaat van gezelligheid of sociaal gedrag. Een voorbeeld zijn zeehonden: op zichzelf zijn ze een gemakkelijke prooi voor orka's of haaien. In plaats daarvan is het veel veiliger binnen een groep, omdat dan het gevaar van een aanval over veel individuen wordt verspreid. Het is het veiligst in het midden van de groep, waar dieren opeengepakt zitten in een zeer kleine ruimte en een aanval daar eerder gericht is op een naaste buur dan op zichzelf. Aan de rand van de groep met slechts enkele buren daarentegen is het predatierisico aanzienlijk groter. Elk dier probeert daarom op een van de felbegeerde plekken in het midden te komen.
Egoïsme leidt tot een eerlijke risicoverdeling
Met behulp van kunstmatige intelligentie (reinforcement learning) onderzochten Clemens Bechinger en zijn collega's hoe individuen hun posities optimaal moeten aanpassen om de afstand tussen zichzelf en anderen zo klein mogelijk te houden, waardoor hun eigen risico om aangevallen te worden kleiner wordt.
"Omdat deze strategie het risico voor buren vergroot, wordt het duidelijk beschouwd als een egoïstische motivatie", zegt Veit-Lorenz Heute, die als promovendus aan het project werkt. Precies zoals Hamilton voorspelde, merkten de natuurkundigen op dat individuen die eerst verspreid waren, daarna een dichte kudde vormden, omdat dit hun afstand tot buren verkleint en dus het individuele risico om aangevallen te worden verkleint.
"Het overwegen van versterkend leren voor collectieven opent een reeks nieuwe mogelijkheden om het gedrag van dieren te begrijpen", voegt Iain Couzin, spreker van de CASCB en professor voor Biodiversiteit en Collectief Gedrag aan de Universiteit van Konstanz, toe. "Het biedt een elegante manier om te vragen hoe adaptief gedrag kan ontstaan in de complexe sociale context die kenmerkend is voor kuddes en zwermen."
De onderzoekers waren echter verrast om te zien wat er gebeurde nadat de kudde zich had gevormd.
Hun simulaties laten zien dat het tijdgemiddelde predatierisico voor alle individuen exact gelijk is. Het is duidelijk dat leden in het midden van de kudde niet in staat zijn zulke gunstige posities te verdedigen als andere dieren naar deze begeerde plek oprukken.
"Dit is het resultaat van de hoge dynamiek binnen de groep, waardoor het voor individuen onmogelijk is om specifieke optimale posities te behouden", zegt Samuel Monter, die ook bij het onderzoek betrokken is. Een andere interessante observatie is dat, als resultaat van deze permanente competitie om de beste posities, de groep rond zijn zwaartepunt begint te draaien, vergelijkbaar met wat wordt waargenomen bij veel kuddes dieren.
"Ons onderzoek toont aan dat de vorming van groepen niet noodzakelijkerwijs het gevolg is van hun groepsgedrag, maar ook kan worden verklaard door de volledig egoïstische motivaties van individuen om voordeel te behalen ten koste van anderen", concludeert Bechinger. "Onze studie helpt niet alleen om collectief gedrag in levende systemen te begrijpen, maar de resultaten kunnen ook nuttig zijn in de context van het vinden van optimale strategieën voor hoe autonome robotapparaten moeten worden geprogrammeerd om collectieve taken te beheersen."
"We hebben lang wervelingen waargenomen in diergroepen en dit werk geeft inzicht in waarom dat het geval kan zijn", voegt Iain Couzin toe. "Als elk individu handelt om risico's te verminderen, door anderen te benaderen, maar ook wordt gestraft voor botsingen, roterende wervelingen, zoals we zien in visscholen en zelfs sommige hoedende dieren, komen ze vanzelf tevoorschijn."
Referentie: "Dynamiek en risicodeling in groepen van egoïstische individuen" door Samuel Monter, Veit-Lorenz Heuthe, Emanuele Panizon en Clemens Bechinger, 2 februari 2023, Tijdschrift voor theoretische biologie.
DOI: 10.1016/j.jtbi.2023.111433
De studie werd gefinancierd door het Cluster of Excellence "Center of the Advanced Study of Collective Behavior."
