New paper: Lekking as Collective Behaviour featured on IISc main page!

Gallery Leave a comment
Aerial image of a blackbuck lek; Pic Credit: Akanksha Rathore

We recently had a very cool paper accepted in Phil. Transaction of the Royal Society B, titled “Lekking as Collective Behaviour”. This was led by our former PhD student Akanksha Rathore and in collaboration with my colleague Kavita Isvaran.

Akanksha Rathore, Kavita Isvaran and Vishwesha Guttal, 2023, Lekking as collective behaviour, Phil. Trans. R. Soc. B,  378: 20220066, doi: https://doi.org/10.1098/rstb.2022.0066, Download PDF ; [Data and Codes]

We are very happy that the work is featured on the IISc main page. I am posting the same content here. The article is written by Akash Kalita.

Mating is generally considered a one-to-one relationship between males and females of a species. However, some wild animals show a rare phenomenon known as lekking. Lekking is a collective behaviour of individuals of a species, in which the males aggregate on traditional breeding grounds. Each male forms his own territory. Females move between these territories to sample males during the mating season. Lekking has been observed in less than 3% of birds and 1% of mammals, and blackbuck are among the only mammals in the Indian subcontinent displaying this behaviour.

A team of researchers at the Centre for Ecological Sciences, IISc, including Akanksha Rathore, Kavita Isvaran and Viswesha Guttal, have been studying lekking in blackbucks in the Velavadar National Park in Gujarat. They argue that the lek can be viewed as collective behaviour, driven by a wide range of social interactions that change over time. 

There are many hypotheses surrounding the formation of a lek. The hotspot hypothesis suggests that a lek overlaps with the home range location of females, whereas the black-hole hypothesis speculates that a lek forms in response to the way females move between male territories before mating. The female-choice hypothesis predicts that females directly influence the formation of leks, as they tend to choose a male who is part of an aggregation rather than a solitary male. 

In the new study, the researchers have used drones for high-resolution video tracking, and have deduced that leks are dynamic. The male-male and male-female interactions within the leks typically change over a breeding season. Apart from moving within their own territories to court females, males also move outside for short spans to try and attract nearby females.

The team also proposes hypotheses for complex interactions between males – for example, two or more neighbouring males may cooperate to chase away an intruder, but also fight against each other when it comes to courting a female. The authors also introduce a computer simulation model to study how males may leave their territories for foraging, which happens independently or in synchrony with neighbouring males leaving for foraging. The researchers suggest that further analysis of leks from the perspective of collective behaviour is needed to fully understand the factors that dictate the formation and maintenance of a lek.


Link to the IISc page: https://iisc.ac.in/unconventional-mating-strategies-in-blackbuck/

Here is a picture of us researchers, taken by the drone!

Kannada Summary: ಕಾಡು ಮತ್ತು ಹುಲ್ಲುಗಾಡುಗಳ ನಡುವಿನ ಮಾರ್ಪಾಟುಗಳ ಮೇಲೆ ಬೀಜ ಹರಡುವಿಕೆಯ ಪರಿಣಾಮ

Gallery Leave a comment
Shola forest in Brahmagiri. Source: Wikipedia, Creative Commons License.

ಕಾಡು ಮತ್ತು ಹುಲ್ಲುಗಾಡುಗಳ ನಡುವಿನ ಮಾರ್ಪಾಟುಗಳ ಮೇಲೆ ಬೀಜ ಹರಡುವಿಕೆಯ ಪರಿಣಾಮ

ನಮ್ಮ ವಾಯುಗೋಳದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಬನ್ ಡೈ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಪ್ರಮಾಣ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವುದರಿಂದ, ನಮ್ಮ ಭೂಮಿಯ ಬಿಸಿಮಟ್ಟವು ಏರುತ್ತಿರುವುದು ಎಲ್ಲರಿಗೂ ಗೊತ್ತಿರುವ ವಿಷಯ. ಇಂತಹ ಜಾಗತಿಕ ಬದಲಾವಣೆಗಳಿಂದ ನಮ್ಮ ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ಸ್ಥಿರತೆ (ಅಥವಾ ನೆಲೆಗೊಳ್ಳುವಿಕೆ; stability or resilience) ಕಡಿಮೆ ಆಗಿ, ಅವುಗಳಲ್ಲಿ ಸಾಕಷ್ಟು ಏರುಪೇರುಗಳಾಗುವ ಸಾಧ್ಯತೆಗಳಿವೆ ಎಂಬದಕ್ಕೆ ಅನೇಕ ಪುರಾವೆಗಳಿವೆ. ಇಂತಹ ಏರುಪೇರುಗಳು ಒಮ್ಮೆ ಆದ ಮೇಲೆ, ಅವನ್ನು ಹಿಂದಿರುಗಿಸಿಕೊಂಡು, ಪರಿಸರವು ಮೊದಲಿದ್ದ ತನ್ನ ಸ್ಥಿತಿಗೆ ಬರಬಹುದೇ? ಅಥವಾ ಆ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಹಿಂದಿರುಗಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲವೇ? ಈ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳಿಗೆ ಉತ್ತರ ಕಂಡುಹಿಡಿಯಲು ಹೊರಟಿತು, ಅಂತರರಾಷ್ಟ್ರೀಯ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ನಮ್ಮ ತಂಡ.  

ಉಷ್ಣವಲಯದ ಕಾಡುಗಳು (tropical forests) ಮತ್ತು ಹುಲ್ಲುಗಾಡುಗಳು (savanna) ಎನ್ನುವ ಮುಖ್ಯವಾದ ಎರಡು ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಠೆಗಳು ಇರುವುದು ಗೊತ್ತಿರುವಂತಹುದು. ದಟ್ಟಕಾಡುಗಳಲ್ಲಿ ಮರಗಳು ಒತ್ತೊಟ್ಟಾಗಿ ಬೆಳೆದಿದ್ದರೆ, ಹುಲ್ಲುಗಾಡುಗಳು ಇಲ್ಲವೇ ಹುಲ್ಲುಗಾವಲುಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಅಲ್ಲಲ್ಲಿ ಚಿಕ್ಕ ಮರ ಗಿಡಗಳು ಕಂಡುಬಂದರೂ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಡೆ ಹುಲ್ಲು ಆವರಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ನಾವು ಈ ಎರಡು ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳನಡುವಿನ ಮಾರ್ಪಾಡುಗಳನ್ನು (changes or shifts) ಪರಿಶೀಲಿಸಿದೆವು.

ತುಂಬಾ ಹಿಂದಿನಿಂದಲೂ ಇರುವ, ಒಂದು ಪ್ರಮುಖ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಪ್ರಕಾರ, ಒಂದು ಜಾಗದ ಹವಾಮಾನಕ್ಕೆ ತಕ್ಕಂತೆ (ಉದಾಹರಣೆಗೆ: ಮಳೆ, ತಾಪಮಾನ, ಇತ್ಯಾದಿ), ಎಷ್ಟರ ಮಟ್ಟಿಗೆ ಕಾಡು ಅಥವಾ ಹುಲ್ಲುಗಾಡುಗಳು ಇರುತ್ತವೆ ಎಂದು ತೀರ್ಮಾನಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.  ಆದರೆ, ಕಳೆದ ಎರಡು ದಶಕಗಳಲ್ಲಿ ದೊರೆತ ಹೊಸ ಪುರಾವೆಗಳ ಪ್ರಕಾರ, ಈ ಎರಡು ಪರಿಸರ ಬಗೆಗಳು ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ಹವಾಮಾನದಲ್ಲಿ ಕಂಡು ಬರಬಹುದು.  ಅಂದರೆ, ಒಂದೇ ತರನಾದ ಹವಾಮಾನವಿದ್ದರೂ, ಕೆಲವು ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಮರಗಳಿಂದಕೂಡಿರುವ ದಟ್ಟಕಾಡು ಬೆಳೆಯಬಹುದು ಮತ್ತು ಇನ್ನು ಕೆಲವು ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಹುಲ್ಲಿನಿಂದ ಆವರಿಸಿರುವ ಹುಲ್ಲುಗಾಡು ಬೆಳೆಯಬಹುದು. ಅಷ್ಟೇ ಅಲ್ಲ; ಈ ಎರಡು ವ್ಯವಸ್ಠೆಗಳು ಇದ್ದಕ್ಕಿದ್ದ ಹಾಗೆ ಕುಸಿತಕ್ಕೆ (collapse, regime shift) ಒಳಗಾಗಿ, ಅನೇಕ ಜೀವರಾಶಿ ಮತ್ತು ಅದಕ್ಕೆ ಅವಲಂಬಿತ ಮಾನವರಿಗೂ ತುಂಬಾ ತೊಂದರೆಯಾಗಬಹುದು. ಇಂತಹ ಕುಸಿತ ಅಥವಾ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಆದ ನಂತರ, ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಠೆಯನ್ನು ಮೊದಲಿದ್ದ ಸ್ಥಿತಿಗೆ ಮರಳಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವೇ? ಅಥವಾ ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲವೇ?

ಈ ಪ್ರಶ್ನೆಯನ್ನು ಉತ್ತರಿಸಲು, ನಿಕುಂಜ್ ಗೋಯಲ್ (ಯೇಲ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿ ಮತ್ತು ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆಯ ಹಳೆಯ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿ) ಮುಂದಾಳತ್ವದ ನಮ್ಮ ತಂಡವು ರಿಯಾಕ್ಷನ್-ಡಿಫ಼್ಯೂಶನ್-ಈಕ಼್ವೇಶನ್ಸ್ (reaction-diffusion equations) ಎನ್ನುವ ಗಣಿತದ ಸೂತ್ರಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಗಣಿತದ ಮಾದರಿಯನ್ನು ರೂಪಿಸಿ ಅದರ ಅಧ್ಯಯನ ನಡೆಸಿತು. ಈ ಮೊದಲೇ ಇರುವ ಮಾದರಿಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ನಮ್ಮ ಗಣಿತದ ಮಾದರಿಯು ಗಿಡ ಮರ ಹುಲ್ಲುಗಳ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಅಂತರ ಮತ್ತು ಈ ಅಂತರದಿಂದ ಅವುಗಳ ಬೀಜಗಳ ಹರಡುವಿಕೆಗೆ (seed dispersal) ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಮೇಲೆ ಹೇಗೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತವೆ ಎನ್ನುವ ಅಂಶಗಳನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ಒಳಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.

ನಮ್ಮ ಈ ಅಧ್ಯಯನ ತಿಳಿಸುವುದೇನೆಂದರೆ, ದಟ್ಟಕಾಡು ಮತ್ತು ಹುಲ್ಲುಗಾಡುಗಳ ನಡುವೆ ಒಂದು ಗಡಿ ಏರ್ಪಡುತ್ತದೆ. (ಇಂತಹ ಗಡಿಗಳನ್ನು ಪಶ್ಚಿಮ ಘಟ್ಟದಲ್ಲಿಯೂ ಕಾಣಬಹುದು — ಈ ಪುಟದಲ್ಲಿರುವ ಚಿತ್ರ ನೋಡಿ). ಈ ಗಡಿಯ ಸ್ಠಿರತೆ ಮತ್ತು ರೂಪುರೇಶೆಗಳು, ಸರಾಸರಿ ಹವಾಮಾನ ಅಥವಾ ಮಳೆ ಪ್ರಮಾಣದಿಂದ ಮಾತ್ರ ತೀರ್ಮಾನವಾಗುವುದಿಲ್ಲ; ಬದಲಾಗಿ ಇವೆರಡು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ನಡುವಿನ ಗಡಿಗಳು, ಅವುಗಳಲ್ಲಿ ಬೀಜಗಳ ಹರಡುವಿಕೆಯ ಬಗೆ ಮತ್ತು ಗಡಿಯ ಸುತ್ತಮುತ್ತ ಅಲ್ಲಿನ ಹವಾಮಾನವು ಯಾವ ರೀತಿಯ ಏರಿಳಿತಗಳೊಂದಿಗೆ (geometric contours) ಬದಲಾಗುತ್ತಿದೆ ಎನ್ನುವ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ವಿಚಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಕೂಡ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಈ ನಮ್ಮ ಗಣಿತದ ಮಾದರಿಯ ಸೂಚನೆಗಳು ಎಷ್ಟರ ಮಟ್ಟಿಗೆ ಪರಿಸರದಲ್ಲಿ ಸರಿಯಾಗಿದೆ ಎಂದು ಪರೀಕ್ಷಿಸಲು, ನಾವು ಉಪಗ್ರಹದಲ್ಲಿ ಅಳವಡಿಸಿರುವ ಕ್ಯಾಮೆರಾಗಳ ಮೂಲಕ ಅರಿತುಕೊಳ್ಳಬಲ್ಲ ಕಾಡು ಮತ್ತು ಹುಲ್ಲುಗಾಡಿನ ನಡುವಿನ ಗಡಿಗಳ ಗುಣಗಳನ್ನು ಮಾಪನ ಮಾಡಿದೆವು. ಅವು, ನಮ್ಮ ಗಣಿತದ ಮಾದರಿಯ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಕ್ಕೆ ಸರಿಯಾಗಿ ಹೊಂದುತ್ತವೆ ಎನ್ನುವುದು ಖಚಿತವಾಯಿತು!

ಅಲ್ಲದೇ,  ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಮಾರ್ಪಾಟುಗಳ ಬಗ್ಗೆ ನಮ್ಮ ಅಧ್ಯಯನ ಮೂರು ಮುಖ್ಯವಾದ ವಿಷಯಗಳನ್ನು ಪ್ರತಿಪಾದಿಸುತ್ತದೆ: (ಅ) ವಿಶಾಲವಾಗಿ ಹರಡಿರುವ ಕಾಡು ಅಥವಾ ಹುಲ್ಲುಗಾಡುಗಳ ನಡುವಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಹಟಾತ್ತನೆ ಆಗದೆ, ಹಂತ ಹಂತವಾಗಿ ಆಗುವ ಸಾಧ್ಯತೆ ಹೆಚ್ಚು. (ಆ) ಅಂತಹ ಮಾರ್ಪಾಟು ಆದರೂ, ಸ್ವಲ್ಪಮಟ್ಟಿಗಾದರೂ ಅದನ್ನು ಮೊದಲಿನ ಸ್ಥಿತಿಗೆ ಮರಳಿಸಲು ಸಾಧ್ಯ. (ಇ) ಆದರೆ, ಚಿಕ್ಕ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಬೆಳೆದ ಕಾಡು ಅಥವಾ ಹುಲ್ಲುಗಾಡುಗಳು, ಹಟಾತ್ತನೆ ಕುಸಿಯುವ ಸಾಧ್ಯತೆ ಹೆಚ್ಚು. 

ಈ ಸಂಶೋಧನೆ, ೨೦೨೦ ರಲ್ಲಿ, ದಿ ಅಮೆರಿಕನ್ ನ್ಯಾಚುರಲಿಸ್ಟ್ ಎನ್ನುವ ಪತ್ರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟವಾಗಿದೆ. ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯು, ಅಮೆರಿಕಾದ ಪರಿಸರ ಸಂಸ್ಥೆಯ (Ecological Society of America) ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಸಂಶೋಧನಾಪ್ರಶಸ್ತಿಗೆ ಪಾತ್ರವಾಗಿದೆ

ಸಂಶೋಧನೆಯ ತಂಡ: ನಿಕುಂಜ್ ಗೋಯಲ್ (ಯೇಲ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯ), ವಿಶ್ವೇಶ ಗುತ್ತಲ್ (ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆ), ಸೈಮನ್ ಲೆವಿನ್ (ಪ್ರಿನ್ಸಟನ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯ), ಮತ್ತು ಕಾರ್ಲಾ ಸ್ಟೇವರ್ (ಯೇಲ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯ). 

ಈ ಸಾರಾಂಶದ ಕರುಡನ್ನು ಓದಿ ಸಲಹೆ ನೀಡಿದ ಪ್ರಶಾಂತ್ ಸೊರಟೂರ ಅವರಿಗೆ ಧನ್ಯವಾದಗಳು.

ಕೊಂಡಿ: https://www.journals.uchicago.edu/doi/10.1086/708270

Full citation of the paper: Nikunj Goel, Vishwesha Guttal, Simon A Levin and Carla Staver, 2020, Dispersal increases the resilience of tropical savanna and forest distributions, TheAmerican Naturalist, 195: 833-850 doi: https://doi.org/10.1086/708270 bioRxiv, 476184.  PDF ; Data and Codes

Kannada Summary: ಪ್ರಾಣಿಗಳು ಗುಂಪಿನೊಂದಿಗಿನ ತಮ್ಮ ಒಡಗೂಡುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೇಗೆ ಕಾಪಾಡಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ?

Image Leave a comment
A herd of blackbuck females with few males in the backdrop


ಹೊಸ ಸಂಶೋಧನೆಯ ಸಾರಂಶ: ಪ್ರಾಣಿಗಳು ಗುಂಪಿನೊಂದಿಗಿನ ತಮ್ಮ ಒಡಗೂಡುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೇಗೆ ಕಾಪಾಡಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ?

ಹಲವು ಜಾತಿಯ ಪ್ರಾಣಿಗಳು ಗುಂಪಲ್ಲಿ ಒಗ್ಗೂಡಿ, ಸರಾಗವಾಗಿ ಮನತಣಿಸುವ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಸಾಗುತ್ತವೆ. ಅದು ಹೇಗೆ ಸಾಧ್ಯ? ಅವುಗಳಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ಪ್ರಾಣಿಗಳು ಮುಂದಾಳತ್ವವನ್ನು ವಹಿಸುತ್ತವೆಯೆ? ಇಲ್ಲವೇ ಇನ್ನೇನಾದರೂ ವಿಶೇಷವಾದ ಚಳಕವನ್ನುಬಳಸುತ್ತವೆಯೇ?

ಈ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳಿಗೆ ಉತ್ತರ ಹುಡುಕಲು, ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ನಲ್ಲಿ ಅಳವಡಿಸುವ ಕೆಲವು ಮಾದರಿಗಳನ್ನು (computational model) ಅನೇಕ ಸಂಶೋಧಕರು ಕಳೆದ ಎರಡು ದಶಕಗಳಲ್ಲಿ ನಿರ್ಮಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಈ ಮಾದರಿಗಳ ನೆರವಿನಿಂದ ತಿಳಿದುಬಂದ ಹೊಸ ವಿಷಯವೆಂದರೆ, ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಪ್ರಾಣಿಯೂ ತಮ್ಮಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಪ್ರಾಣಿಗಳ ‘ಸರಾಸರಿ ದಿಕ್ಕಲ್ಲಿ ನಡೆ’ (local averaging) ಎಂಬ ಸರಳವಾದ ನಿಯಮವನ್ನಷ್ಟೇ ಪಾಲಿಸಿ, ಗುಂಪಿನಲ್ಲಿ ಸಾಗಬಹುದು. ಅಂದರೆ, ಗುಂಪಿನಲ್ಲಿ ಚಲಿಸಲು ಪ್ರಾಣಿಗಳಿಗೆ ಯಾವುದೇ ಮುಂದಾಳು ಅಥವಾ ವಿಶೇಷ ಚಳಕಗಳ ಅವಶ್ಯಕತೆ ಇರುವುದಿಲ್ಲ. ಇದು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಮಾದರಿಗಳ ತರ್ಕದಿಂದ ತಿಳಿದ ವಿಷಯ. ಆದರೆ ವಿಶಿಷ್ಟವೇನೆಂದರೆ, ಇತ್ತೀಚಿಗೆ ನಡೆಸಿರುವ ಪ್ರಯೋಗಗಳ ಪ್ರಕಾರ, ಪ್ರಾಣಿಗಳು ಅದಕ್ಕಿಂತಲೂ ಸರಳವಾದ ನಿಮಯಗಳನ್ನು ಪಾಲಿಸುತ್ತವೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ನಮ್ಮ ತಂಡವು ಕೆಲ ವರುಷಗಳ ಹಿಂದೆ ನಡೆಸಿದ ಪ್ರಯೋಗಗಳ ಪ್ರಕಾರ, ಒಂದು ಮೀನು ತನ್ನ ಹತ್ತಿರದ ಇನ್ನೊಂದು ಮೀನು ನಡೆಯುತ್ತಿರುವ ದಿಕ್ಕನ್ನು ಅನುಕರಣೆ ಮಾಡಿದರೆ ಸಾಕು, ಮೀನುಗಳ ಇಡೀ ಗುಂಪು ಒಂದೇ ದಿಕ್ಕಲ್ಲಿ ಸಾಗುತ್ತದೆ (group polarisation).

ಇಲ್ಲಿಯ ತನಕ ನಡೆದ ಸಂಶೋದನೆಗಳು, ಪ್ರಾಣಿಗಳ ಗುಂಪುಗಳು ಒಂದೇ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಹೋಗುವ (group polarisation) ಬಗ್ಗೆ ಹೇಗೆ ಒಗ್ಗೂಡಿ ಒಪ್ಪಂದಕ್ಕೆ ಬರುತ್ತವೆ ಎನ್ನುವ ಕುರಿತು ಹೆಚ್ಚು ಗಮನ ಹರಿಸಿದ್ದವು. ಆದರೆ ನಾವು ನಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ಹುಡುಕಲು ಹೊರಟ ವಿಷಯವೆಂದರೆ “ಪ್ರಾಣಿಯೊಂದು ತನ್ನ ಗುಂಪಿನೊಂದಿಗೆ ಒಂದಾಗಿರಲು ಏನು ಮಾಡುತ್ತದೆ?” ಎನ್ನುವುದಾಗಿತ್ತು. ಪ್ರಾಣಿಗಳ ಈ ಗುಣಕ್ಕೆ “ಗುಂಪಿನ ಒಡಗೂಡುವಿಕೆ” (group cohesion) ಎಂದು ಕರೆಯಬಹುದು.

ಈ ಪ್ರಶ್ನೆಯನ್ನು ಉತ್ತರಿಸಲು ನಾವು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ತರ್ಕಗಳ ಹೊಸ ಮಾದರಿಯನ್ನು (computational model) ತಯಾರಿಸಿ, ಅಧ್ಯಯನ ನಡೆಸಿದ್ದೇವೆ. ನಮ್ಮ ಅಧ್ಯಯನದ ಪ್ರಕಾರ, ಪ್ರಾಣಿಗಳು ತಮ್ಮ ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಯಾವುದಾದರೊಂದು ಪ್ರಾಣಿಯಿರುವ ಕಡೆ ಹೋಗುವ ಒಂದು ನಿಯಮವನ್ನು ಪಾಲಿಸಿದರೆ ಸಾಕು, ಗುಂಪಿನ ಒಡಗೂಡುವಿಕೆ ಉಳಿಯುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ, ಪ್ರಾಣಿಗಳು ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಕ್ಷಣದಲ್ಲಿ, ಒಂದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಾಣಿಗಳ ಚಲನೆಯ ಕುರಿತು ಗಮನಹರಿಸುವ ಅವಶ್ಯಕತೆ ಇರುವುದಿಲ್ಲ. ಬದಲಾಗಿ ಗುಂಪು ಒಗ್ಗೂಡಿ ಉಳಿಯಬೇಕಾದರೆ, ಪ್ರತಿ ಪ್ರಾಣಿಯೂ ಇನ್ನೊಂದು ಪ್ರಾಣಿಯನ್ನು ಮನಸ್ಸಿಗೆ ತೋಚಿದಂತೆ ಆಯ್ಕೆ (random choice of neighbours) ಮಾಡಬೇಕು. ಇನ್ನೂ ವಿಚಿತ್ರವೇನೆಂದರೆ, ಪ್ರತಿ ಕ್ಷಣದಲ್ಲಿಯೂ ಒಂದೇ ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾದ ಪ್ರಾಣಿಯನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಿ ಹತ್ತಿರ ಹೋದರೆ, ಗುಂಪಿನ ಒಡಗೂಡುವಿಕೆ ಅಷ್ಟು ಚೆನ್ನಾಗಿ ಉಳಿಯುವುದಿಲ್ಲ!!

ಸಾರಾಂಶದಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ,  ಪ್ರಾಣಿಯೊಂದು ತನ್ನ ಗುಂಪಿನ ಒಡಗೂಡುವಿಕೆಯನ್ನು ಉಳಿಸಿಕೊಳ್ಳಲು, ತನ್ನ ಹತ್ತಿರವಿರುವ ಹಲವು ಪ್ರಾಣಿಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದೇ ಒಂದು ಪ್ರಾಣಿಯನ್ನು ಮಾತ್ರ ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಿ, ಅದರೊಟ್ಟಿಗೆ ಸಾಗಬೇಕು; ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಈ ಆಯ್ಕೆಯು ಆ ಕ್ಷಣಕ್ಕೆ ತನ್ನ ಮನಸ್ಸಿಗೆ ತೋಚಿದ (random) ಹಾಗಿರಬೇಕೇ ಹೊರತು ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿರಬಾರದು.

ಈ ನಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನೆಯು “ರಾಯಲ್ ಸೊಸೈಟಿ ಓಪನ್ ಸೈನ್ಸ್” ಎನ್ನುವ ಪತ್ರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟವಾಗಿದೆ.

ನಮ್ಮ ತಂಡ: ವಿವೇಕ್ ಜಾದವ್, ವಿಶ್ವೇಶ ಗುತ್ತಲ್ ಮತ್ತು ಡ್ಯಾನಿ ರಾಜ್ ಮಸಿಲಾ (ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಠೆ, ಬೆಂಗಳೂರು)

ಈ ಸಾರಾಂಶದ ಕರುಡನ್ನು ಓದಿ ಸಲಹೆ ನೀಡಿದ ಪ್ರಶಾಂತ್ ಸೊರಟೂರ ಅವರಿಗೆ ಧನ್ಯವಾದಗಳು. 

ಕೊಂಡಿ: https://doi.org/10.1098/rsos.220124

Best theoretical ecology paper award by ESA

Gallery Leave a comment

Thrilled to share that a paper led by Nikunj Goel, a former IISc UG student from the first batch of IISc UG program (with physics major) and who worked in our lab for his thesis — has won the “best theoretical ecology paper” award by the Ecological Society of America! 

https://www.journals.uchicago.edu/doi/full/10.1086/708270

Hearty congratulations to Nikunj Goel. This work was done in collaboration with myself, Simon Levin and Carla Staver, when Nikunj was doing his Masters in ecology from Yale, at Carla Staver’s lab.

A little of bit history: Nikunj very cleverly used the reaction diffusion equation ideas and techniques I teach in the spatial ecology course (in Aug 2014) and applied them in a real world context, with excellent match between theory and empirical data. You can look at the figure on top right to see how nicely theory and data match! 

Nikunj is currently a graduate student at the Department of Integrative Biology, University of Texas, Austin, USA.

Dispersal Increases the Resilience of Tropical Savanna and Forest Distributions 

Nikunj Goel, Vishwesha Guttal, Simon A. Levin, and A. Carla Staver. V

Abstract

Global change may induce changes in savanna and forest distributions, but the dynamics of these changes remain unclear. Classical biome theory suggests that climate is predictive of biome distributions, such that shifts will be continuous and reversible. This view, however, cannot explain the overlap in the climatic ranges of tropical biomes, which some argue may result from fire-vegetation feedbacks, maintaining savanna and forest as bistable states. Under this view, biome shifts are argued to be discontinuous and irreversible. Mean-field bistable models, however, are also limited, as they cannot reproduce the spatial aggregation of biomes. Here we suggest that both models ignore spatial processes, such as dispersal, which may be important when savanna and forest abut. We examine the contributions of dispersal to determining biome distributions using a 2D reaction-diffusion model, comparing results qualitatively to empirical savanna and forest distributions in sub-Saharan Africa. We find that the diffusion model resolves both the aforementioned limitations of biome models. First, local dispersive spatial interactions, with an underlying precipitation gradient, can reproduce the spatial aggregation of biomes with a stable savanna-forest boundary. Second, the boundary is determined not only by the amount of precipitation but also by the geometrical shape of the precipitation contours. These geometrical effects arise from continental-scale source-sink dynamics, which reproduce the mismatch between biome and climate. Dynamically, the spatial model predicts that dispersal may increase the resilience of tropical biome in response to global change: the boundary continuously tracks climate, recovering following disturbances, unless the remnant biome patches are too small.

Course on stochastic spatial dynamics in the coming semester

Gallery 1 Comment

I am teaching a course on stochastic spatial dynamics in biology. This is an advanced course, relatively mathematical, but covers topics that are directly state of the art in research in spatial ecology. Here are details.

Title: Stochastic and Spatial Dynamics in Biology (EC 303: 2:1 credits)

Instructor: Vishwesha Guttal

Dept: CES, IISc

Overview: This course will cover topics on stochastic and spatial dynamics in biology that will have applications to various topics such as the ecology of species to pattern formation in cellular systems. Tentative topics are: 1) Brownian motion, basics of stochastic processes, diffusion approximations, Levy walks for organismal movement and dispersal, 2) Single-species dynamics accounting for stochasticity and space; using bifurcation theory, reaction-diffusion equations, Fisher Kolmogorov equation, Fokker- Planck and Langevin equations, etc. 3) Multi-species spatial dynamics. 4) Self-organization and pattern formations in biological systems; Turing patterns; swarm dynamics and swarm intelligence (agent-based models; non-equilibrium statistical physics), etc. Concepts of Phase Transitions in Biology.

Pre-requisites/Eligibility:  EC 201 or equivalent (i.e. proficiency in basic concepts of ecology, nonlinear dynamical models of theoretical ecology, calculus and good programming skills in R/Python/Matlab/C/C++). Instructor may allow students with exceptional interest to take without the pre-requisite of EC 201 if they demonstrate necessary background. UG/MTech/PHD students are all welcome. Auditing students are welcome too — as long as you are willing to work though all assignments like regular students.

Tentative Class Schedule: Wednesdays (11 am – 12:30 pm) and Fridays (2 pm–5 pm). 


If you are interested, please fill in this form as soon as possible: https://forms.gle/zgvzdXKPQS7ykn1n7

Robert May

Gallery Leave a comment

Robert May of chaos fame — his influence was much beyond chaos — died yesterday. He made fundamental contributions to many areas of ecology, mathematical biology, etc.

EWwdLEtX0AUv1Hz

I met him at the Ecological Society of America Annual Meeting in 2008. I told him how his review article on logistic map and chaos had influenced me to take nonlinear dynamics and eventually a career in ecology. I had just finished my PhD in physics, but working on ecology and had begun my postdoc at Princeton — where he was a professor some decades back.

I asked him to come to my talk the following day – where I was presenting my PhD thesis work. He promptly noted down the time and venue of my talk!

I was a little terrified when I noticed that he did turn up for my talk. After the talk he told he said he really enjoyed it. I thought that was really nice of him! Later, a prof at Princeton mentioned that my talk was great and that May told him so. That was pleasantly surprising!

I read his famous 1976 Nature review article in the second year of my physics undergrad, in 2000. I was quite impressed. That’s when I realised its a very interesting area of work and I wanted to study nonlinear dynamics (the word ecology didn’t register to me then though).

His two-papers feature prominently in the course I teach on Theoretical ecology. The first one is obviously the one that influenced me (1976 chaos paper). The second one is also highly influential and closely related to my own area of research on regime shifts and alternative stable states in ecosystems; published in 1977.

EWwdzcjX0AAxFb6.png

I met Bob May a couple of more times while postdoc’ing at Princeton. He used to come to deliver a talk every year at Princeton. My vague recollection is that of him mentioning how his (1976 or some other famous) paper was first rejected by Nature; and that we shouldn’t be disheartened with our failures with journals, especially because it there is so much competition now.

He has also built influential models of epidemic spread — quite relevant today. There is a ‘joke’ that before doing any new research theoretical ecology, check if Bob May has already written about it. That’s his influence!

This blogpost is a slightly expanded version of my tweet thread on the same topic.

 

ರೋಗಗಳ ಹರಡುವಿಕೆಯನ್ನು ಗಣಿತದ ಮಾದರಿಗಳಿಂದ ಹೇಗೆ ತಿಳಿಯಬಹುದು? Kannada interview on disease modelling!

Gallery Leave a comment

ThaleHarateEpisode62.jpg

ಯಾವ ಯಾವ ರೀತಿ ಕ್ರಮಗಳನ್ನು ಸರ್ಕಾರ ತೊಗೊಬೇಕು?

ಲೊಕ್ಡೌನ್ ನಂತರ ಕರೋನವೈರಸ್ ಭಾರತದಲ್ಲಿ ಹೇಗೆ ಹರಡಬಹುದು?

ಇದರ ಹರಡುವಿಕೆಯನ್ನು ತಡೆಗಟ್ಟಲು ಬೇಕಾದಂತಹ ಪರೀಕ್ಷೆ ಮತ್ತು ಚಿಕಿಸ್ತೆಗಳು ಯಾವುವು?

ಇಂಥಹ ಪ್ರಶ್ನೆ ಉತ್ತರಿಸಲು ಗಣಿತದ ಮಾದರಿಗಳು (mathematical modelling) ನಮಗೆ ಬಹಳ ಸಹಾಯಕಾರಿ.

ಅದರ ಬಗ್ಗೆ ನಾನು ಮತ್ತು ಪವನ್ ಶ್ರೀನಾಥ್ ಸ್ವಲ್ಪ “ತಲೆ ಹರಟೆ” ಹೊಡೆದಿದ್ದೇವೆ.

ನಾನು ಮತ್ತೆ ನಮ್ಮ ದೇಶದ ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಕಡೆ ಇರುವ ಅನೇಕ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಸೇರಿ ರಚಿಸುರುವ ಗಣಿತದ ಮಾದರಿಯ (INDSCI-SIM) ಬಗೆಯೂ ಚರ್ಚೆ ಮಾಡಿದ್ದೇವೆ.

ನೀವು ತಪ್ಪದೆ ಕೇಲಿ! ನಿಮ್ಮ ಅನಿಸಿಕೆ ತಿಳಿಸಿ.

Link to my tweets:

 

Kannada Summary: ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಠೆಗಳಲ್ಲಿ ಜೀವಿಗಳ ಗುಂಪುಗೂಡಿಕೆಯ ಗುಣಗಣನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಿ,  ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಠೆಯ ಸ್ಠಿರತೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸಬಹುದೇ?

Gallery Leave a comment

This is the foreign language (Kannada Translation) of Abstract of the following paper, as published in the Journal.

Sumithra Sankaran, Sabiha Majumder, Ashwin Viswanathan and Vishwesha Guttal, Clustering and correlations: Inferring resilience from spatial patterns in ecosystems, 2019, Methods in Ecology and Evolution, 10: 2079-2089, doi: https://doi.org/10.1111/2041-210X.13304 Download PDF;  Data and codes

1. ವಿಭಿನ್ನ ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಇದ್ದಕ್ಕಿದ್ದ ಹಾಗೆ ಕುಸಿಯುವ ಪುರಾವೆಗಳನ್ನು ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಸಂಗ್ರಹಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಅಂತಹ ಕುಸಿಯುವಿಕೆಯಿಂದ ಪರಿಸರವೊಂದೇ ಅಲ್ಲ, ಅವುಗಳ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುವ ಮಾನವರೂ ಸಹ ಹಾನಿಗಳನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತಾರೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಪರಿಸರ ಕುಸಿಯುವಿಕೆಯ ಮುನ್ಸೂಚಕಗಳನ್ನು ಹುಡುಕಲು ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಇತ್ತೀಚೆಗೆ ಬಹು ಅಧ್ಯಯನ ನಡೆಸಿದ್ದರೆ. ಅಂತಹ ಅಧ್ಯಯನದಲ್ಲಿ ಇದೂ ಒಂದು.

2. ಸಸ್ಯ ಮತ್ತು ಪ್ರಾಣಿಗಳು ಗುಂಪಾಗಿ ಜೀವಿಸುವಿದು ಸಾಮಾನ್ಯ. ಈ ಗುಂಪುಗಳ ಗಾತ್ರಗಳು ಒಂದೇ ಸಮ ಇರುವುದಿಲ್ಲ. ಅನೇಕ ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ, ಗುಂಪುಗಳ ಗಾತ್ರಗಳ ವಿಂಗಡಣೆಯು ಒಂದು ಘಾತಫಲನ, ಆಂದರೆ ಪವರ್‌ ಫಂಕ್ಷನ್ನಿನ (power law), ವಿಧದಲ್ಲಿ ಇರುತ್ತದೆ. ಒಂದು ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಪ್ರಕಾರ, ಇಂತಹ ಗುಂಪಿನ ವೈಷಿಷ್ಟ್ಯಗಳನ್ನು ಆಧಾರಿಸಿ ನಾವು ಪರಿಸರವು ಧೃಢವಾಗಿದೆಯೋ ಅಥವಾ ಕುಸಿತದ ಅಪಾಯದಲ್ಲಿದೆಯೋ ಎಂದು ನಿರ್ಣಯ ಮಾಡಬಹುದು. ಆದರೆ, ಇದಕ್ಕೆ ಇರುವ ಪುರಾವೆಗಳು ಒಂದೇ ತೆರನಿಲ್ಲ. ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಾರಾಧಿತ ಸಿದ್ಧಾಂತರ ಪ್ರಕಾರ, ಧೃಡವಲ್ಲದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಅಡಚಣೆಗಳುಂಟಾದಾಗ, ಪರಿಸರದ ಚೇತರಿಕೆ ಅತೀ ನಿಧಾನವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು `ಕ್ರಿಟಿಕಲ್‌ ಸ್ಲೋವಿಂಗ್‌ ಡೌನ್‌’ ಅಥವಾ ಸಿ.ಎಸ್‌.ಡಿ. (CSD) ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ; ಈ ವಿದ್ಯಮಾನಕ್ಕೆ ಅನೇಕ ಪುರಾವೆಗಳು ಸಿಕ್ಕಿವೆ. ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ನಾವು, ಗುಂಪುಗಟ್ಟುವಿಕೆ ಹಾಗೂ CSD ನಡುವಣ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟಪಡಿಸುತ್ತೇವೆ.

3. ಪರಿಸದಲ್ಲಿ ಅಡಗಿರುವ ಇಂತಹ ನಿಗೂಢ ವಿಚಾರಗಳನ್ನು ವಿಶ್ಲೈಸಲು, ಇಲ್ಲಿ ನಾವು ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಪ್ರೇರಿತ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು (models), ಗಣಿತದ ಮತ್ತು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್-ಗಳ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದೇವೆ.  ಜೀವಿಗಳ ಗುಂಪುಕಟ್ಟುವಿಕೆಗೆ ಒಂದು ಮುಖ್ಯ ಕಾರಣವೇನೆಂದರೆ – ಧನಾತ್ಮಕವಾದ ಸಂವೇದನೆಗಳು; ಅಂದರೆ, ಜೀವಿಗಳ ನಡುವಣ ಇರುವ ಒಂದು ರೀತಿಯ `ಆಕರ್ಷಣೆ’. ವಿಚಿತ್ರವೇನೆಂದರೆ, ಯಾವ ಪರಿಸರಗಳಲ್ಲಿ ಇಂತಹ ಧನಾತ್ಮಕವಾದ ಸಂವೇದನೆಗಳು ಅತೀ ಗಾಢವಾಗಿ ಇವೆಯೋ, ಅಂತಹ ಪರಿಸರಗಳು ತಟಕ್ಕನೆ ಪಲ್ಲಟಿಸಬಲ್ಲುವು! 

4. ನಮ್ಮ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಗಳ ಪ್ರಕಾರ, ಜೀವಿಗಳ ಗುಂಪುಗಳ ಗಾತ್ರಗಳನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಿ ಪರಿಸರದ ಸ್ಥಿರತೆಯ ಬಗ್ಗೆ ಸೂಚಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಅಂದರೆ, ನಮ್ಮ ಅಧ್ಯಯನವು ಇತ್ತೀಚೆಗೆ ಖ್ಯಾತವಾಗಿದ್ದ ಒಂದು ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ತಪ್ಪು ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ತಾಂತ್ರಿಕವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, CSD ಎನ್ನುವ ವಿದ್ಯಮಾನಕ್ಕೂ, ಘಾತಫಲನ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಗುಂಪುಗಳು ವಿತರಣೆಯಾಗಿರುವುದಕ್ಕೂ ಯಾವುದೇ ಸಂಬಂಧವಿಲ್ಲ. ಅದರೆ, CSD-ಯಿಂದಾಗಿ ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಕುಸಿಯುತ್ತಿರುವ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಘಾತಫಲನ ಗುಣವಿರುವುದನ್ನು ಕಾಣುತ್ತೇವಾದರೂ, ಅದು spatial covariance ಅನ್ನುವ ಬೇರೆಯೇ ಪ್ರಮಾಣದ್ದಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ ಈ ನಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಧನಾತ್ಮಕ ಸಂವೇದನೆ, ಜೀವಿಗಳ ಗುಂಪುಗೂಡಿತನ ಹಾಗೂ ಇವುಗಳನ್ನು ಹೇಗೆ ಪರಿಸರ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲು ಬಳಸಬಹುದು ಎನ್ನುವ ವಿಚಾರಗಳಲ್ಲಿ ಹೊಸ ಒಳನೋಟಗಳನ್ನು ಬಯಲು ಮಾಡಿದೆ.

[This post was actually published in 2022, but pre-dated to 2020 to match the approximate date of actual publishing of the above translation.]

Thale-Harate’ podcast with Pavan Srinath and Ganesh Chakravarthi in Kananda (ಕನ್ನಡ)

Gallery 1 Comment

Listen to my ‘Thale-Harate’ podcast with Pavan Srinath and Ganesh Chakravarthi in Kananda (ಕನ್ನಡ): 

https://ivmpodcasts.com/harate-kannada-podcast-episode-list/2019/5/8/ep-21-the-life-of-an-ecology-professor

On topics ecology, physics, some of my research work and on doing science in India.

I thoroughly enjoyed the conversation during recording, and I hope you too! Any feedback welcome.

Since its an hour and a half long, here is roughly how the topics of discussions go:

0 – 33 minutes: On ecology, how principles and methods of physics/mathematics can be useful. Includes examples from my own research work on ecosystem collapse and collective animal movement.

33 – 55 minutes: How does research actually happen? Did you have eureka-moments? What is the life of a processor and scientist like at work?

55 mins to 1:25 hrs: On Indian science and global competitiveness.