Gruppe von Zebrafischen, die in einem Netz von Hindernissen unterschiedlicher Dichte schwimmen. Analyse der relativen Ausrichtungen zwischen Fischen in Fällen mit sehr geringer und sehr hoher Hindernisdichte
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Das Studium kollektiver Bewegungen ermöglicht ein besseres Verständnis der dynamischen Strukturen, die sich durch die Selbstorganisation von Gruppen von Individuen ergeben. Die Organisation von Fischen in Schwärmen ist bemerkenswert, da sie sich in sehr unterschiedlichen Umgebungen wie im offenen Meer oder zwischen Korallen bildet. Bisherige Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf das Studium von Fischschwärmen in einfachen Umgebungen ohne Hindernisse.
In einer kürzlich durchgeführten Untersuchung hat ein Team des Interdisziplinären Physiklabors (LiPhy, CNRS / Université Grenoble Alpes) einen Ansatz verwendet, der Experimente und Modellierung kombiniert, um den Einfluss einer komplexen Umgebung auf die kollektive Organisation eines Fischschwarms zu untersuchen. Dafür wurden die individuellen Bahnen einer kleinen Gruppe von Zebrafischen aufgezeichnet, wobei die Anzahl und Dichte der Hindernisse variiert wurden.
Die Struktur des Fischschwarms erwies sich als recht widerstandsfähig gegenüber der Einführung von Hindernissen und behielt eine ähnliche Organisation wie in freiem Wasser bei. Wenn jedoch der Abstand zwischen den Hindernissen klein genug wurde, verschwand die Schwarmstruktur allmählich und die Fische verhielten sich, als wären sie isoliert, wobei sie sich an der physischen Umgebung und nicht mehr an ihren Artgenossen orientierten. Die Hindernisdichte, bei der dieser Übergang stattfindet, entspricht einem Abstand zwischen den Hindernissen, der der typischen Distanz zwischen Fischen in einem ungestörten Schwarm nahekommt, also ihrer natürlichen sozialen Distanz.
Dank eines statistischen Modells konnten die Faktoren dieses Verhaltensübergangs von kollektiv zu unabhängig detailliert analysiert werden. Die Physiker zeigen damit, dass eine strukturierte Umgebung einen wichtigen Einfluss auf das Verhalten der Fische haben kann und dass die soziale Distanz kritisch ist, um ein kollektives Verhalten in einer komplexen Umgebung aufrechtzuerhalten. Diese Ergebnisse tragen zum aufstrebenden Bereich der aktiven und kognitiven Materie sowie allgemein zum Studium des Tierverhaltens oder zur Schwarmrobotik durch Biomimetik bei. Sie wurden in der Zeitschrift Physical Review E veröffentlicht.
Referenz:
Behaviorale Transition eines Fischschwarms in einer überfüllten Umgebung,
Bruno Ventéjou, Iris Magniez-Papillon, Eric Bertin, Philippe Peyla und Aurélie Dupont,
Physical Review E, veröffentlicht am 11. Juni 2024.
Doi: 10.1103/PhysRevE.109.064403
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