Рыбы выбрали подражание случайным собратьям вместо следования действиям группы

Косяк рыб слаженно плывет благодаря случайным коммуникациям отдельных рыб /© MILOS PRELEVIC ON UNSPLASH

Оказалось, случайные факторы, отбраковывающиеся при многих исследованиях, могут быть системообразующими — по крайней мере, в динамике движения животных.

Международная группа исследователей под руководством ученых из Университета Нового Южного Уэльса выяснила, что цихлиды не вычисляют направление всего косяка, а хаотично подражают действиям ближайших собратьев. Статья об этом опубликована в журнале Nature Physics.

Доктор Ричард Моррис, один из руководителей исследования, поясняет, что у цихлид — вразрез с традиционными представлениями, бытовавшими до сего дня — стайное поведение оказалось обусловленным факторами, возникающими в результате взаимодействия между отдельными рыбами в стае. Их ученые обозначили как «помехи».

Авторы впервые смогли доказать такое упорядочивание действий внутри косяка рыб, ранее существовавшее только в качестве теоретической возможности. Междисциплинарная команда экологов, физиков и математиков достигла этого, объединив «живые» эксперименты с компьютерным моделированием и анализом данных.

Предложенная модель противоречит стандартным теориям «скользящего среднего» для поведения в косяке, стае или стаде, которые предполагают, что животные способны оценить общее направление группы.

«Каждая рыба взаимодействует только с одной другой рыбой в любой момент времени. Они либо самопроизвольно меняют направление, либо копируют направление другой рыбы. Вычисление среднего направления группы, которое до сих пор было популярной теорией, вероятно, слишком сложно для рыбы», — объясняет доктор Моррис.

При изучении поведенческой динамики исследователи снимали косяки из 15, 30 и 60 рыб цихлид, отслеживая их траектории, чтобы проанализировать механизм взаимодействия. Оказалось, небольшие группы рыб «кучкуются» более последовательно, чем крупные. Это несколько контринтуитивно, поскольку случайность играет большую роль в маленьких группах.

Обычно, когда исследователи интерпретируют данные, помехи, случайные факторы, стараются отсечь, так как они искажают картину причинно-следственных связей — подобно тому, как при обработке фотографий нужно удалить блики от солнца, нарушающие четкость.

В случае рыбьего косяка все принципиально иначе: случайное копирование действий между парами приводит к тому, что новый вид «помех» начинает доминировать — и именно это определяет их высоко скоординированное поведение. Новое понимание подчеркивает важность случайных факторов, показывая, что «шум» может закодировать некоторую важную информацию о поведенческой динамике рыб и других животных. «Здесь сигнал — это «помехи». Если бы вы полностью проигнорировали эти флуктуации, вы вообще не могли бы объяснить то, как [рыбы] образуют косяк», — говорит доктор Моррис.

Ученые отмечают, что дальнейшие исследования помогут понять, следуют ли подобной модели поведения другие рыбы и совершенно иные виды животных. Данные, если их возможно экстраполировать за пределы моделирования только систем научения этого вида, могут серьезно помочь во многих областях, где нужно предугадать динамику поведения крупных популяций живых существ. Открытие способно изменить понимание коллективного движения у животных и требует пересмотра того, как «помехи» рассматриваются в самых различных исследованиях динамики поведения.