Hvor mange zebrafisk udgør en skole? Tre, siger fysikere

Fysikere er også interesserede i fisk - frem for alt når de forsker i dannelsen af ​​strukturer. Et forskerhold fra Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU) og University of Bristol (Storbritannien) har undersøgt skoleadfærden hos zebra danio (Danio rerio, også kendt som "zebrafisk") ved hjælp af metoder fra multi-partikelfysik. De forklarer, at grupper på kun tre fisk allerede bevæger sig på samme måde som store stimer, mens to fisk derimod udviser helt forskellig adfærd.

Ordsproget "tre er en skare" synes ikke kun at gælde for "De tre efterforskere" og de tre musketerer. I forskellige videnskabelige fænomener – såsom primærfarver eller rumlige dimensioner – er tre muligheder også nok til at karakterisere forskellige tilstande.

Fysikere har nu undersøgt, hvordan forskellige store grupper af levende væsner opfører sig. De ønskede at kende den mindste gruppestørrelse, der var nødvendig for, at de enkelte medlemmers bevægelsesmønstre kunne ændre sig og blive en koordineret gruppebevægelse. Og tre ser faktisk ud til at være nøgletallet for zebrafisk.

Fysikerne forsynede et akvarium i Bristol med synkroniserede kameraer til at måle de tredimensionelle svømmebaner for deres zebrafisk. De registrerede systematisk disse baner for forskellige gruppestørrelser - to, tre, fire og halvtreds fisk.

I det næste trin ledte de så efter forekomster af orden i svømmebanerne. De fandt forskellige bevægelsesmønstre:Fiskene svømmede enten alle i samme retning, eller også svømmede de rundt i en cirkel sammen. Når de bevægede sig i samme retning, svømmede de enten ved siden af ​​hinanden eller efter hinanden.

Et isoleret par fisk foretrækker at bevæge sig den ene efter den anden - den ene fisk leder, den anden følger efter. Tre fisk svømmer dog ved siden af ​​hinanden - det ser ud til, at ingen af ​​dem vil være sidst. Og:Denne vane med at svømme ved siden af ​​hinanden er også karakteristisk for en stor fiskestime.

Forskerne markerede så også små undergrupper inden for en stor skole. De konstaterede, at grupper på tre inden for skolen bevæger sig på en meget lignende måde som en isoleret gruppe på tre. Men hvor de kun markerede to naboer, opførte de sig anderledes i skolen end som et isoleret par.

Dr. Alexandra Zampetaki fra Düsseldorf (nu Wien), hovedforfatter sammen med Dr. Yushi Yang af undersøgelsen nu offentliggjort i Nature Communications , bemærker, "Praktisk talt danner tre fisk en stime, men to er ikke nok."

"Denne simple konstatering gælder i første omgang kun for zebrafisk. Begreberne kunne dog også overføres til andre eksempler på fauna," siger den tilsvarende forfatter professor Dr. C. Patrick Royall fra University of Bristol, som nu arbejder ved EPSCI i Paris. "Disse inkluderer stimer af andre fisk såsom guldfisk eller sardiner, såvel som flokke af fugle såsom stære mumlen og sværme af insekter såsom dansende myg."

Idéen til det fælles forskningsprojekt opstod i løbet af flere besøg af professor Royall.

"At anvende traditionelle metoder og begreber fra teorien om væsker såsom par- og tripletkorrelationer på fisk var en ny udfordring, da disse begreber stammer fra den termodynamiske ligevægt, og en levende fiskestime er langt fra at være i en ligevægtstilstand," siger Löwen, leder af Instituttet for Teoretisk Fysik II ved HHU.

Den grundlæggende klassificering af mange-legeme-effekterne blev foretaget i Düsseldorf. Derudover simulerede Dr. Alexandra Zampetaki fiskebanerne. "Vi modificerede vores model for at muliggøre realistisk simulering af fiskenes svømmebevægelse. Simuleringen bekræftede det eksperimentelle fund om, at 'tre udgør en skole'."

I fremtiden sigter forskerne på at anvende deres resultater på menneskers gruppeadfærd, og hvordan de opfører sig, for eksempel ved fester eller massesammenkomster. Löwen siger:"Vi vil se, om den simple grænse for tallet tre så også gælder."

Flere oplysninger: Alexandra Zampetaki et al., Dynamisk orden og mange-krops-korrelationer i zebrafisk viser, at tre er en skare, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46426-1

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Heinrich-Heine University Düsseldorf