В биологии любая группа рыб , которая держится вместе по социальным причинам, называется стаей , а если группа плывет в одном направлении скоординированно, то она называется стаей . [1] В обиходе эти термины иногда используются довольно свободно. [1] Около четверти видов рыб всю жизнь держатся стаей, а около половины — часть жизни. [2]
Рыбы получают много преимуществ от поведения в стае, включая защиту от хищников (благодаря лучшему обнаружению хищников и снижению вероятности индивидуального захвата), более успешную добычу пищи и более успешный поиск партнера. Также вероятно, что рыбы получают выгоду от членства в стае за счет повышения гидродинамической эффективности.
Рыбы используют множество признаков для выбора сородичей. Обычно они предпочитают более крупные сородичи, сородичей своего вида, сородичей, похожих по размеру и внешнему виду на себя, здоровую рыбу и родственников (если они распознаны).
Эффект странности утверждает, что любой член стаи, который выделяется внешне, будет предпочтительно объектом нападения хищников. Это может объяснить, почему рыбы предпочитают собираться в стаи с особями, похожими на них самих. Таким образом, эффект странности имеет тенденцию гомогенизировать стаи.
Агрегация рыб — это общий термин для любого собрания рыб, которые собрались вместе в некоторой местности. Агрегации рыб могут быть структурированными или неструктурированными. Неструктурированная агрегация может быть группой смешанных видов и размеров, которые собрались случайным образом около некоторого локального ресурса, такого как еда или места гнездования.
Если, кроме того, агрегация объединяется интерактивным, социальным образом, их можно назвать стайными . [ 1] [a] Хотя стайные рыбы могут общаться друг с другом свободным образом, при этом каждая рыба плавает и ищет пищу несколько независимо, они, тем не менее, знают о других членах группы, как показано в том, как они корректируют поведение, такое как плавание, чтобы оставаться рядом с другими рыбами в группе. Стайные группы могут включать рыб разного размера и могут включать подгруппы смешанных видов.
Если стая становится более тесно организованной, и рыбы синхронизируют свое плавание, так что все они движутся с одинаковой скоростью и в одном направлении, то можно сказать, что рыба стайная . [1] [3] [b] Стайные рыбы обычно принадлежат к одному виду и имеют одинаковый возраст/размер. Стаи рыб движутся с отдельными членами, точно расположенными друг от друга. Стаи предпринимают сложные маневры, как будто у стаи есть свой собственный разум. [4]
Сложности стайного образа жизни далеки от полного понимания, особенно энергетика плавания и питания. Было предложено много гипотез, объясняющих функцию стайного образа жизни, таких как лучшая ориентация, синхронизированная охота, замешательство хищников и снижение риска быть обнаруженным. Стайный образ жизни также имеет недостатки, такие как накопление выделений в дыхательной среде и истощение кислорода и пищи. То, как рыбы располагаются в стае, вероятно, дает преимущества в экономии энергии, хотя это спорно. [5]
Рыбы могут быть облигатными или факультативными (необязательными) косячными. [6] Облигатные косячные, такие как тунец , сельдь и анчоус , проводят все свое время, сбившись в стаю или держась в стае, и становятся беспокойными, если их отделить от группы. Факультативные косячные, такие как атлантическая треска , сайды и некоторые ставриды , держатся в стае только некоторое время, возможно, в репродуктивных целях. [7]
Стайная рыба может переходить в дисциплинированную и скоординированную стаю, а затем в течение нескольких секунд снова переходить в аморфную стаю. Такие изменения вызваны изменениями активности от кормления, отдыха, перемещения или избегания хищников. [4]
Когда стайные рыбы останавливаются, чтобы поесть, они распадаются и становятся косяками. Косяки более уязвимы для нападения хищников. Форма, которую принимает стая или стая, зависит от вида рыбы и того, что она делает. Движущиеся косяки могут образовывать длинные тонкие линии, квадраты, овалы или амебовидные формы. Быстро движущиеся косяки обычно образуют клиновидную форму, в то время как косяки, которые питаются, имеют тенденцию становиться круглыми. [4]
Кормовые рыбы — это мелкие рыбы, на которых охотятся более крупные хищники. Хищники включают других крупных рыб, морских птиц и морских млекопитающих . Типичные океанские кормовые рыбы — это мелкие фильтрующие рыбы, такие как сельдь , анчоусы и менхаден . Кормовые рыбы компенсируют свой небольшой размер, образуя стаи. Некоторые плавают синхронизированными сетками с открытым ртом, чтобы эффективно фильтровать корм из планктона . [8] Эти стаи могут стать огромными, перемещаясь вдоль береговых линий и мигрируя через открытые океаны. Косяки являются концентрированными пищевыми ресурсами для крупных морских хищников.
Эти иногда огромные скопления питают океаническую пищевую сеть . Большинство кормовых рыб являются пелагическими рыбами , что означает, что они формируют свои стаи в открытой воде, а не на дне или около него ( донные рыбы ). Кормовые рыбы живут недолго и в основном остаются незамеченными людьми. Хищники пристально следят за косяками, остро осознают их численность и местонахождение и совершают миграции сами, часто в собственных стаях, которые могут охватывать тысячи миль, чтобы присоединиться к ним или оставаться связанными с ними. [9]
Сельдь относится к наиболее впечатляющим стайным рыбам. Они собираются вместе в огромных количествах. Самые большие косяки часто образуются во время миграций, сливаясь с более мелкими косяками. «Цепи» косяков длиной в сто километров (60 миль) были замечены у кефали, мигрирующей в Каспийском море . Радаков подсчитал, что косяки сельди в Северной Атлантике могут занимать до 4,8 кубических километров (1,2 кубических мили) с плотностью рыбы от 0,5 до 1,0 рыбы/кубический метр ( от 3 ⁄ 8 до 3 ⁄ 4 рыбы на кубический ярд), что в общей сложности составляет около трех миллиардов рыб в одной стае. [10] Эти косяки движутся вдоль береговых линий и пересекают открытые океаны. Стаи сельди в целом имеют очень точные механизмы, которые позволяют стае поддерживать относительно постоянную скорость движения. У сельди отличный слух, и ее косяки очень быстро реагируют на хищника. Сельдь держится на определенном расстоянии от движущегося аквалангиста или крейсерского хищника, например, косатки, образуя вакуоль, которая с самолета-корректировщика выглядит как пончик. [11]
Многие виды крупных хищных рыб также сбиваются в стаи, включая многих далеко мигрирующих рыб , таких как тунец и некоторые океанские акулы . Китообразные, такие как дельфины, морские свиньи и киты, действуют в организованных социальных группах, называемых стаями .
«Поведение стайности обычно описывается как компромисс между преимуществами жизни в группах в борьбе с хищниками и издержками возросшей конкуренции за пропитание». [12] Ланда (1998) утверждает, что совокупные преимущества стайности, как подробно описано ниже, являются сильными селективными стимулами для рыб присоединяться к стайкам. [13] Пэрриш и др. (2002) аналогичным образом утверждают, что стайность является классическим примером возникновения , когда есть свойства, которыми обладает стая, но не отдельные рыбы. Возникающие свойства дают эволюционное преимущество членам стаи, которое не получают не члены. [14]
Поддержка социальной и генетической функции скоплений, особенно тех, которые образованы рыбами, может быть замечена в нескольких аспектах их поведения. Например, эксперименты показали, что отдельные рыбы, удаленные из стаи, будут иметь более высокую частоту дыхания, чем те, которые находятся в стае. [15] Этот эффект был приписан стрессу, и поэтому эффект пребывания с сородичами, по-видимому, является успокаивающим и мощной социальной мотивацией для того, чтобы оставаться в скоплении. [16] Сельдь, например, станет очень взволнованной, если ее изолировать от сородичей. [7] Из-за их адаптации к стайному поведению они редко выставляются в аквариумах . Даже при наличии лучших условий, которые может предложить аквариум, они становятся хрупкими и вялыми по сравнению с их дрожащей энергией в диких стаях. [ необходима цитата ]
Также было высказано предположение, что плавание в группах повышает успешность добычи пищи. Эта способность была продемонстрирована Питчером и другими в их исследовании поведения добычи пищи у стайных карповых . [17] В этом исследовании было количественно определено время, необходимое группам пескарей и золотых рыбок, чтобы найти участок пищи. Количество рыб в группах варьировалось, и было установлено статистически значимое уменьшение количества времени, необходимого для поиска пищи большими группами. Дальнейшее подтверждение улучшенной способности добычи пищи стай наблюдается в структуре стай хищных рыб. Партридж и другие проанализировали структуру стай атлантического голубого тунца по аэрофотоснимкам и обнаружили, что стая приняла параболическую форму, факт, который предполагал кооперативную охоту у этого вида. [18]
«Причиной этого является наличие множества глаз, ищущих пищу. Рыбы в стаях «делятся» информацией, внимательно следя за поведением друг друга. Пищевое поведение у одной рыбы быстро стимулирует пищевое поведение у других. [19]
Плодородные места кормления для кормовой рыбы обеспечиваются океанскими подъемами глубинных вод. Океанические круговороты — это крупномасштабные океанские течения , вызванные эффектом Кориолиса . Ветровые поверхностные течения взаимодействуют с этими круговоротами и подводным рельефом, таким как подводные горы , рыбные банки и край континентальных шельфов , чтобы производить даунвеллинги и апвеллинги . [20] Они могут переносить питательные вещества, на которых процветает планктон. Результатом могут быть богатые места кормления, привлекательные для кормовой рыбы, питающейся планктоном. В свою очередь, кормовая рыба сама становится местом кормления для более крупных хищных рыб. Большинство подъемов глубинных вод являются прибрежными, и многие из них поддерживают некоторые из самых продуктивных рыбных промыслов в мире. Регионы заметного апвеллинга включают прибрежные районы Перу , Чили , Аравийского моря , западной части Южной Африки , восточной части Новой Зеландии и побережья Калифорнии . [ необходима ссылка ]
Копеподы , основной зоопланктон , являются основным пунктом в меню кормовой рыбы. Это группа мелких ракообразных, обитающих в океане и пресноводных местообитаниях . Копеподы обычно имеют длину от одного миллиметра (0,04 дюйма) до двух миллиметров (0,08 дюйма) и каплевидное тело. Некоторые ученые говорят, что они образуют самую большую биомассу животных на планете. [21] Копеподы очень бдительны и уклончивы. У них большие усики (см. фото ниже слева). Когда они расправляют свои усики, они могут чувствовать волну давления от приближающейся рыбы и прыгать с большой скоростью на несколько сантиметров. Если концентрация копепод достигает высоких уровней, стайные сельди используют метод, называемый кормлением таранами . На фото ниже сельдевый таран питается стаей копепод . Они плавают с широко открытым ртом и полностью раскрытыми жаберными крышками . [ требуется ссылка ]
Рыбы плавают в сетке, где расстояние между ними такое же, как длина прыжка их добычи, как показано на анимации выше справа. В анимации молодь сельди охотится на веслоногих рачков таким синхронным образом. Веслоногие рачки чувствуют своими усиками волну давления приближающейся сельди и реагируют быстрым прыжком для спасения. Длина прыжка довольно постоянна. Рыбы выстраиваются в сетку с этой характерной длиной прыжка. Веслоногий рачок может рвануть примерно 80 раз, прежде чем устанет. После прыжка ему требуется 60 миллисекунд, чтобы снова расправить свои усики, и эта задержка времени становится его гибелью, поскольку почти бесконечный поток сельди позволяет сельди в конечном итоге схватить веслоногих рачков. Одна молодая сельдь никогда не сможет поймать большого веслоногих рачков. [8]
Третье предполагаемое преимущество групп рыб заключается в том, что они выполняют репродуктивную функцию. Они обеспечивают расширенный доступ к потенциальным партнерам, поскольку поиск партнера в стае не требует много энергии. А для мигрирующих рыб, которые преодолевают большие расстояния для нереста, вполне вероятно, что навигация стаи, при участии всех членов стаи, будет лучше, чем та, которую осуществляет отдельная рыба. [4] [ нужна страница ]
Кормовая рыба часто совершает большие миграции между местами нереста, кормления и нагула. Стаи определенного стада обычно перемещаются в треугольнике между этими местами. Например, у одной стаи сельди нерест в южной Норвегии , место кормления в Исландии , а место нагула в северной Норвегии. Такие широкие треугольные перемещения могут быть важны, поскольку кормовая рыба во время кормления не может различать собственное потомство. [ требуется ссылка ]
Мойва — кормовая рыба семейства корюшковых , обитающая в Атлантическом и Северном Ледовитом океанах. Летом она питается густыми скоплениями планктона на краю шельфового ледника. Более крупная мойва также питается крилем и другими ракообразными . Мойва движется к берегу большими стаями, чтобы метать икру, и мигрирует весной и летом, чтобы питаться в богатых планктоном районах между Исландией , Гренландией и Ян-Майеном . На миграцию влияют океанские течения . Вокруг Исландии созревающая мойва совершает большие кормовые миграции на север весной и летом. Обратная миграция происходит в сентябре-ноябре. Нерестовая миграция начинается к северу от Исландии в декабре или январе. [22]
Эта теория утверждает, что группы рыб могут экономить энергию, когда плавают вместе, во многом так же, как велосипедисты могут тянуть друг друга в пелотоне . Гуси, летящие в форме V, также, как полагают, экономят энергию, летя в восходящем потоке вихря на кончиках крыльев, созданном предыдущим животным в форме. [23] [24] Повышение эффективности плавания в группах было предложено для стай рыб и антарктического криля . [ требуется ссылка ]
Казалось бы, разумно полагать, что регулярное расположение и однородность размеров рыб в стаях приведут к гидродинамической эффективности. [12] Хотя ранние лабораторные эксперименты не смогли обнаружить гидродинамические преимущества, создаваемые соседями рыб в стае, [19] считается, что повышение эффективности происходит в дикой природе. Более поздние эксперименты с группами рыб, плавающих в лотках, подтверждают это, при этом рыбы сокращают свои затраты на плавание на целых 20% по сравнению с тем, когда те же рыбы плавают в изоляции. [25] Ланда (1998) утверждал, что лидер стаи постоянно меняется, потому что, хотя нахождение в теле стаи дает гидродинамическое преимущество, лидер будет первым, кто получит пищу. [13] Более поздние работы показывают, что после того, как особи в начале стаи сталкиваются и потребляют больше пищи, они затем перемещаются дальше в пределах стаи из-за локомоторных ограничений, возникающих во время переваривания пищи. [26]
Обычно наблюдается, что стайные рыбы подвергаются особой опасности быть съеденными, если они отделены от стаи. [4] Было предложено несколько функций стай рыб против хищников .
Одним из потенциальных методов, с помощью которого косяки рыб могут помешать хищникам, является «эффект замешательства хищника», предложенный и продемонстрированный Милински и Хеллером (1978). [29] Эта теория основана на идее, что хищникам становится трудно выбирать индивидуальную добычу из групп, поскольку множество движущихся целей создают сенсорную перегрузку зрительного канала хищника. Выводы Милински и Хеллера были подтверждены как в эксперименте [30] [31] , так и в компьютерном моделировании. [32] [33] «Стайные рыбы имеют одинаковый размер и серебристый цвет, поэтому визуально ориентированному хищнику трудно выделить отдельную особь из массы извивающихся, сверкающих рыб, а затем иметь достаточно времени, чтобы схватить свою добычу, прежде чем она исчезнет в стае». [4]
Стайное поведение сбивает с толку орган боковой линии (LLO) , а также электросенсорную систему (ESS) хищников. [34] [35] [36] Движения плавников одной рыбы действуют как точечный источник волны, испуская градиент, по которому хищники могут его локализовать. Поскольку поля многих рыб будут перекрываться, стайность должна скрывать этот градиент, возможно, имитируя волны давления более крупного животного, и, скорее всего, сбивать с толку восприятие боковой линии. [34] LLO имеет важное значение на последних стадиях атаки хищника. [37] Электрорецепторные животные могут локализовать источник поля, используя пространственные неоднородности. Чтобы производить отдельные сигналы, отдельные жертвы должны находиться на расстоянии примерно пяти ширин тела друг от друга. Если объекты находятся слишком близко друг к другу, чтобы их можно было различить, они сформируют размытое изображение. [38] На основании этого было высказано предположение, что стайность может сбивать с толку ЭСС хищников. [34]
Третий потенциальный эффект скоплений животных против хищников — гипотеза «множества глаз». Эта теория утверждает, что по мере увеличения размера группы задача сканирования окружающей среды на предмет хищников может быть распределена между многими особями. Это массовое сотрудничество не только предположительно обеспечивает более высокий уровень бдительности, но и может дать больше времени для индивидуального питания. [39] [40]
Четвертая гипотеза о противохищническом эффекте косяков рыб — эффект «разбавления при столкновении». Эффект разбавления — это разработка безопасности в числах и взаимодействует с эффектом замешательства. [19] При определенной атаке хищник съест меньшую часть большой стаи, чем маленькой. [41] Гамильтон предположил, что животные объединяются из-за «эгоистичного» избегания хищника и, таким образом, это является формой поиска укрытия. [42] Другая формулировка теории была дана Тернером и Питчером и рассматривалась как комбинация вероятностей обнаружения и нападения. [43] В компоненте обнаружения теории предполагалось, что потенциальная добыча может выиграть, живя вместе, поскольку хищник с меньшей вероятностью случайно натолкнется на одну группу, чем на разбросанное распределение. В компоненте нападения считалось, что нападающий хищник с меньшей вероятностью съест конкретную рыбу, когда присутствует большее количество рыб. Подводя итог, можно сказать, что рыба имеет преимущество, если она находится в большей из двух групп, при условии, что вероятность обнаружения и нападения не увеличивается непропорционально размеру группы. [44]
Стайные кормовые рыбы подвергаются постоянным нападениям хищников. Примером могут служить нападения, которые происходят во время хода африканских сардин . Ход африканских сардин представляет собой впечатляющую миграцию миллионов серебристых сардин вдоль южного побережья Африки. С точки зрения биомассы ход сардин может соперничать с великой миграцией гну в Восточной Африке . [45] У сардин короткий жизненный цикл, они живут всего два или три года. Взрослые сардины, возрастом около двух лет, собираются на банке Агульяс , где они нерестятся весной и летом, выпуская десятки тысяч икринок в воду. Затем взрослые сардины сотнями косяков направляются к субтропическим водам Индийского океана . Более крупный косяк может быть 7 километров (4,3 мили) в длину, 1,5 километра (0,93 мили) в ширину и 30 метров (98 футов) в глубину. Огромное количество акул, дельфинов, тунцов, парусников, морских котиков и даже косаток собираются вместе и следуют за косяками, создавая ажиотаж вдоль береговой линии. [46]
При опасности сардины (и другие кормовые рыбы) инстинктивно группируются и создают огромные шары-приманки . Шары-приманки могут достигать 20 метров (66 футов) в диаметре. Они недолговечны, редко длятся дольше 20 минут. Икра рыб, оставленная на отмелях Агульяс, дрейфует на северо-запад по течению в воды у западного побережья, где личинки развиваются в молодь рыб. Когда они становятся достаточно взрослыми, они собираются в плотные косяки и мигрируют на юг, возвращаясь к отмелям Агульяс, чтобы перезапустить цикл. [46]
Развитие стайного поведения, вероятно, было связано с повышением качества восприятия, хищным образом жизни и механизмами сортировки по размеру для избежания каннибализма. [36] У предков, питающихся фильтрацией, до того, как развились зрение и октаволатеральная система (OLS), риск хищничества был ограничен и в основном из-за беспозвоночных хищников. Следовательно, в то время безопасность в численности, вероятно, не была основным стимулом для сбора в косяки или стаи. Развитие зрения и OLS позволило бы обнаруживать потенциальную добычу. Это могло привести к повышению потенциала каннибализма внутри косяка. С другой стороны, повышение качества восприятия дало бы мелким особям шанс убежать или никогда не присоединиться к стае с более крупной рыбой. Было показано, что мелкая рыба избегает присоединения к группе с более крупной рыбой, хотя крупная рыба не избегает присоединения к мелким особям своего вида. [47] Этот механизм сортировки, основанный на повышении качества восприятия, мог привести к однородности размера рыб в косяках, что увеличило бы способность к синхронному движению. [36]
Хищники разработали различные контрмеры, чтобы подорвать оборонительные маневры стайных и косячных групп кормовых рыб. Парусник поднимает свой парус, чтобы казаться намного больше, чтобы он мог пасти косяк рыб или кальмаров. Меч-рыба на высокой скорости прорывается через косяки кормовых рыб, рубя своими мечами, чтобы убить или оглушить добычу. Затем они поворачиваются и возвращаются, чтобы съесть свою «добычу». Лисьи акулы используют свои длинные хвосты, чтобы оглушить косяки рыб. Перед тем как напасть, акулы сжимают косяки добычи, плавая вокруг них и разбрызгивая воду хвостами, часто парами или небольшими группами. Лисьи акулы плавают кругами, чтобы загнать стайную добычу в компактную массу, прежде чем резко ударить ее верхней частью хвоста, чтобы оглушить ее. [48] [49] Акулы-спиннеры прорываются вертикально через косяки, вращаясь вокруг своей оси с открытым ртом и щелкая всем вокруг. В конце этих спиральных забегов акула часто благодаря импульсу взлетает в воздух. [50] [51]
Некоторые хищники, такие как дельфины, охотятся группами. Одним из методов, используемых многими видами дельфинов, является стадное поведение , когда стая контролирует косяк рыб, в то время как отдельные члены по очереди пробираются сквозь более плотную стаю и питаются ею (формация, обычно известная как приманочный шар ). Загон в загон — это метод, при котором рыбу загоняют на мелководье, где ее легче поймать. В Южной Каролине атлантический дельфин-афалина делает еще один шаг вперед, используя то, что стало известно как кормление на берегу, когда рыбу загоняют на илистые отмели и оттуда вытаскивают. [53]
Обычные дельфины-афалины наблюдались с использованием другой техники. Один дельфин действует как «водитель» и гонит косяк рыб к нескольким другим дельфинам, которые образуют барьер. Дельфин-водитель шлепает по своему хвостовому плавнику, что заставляет рыбу подпрыгивать в воздух. Когда рыба подпрыгивает, дельфин-водитель движется вместе с дельфинами-барьерами и ловит рыбу в воздухе. [52] Этот тип кооперативной специализации ролей, по-видимому, более распространен у морских животных , чем у наземных , возможно, потому, что океаны имеют большую изменчивость в разнообразии добычи, биомассе и подвижности хищников. [52]
Во время хода сардин около 18 000 дельфинов, ведущих себя как овчарки, сгоняют сардин в шары-приманки или загоняют их в загон на мелководье. Как только шары-приманки собраны, дельфины и другие хищники по очереди пробираются сквозь них, пожирая рыбу, пока она проносится сквозь них. Морские птицы также нападают на них сверху, стаи олуш , бакланов , крачек и чаек . Некоторые из этих морских птиц падают с высоты 30 метров (100 футов), ныряя в воду, оставляя за собой паровые следы, похожие на следы истребителей. [46] Олуши ныряют в воду со скоростью до 100 километров в час (60 миль в час). У них есть воздушные мешки под кожей на лице и груди, которые действуют как пузырчатая пленка , смягчая удар о воду.
Известно, что подгруппы популяций дельфинов-афалин в Мавритании занимаются межвидовой совместной рыбалкой с людьми-рыбаками. Дельфины гонят стаю рыб к берегу, где люди ждут их со своими сетями. В суматохе забрасывания сетей дельфины также ловят большое количество рыбы. Также наблюдались внутривидовые совместные методы добычи пищи, и некоторые предполагают, что это поведение передается через культурные средства. Ренделл и Уайтхед предложили структуру для изучения культуры у китообразных. [54]
Некоторые киты выпадают, чтобы поесть приманки. [55] Выпадное кормление — это экстремальный метод кормления, при котором кит ускоряется снизу приманки до высокой скорости, а затем открывает рот под большим углом. Это создает давление воды, необходимое для расширения его рта, чтобы поглотить и отфильтровать огромное количество воды и рыбы. Выпадное кормление огромных полосатиков считается крупнейшим биомеханическим событием на Земле. [56]
Стаи рыб плавают дисциплинированными фалангами, причем некоторые виды, такие как сельдь, способны подниматься и опускаться с впечатляющей скоростью, извиваясь так и этак и внося поразительные изменения в форму стаи, не сталкиваясь. Как будто их движения отрепетированы, хотя это не так. Должны быть очень быстрые системы реагирования, позволяющие рыбе делать это. Молодые рыбы отрабатывают методы стайного плавания парами, а затем в больших группах по мере созревания их методов и чувств. Поведение стайного плавания развивается инстинктивно и не передается от более взрослых рыб. Чтобы стайное плавание происходило так, как они это делают, рыбам требуются сенсорные системы, которые могут быстро реагировать на небольшие изменения в их положении относительно соседа. Большинство стай теряют свои способности к стайному плаванию с наступлением темноты и просто сбиваются в стаю. Это указывает на то, что зрение важно для стайного плавания. О важности зрения также свидетельствует поведение рыб, которые временно ослепли. У стайных видов глаза расположены по бокам головы, что означает, что они могут легко видеть своих соседей. Кроме того, стайные виды часто имеют «стайные метки» на плечах или основании хвоста, или визуально заметные полосы, которые обеспечивают ориентиры при стайном образе жизни, [57] аналогичные по своей функции пассивным маркерам в искусственном захвате движения. Однако рыбы без этих маркеров все равно будут участвовать в стайном поведении, [58] хотя, возможно, не так эффективно. [ необходима цитата ]
Также используются и другие чувства. Феромоны или звук также могут играть свою роль, но подтверждающих доказательств пока не найдено. Боковая линия — это линия, проходящая вдоль каждой стороны рыбы от жаберных крышек до основания хвоста. В лабораторных экспериментах боковые линии стайных рыб удалялись. Они подплывали ближе, что привело к теории о том, что боковые линии обеспечивают дополнительный стимул, когда рыба подходит слишком близко. [57] Система боковой линии очень чувствительна к изменениям течения воды и вибрации в воде. Она использует рецепторы, называемые невромастами , каждый из которых состоит из группы волосковых клеток. Волоски окружены выступающей желеобразной купулой , обычно длиной от 0,1 до 0,2 мм. Волосковые клетки в боковой линии похожи на волосковые клетки внутри внутреннего уха позвоночных, что указывает на то, что боковая линия и внутреннее ухо имеют общее происхождение. [4]
Трудно наблюдать и описывать трехмерную структуру реальных косяков рыб из-за большого количества вовлеченных рыб. Методы включают использование последних достижений в акустике рыболовства . [59]
Параметры, определяющие косяк рыбы, включают в себя:
Наблюдательный подход дополняется математическим моделированием стай. Наиболее распространенные математические модели стай предписывают отдельным животным следовать трем правилам:
Примером такого моделирования является программа boids, созданная Крейгом Рейнольдсом в 1986 году. [65] Другой пример — модель самодвижущихся частиц, представленная Вичеком и др. в 1995 году [66] Многие современные модели используют вариации этих правил. Например, многие модели реализуют эти три правила через слоистые зоны вокруг каждой рыбы.
Форма этих зон обязательно будет зависеть от сенсорных возможностей рыбы. Рыба полагается как на зрение, так и на гидродинамические сигналы, передаваемые через ее боковую линию . Антарктический криль полагается на зрение и на гидродинамические сигналы, передаваемые через его антенны .
В магистерской диссертации, опубликованной в 2008 году, Моши Чарнелл смоделировал поведение в школе, не используя компонент соответствия выравниванию поведения индивидуума. [67] Его модель сводит три основных правила к следующим двум правилам:
В статье, опубликованной в 2009 году, исследователи из Исландии рассказывают о применении модели взаимодействующих частиц к популяции мойвы вокруг Исландии, успешно предсказав маршрут нерестовой миграции на 2008 год. [68]
Чтобы понять, почему у животных развивается роевое поведение , ученые обратились к эволюционным моделям, которые имитируют популяции эволюционирующих животных. Обычно эти исследования используют генетический алгоритм для имитации эволюции на протяжении многих поколений в модели. Эти исследования изучили ряд гипотез, объясняющих, почему у животных развивается роевое поведение, таких как теория эгоистичного стада , [69] [70] [71] [72] эффект замешательства хищника, [33] [73] эффект разбавления, [74] [75] и теория многих глаз. [76]
В 2009 году, опираясь на последние достижения в области акустической визуализации, [59] [77] группа исследователей Массачусетского технологического института впервые наблюдала «образование и последующую миграцию огромного косяка рыб». [78] Результаты дают первое полевое подтверждение общих теорий о том, как ведут себя большие группы, от стай саранчи до стай птиц . [79]
Исследователи сфотографировали нерест атлантической сельди у берега Джорджес-Бэнк . Они обнаружили, что рыбы собираются вместе из более глубоких вод вечером, сбиваясь в косяки беспорядочным образом. Цепная реакция запускается, когда плотность популяции достигает критического значения, как волна зрителей, перемещающаяся по спортивному стадиону. Затем происходит быстрый переход, и рыбы становятся сильно поляризованными и синхронизированными, как стайные рыбы. После перехода косяки начинают мигрировать, простираясь до 40 километров (25 миль) через океан, к мелководным частям берега. Там они нерестятся ночью. Утром косяки рыб снова возвращаются в более глубокие воды, а затем распадаются. Также были обнаружены небольшие группы лидеров, которые значительно повлияли на гораздо более крупные группы. [79]
Косяки рыб сталкиваются с решениями, которые они должны принять, если они хотят оставаться вместе. Например, решение может заключаться в том, в каком направлении плыть при столкновении с хищником, в каких районах останавливаться и искать корм, или когда и куда мигрировать. [80]
Ощущение кворума может функционировать как коллективный процесс принятия решений в любой децентрализованной системе . Реакция кворума была определена как «резкое увеличение вероятности того, что члены группы будут выполнять заданное поведение, как только будет превышено пороговое минимальное количество их товарищей по группе, уже выполняющих это поведение». [81] Недавнее исследование показало, что небольшие группы рыб использовали консенсусное принятие решений при принятии решения о том, какой модели рыбы следовать. Рыбы делали это с помощью простого правила кворума, так что особи наблюдали за решениями других, прежде чем принимать свои собственные решения. Этот метод обычно приводил к «правильному» решению, но иногда каскадно перерастал в «неправильное» решение. Кроме того, по мере увеличения размера группы рыбы принимали более точные решения, следуя более привлекательной модели рыбы. [82] Таким образом , консенсусное принятие решений, форма коллективного интеллекта , эффективно использует информацию из нескольких источников, чтобы в целом прийти к правильному выводу. Такое поведение также было продемонстрировано в поведении стай трехиглых колюшек . [81]
Другие открытые вопросы поведения стаи включают определение того, какие особи отвечают за направление движения стаи. В случае миграционного движения большинство членов стаи, по-видимому, знают, куда они направляются. Наблюдения за поведением в поисках пищи содержащихся в неволе золотистых чешуйниц (вид пескаря ) показали, что они образуют стаи, которыми руководит небольшое количество опытных особей, которые знают, когда и где доступна еда. [83] Если все золотистые чешуйницы в стае имеют схожие знания о доступности пищи, есть несколько особей, которые все равно становятся естественными лидерами (чаще находясь впереди), и поведенческие тесты показывают, что они от природы смелее. [84] Более мелкие золотистые чешуйницы, по-видимому, более охотно находятся в передней части стаи, чем более крупные, возможно, потому что они голоднее. [85] Наблюдения за плотвой показали, что особи, испытывающие нехватку пищи, как правило, находятся в передней части стаи, где они получают больше пищи [86] [87], но где они также могут быть более уязвимы для хищников, нападающих из засады. [88] Особи, которые опасаются хищников, как правило, ищут более центральные позиции в стае. [89]
Экспериментальные исследования предпочтений косяков относительно легко выполнить. Аквариум, содержащий выбирающую рыбу, зажат между двумя аквариумами, содержащими разные косяки, и предполагается, что выбирающая рыба проводит больше времени рядом с той косяком, которую она предпочитает. Исследования такого рода выявили несколько факторов, важных для предпочтения косяков. [ необходима цитата ]
Рыбы обычно предпочитают более крупные косяки. [90] [91] Это имеет смысл, так как более крупные косяки обычно обеспечивают лучшую защиту от хищников. Действительно, предпочтение более крупных косяков кажется сильнее, когда хищники находятся поблизости, [92] [93] или у видов, которые больше полагаются на косяки, чем на броню тела против хищников. [94] Более крупные косяки также могут быстрее находить пищу, хотя эту пищу придется делить между большим количеством особей. Конкуренция может означать, что голодные особи могут предпочесть более мелкие косяки или проявить меньшее предпочтение очень большим косякам, как показано на примере колюшек. [95] [96]
Рыбы предпочитают держаться стаями с представителями своего вида. Иногда несколько видов могут смешиваться в одной стае, но когда хищник сталкивается с такими стаями, рыбы перестраиваются так, что каждая особь оказывается ближе к представителям своего вида. [97]
Рыбы, как правило, предпочитают косяки, состоящие из особей, соответствующих их собственному размеру. [98] [99] [100] Это имеет смысл, поскольку хищникам легче ловить особей, которые выделяются в косяке. Некоторые рыбы могут даже предпочесть косяки другого вида, если это означает лучшее соответствие по текущему размеру тела. [101] Однако, что касается размера косяка, голод может повлиять на предпочтение рыб схожего размера; например, крупные рыбы могут предпочесть объединяться с более мелкими из-за конкурентного преимущества, которое они получат по сравнению с этими сородичами. У золотистого финвала крупные сытые рыбы предпочитают объединяться с другими крупными особями, но голодные предпочитают более мелких сородичей. [102]
Рыбы предпочитают собираться в стаи с особями, с которыми выбирающая рыба уже знакома. Это было продемонстрировано на примере гуппи , [103] [104] трехиглой колюшки , [105] полосатой киллифи , [106] серф-окуня Embiotoca jacksoni , [107] мексиканской тетры , [108] и различных пескарей. [109] [110] Исследование с участием пескаря White Cloud Mountain также показало, что выбирающие рыбы предпочитают собираться в стаи с особями, которые питались тем же, что и они сами. [111]
Было показано, что колюшки и киллифиши предпочитают косяки, состоящие из здоровых особей, а не из зараженных паразитами, на основании визуальных признаков паразитизма и ненормального поведения зараженных рыб. [112] [113] [114] [115] Данио-рерио предпочитают косяки, состоящие из хорошо накормленных (с большей шириной желудка) рыб, а не из лишенных пищи. [116]
Трехиглая колюшка предпочитает присоединяться к стае, состоящей из смелых особей, а не из робких. [117] Рыбы-ангелы предпочитают стаи, состоящие из подчиненных, а не из доминирующих особей. [118] Европейский гольян может различать стаи, состоящие из хороших и плохих конкурентов, даже при отсутствии очевидных признаков, таких как различия в агрессивности, размере или скорости питания; они предпочитают объединяться со слабыми конкурентами. [119] Все это предполагает стратегию добычи пищи, поскольку более смелые особи должны с большей вероятностью находить пищу, в то время как подчиненные будут составлять меньшую конкуренцию за обнаруженную пищу. [ необходима цитата ]
Рыбы предпочитают присоединяться к косякам, которые активно питаются. [120] [121] Золотистый фингал также может обнаруживать упреждающую активность косяков, которые ожидают скорого кормления, и предпочтительно присоединяться к таким косякам. [122] Данио-рерио также выбирают косяки, которые более активны. [123]
Стайное поведение рыб эксплуатируется в промышленных масштабах коммерческой рыболовной промышленностью. Огромные суда- сейнеры используют самолеты-корректировщики для обнаружения стаи рыб, такой как тунец, треска, скумбрия и кормовая рыба. Они могут захватывать огромные косяки, быстро окружая их сетями-неводами с помощью быстрых вспомогательных лодок и сложного сонара, который может отслеживать форму косяка. [ необходима цитата ]
Рыбы-кузнецы живут в свободных косяках. У них симбиотические отношения с паразитирующими рыбами-сеноритами. Когда они сталкиваются со стаей рыб-сенорит, они останавливаются, образуют плотный шар и висят вверх ногами (на фото), каждая рыба ждет своей очереди, чтобы ее очистили. Рыбы-сенориты собирают мертвые ткани и внешних паразитов, таких как паразитические копекоды и изокоды, с кожи других рыб. [ требуется ссылка ]
Некоторые косяки практикуют поведение толпы . Например, синежаберники образуют большие гнездовые колонии и иногда нападают на щелкающих черепах . Это может быть сделано для того, чтобы объявить о своем присутствии, отогнать хищника с этой территории или помочь в культурной передаче распознавания хищника. [124]
Пираньи имеют репутацию бесстрашных рыб, которые охотятся свирепыми стаями. Однако недавние исследования, которые «начинались с предпосылки, что они собираются в стаи для совместной охоты», обнаружили, что на самом деле они довольно пугливые рыбы, как и другие рыбы, которые собираются в стаи для защиты от своих хищников, таких как бакланы, кайманы и дельфины. Пираньи «в основном как обычные рыбы с большими зубами». [125]
Кальмары Гумбольдта — крупные плотоядные морские беспозвоночные, которые передвигаются стаями до 1200 особей. Они плавают со скоростью до 24 километров в час (15 миль в час или 13 узлов), движимые водой, выбрасываемой через сифон , и двумя треугольными плавниками. Их щупальца несут присоски, усеянные острыми зубами, которыми они хватают добычу и тянут ее к большому острому клюву. В течение дня кальмары Гумбольдта ведут себя подобно мезопелагическим рыбам , обитающим на глубине от 200 до 700 м (от 660 до 2300 футов). Электронное мечение показало, что они также совершают суточные вертикальные миграции , которые приближают их к поверхности от заката до рассвета. [126] Они охотятся у поверхности ночью, пользуясь темнотой, чтобы использовать свое острое зрение для добычи более обильной добычи. Кальмары питаются в основном мелкой рыбой , ракообразными , головоногими и веслоногими , и охотятся на свою добычу кооперативным образом, что является первым наблюдением такого поведения у беспозвоночных. [127] Кальмары Гумбольдта также известны тем, что быстро пожирают более крупную добычу, когда кооперативно охотятся группами. Кальмары Гумбольдта известны своей скоростью в поедании пойманной рыбы, акул и кальмаров, даже из своего собственного вида и косяка, [128] и, как известно, нападают на рыбаков и дайверов. [129]