Рыбы, плавающие вместе, лучше справляются с турбулентностью воды

Группы рыб дают урок одиночным путешественникам — они тратят на 79 процентов меньше энергии.

Стайные рыбы, включая зебровых рыбок , радужных рыбок и опа/лунных рыбок, предпочитают держаться вместе в открытом море. Ученые считают, что передвижение стаями имеет множество эволюционных преимуществ , но также может быть более выгодно для их общего перемещения . Кроме того, им, возможно, легче плавать в более бурных водах океана, чем тем, кто передвигается поодиночке. Результаты исследования описаны в статье, опубликованной 6 июня в журнале открытого доступа PLOS Biology .

Передвижение — способ перемещения животных с одного места на другое — имеет решающее значение для нескольких аспектов их поведения. Различные движения необходимы в периоды миграции , размножения и кормления. Многие виды имеют различные адаптации, позволяющие сделать передвижение более эффективным и компенсировать недостаток движения. Рыбы имеют обтекаемое тело, создающее минимальное сопротивление в воде, чешую, обеспечивающую гибкие движения и физическую защиту, и жабры, извлекающие кислород.

«Передвижение в окружающей среде — одна из определяющих особенностей животных. Однако окружающая среда может быть очень сложной, с множеством препятствий, и животные часто сталкиваются с трудными условиями, которые увеличивают затраты на передвижение», — рассказали изданию Popular Science соавторы исследования и эволюционные биологи Янфан Чжан и Джордж Лаудер из Гарвардского университета .

Ученые из разных областей предложили несколько гипотез о том, почему коллективные перемещения животных приносят пользу. Это может повышать успех в спаривании, помогать им избегать хищников или облегчать общение животных при поиске пищи. 

В этом исследовании команда выдвигает новую гипотезу о навигации в более сложных водах. Их гипотеза о защите от бурных течений предполагает, что передвижение косяками позволяет рыбам защищать друг друга от более сильных водных потоков. 

«Гипотеза о защите от турбулентности ранее не предлагалась, поэтому это исследование — первое, в котором она и выдвинута, и проверена», — говорит Чжан. «В течение многих лет не было никаких существенно новых идей о том, почему рыбы, в частности, могут собираться в стаи и передвигаться коллективно. Гипотеза о защите от турбулентности предлагает новую идею о том, почему рыбы могут получать энергетическое преимущество, передвигаясь стаей».

Чтобы проверить эту гипотезу, команда провела эксперименты с гигантскими данио ( Devario aeqipinnatus ). Эти виды карпов обычно плавают косяками и имеют длину всего около 2,5-5 см, несмотря на превосходное значение в их названии. Команда наблюдала за данио, плавающими поодиночке или группами по восемь особей как в бурной, так и в более спокойной воде. Высокоскоростные камеры фиксировали движения животных во время плавания, и команда одновременно измеряла частоту дыхания и расход энергии рыб.

Исследователи обнаружили, что стайные рыбы тратили до 79 процентов меньше энергии при плавании в бурной воде по сравнению с плаванием в одиночку. Также стайные рыбы собирались ближе друг к другу в бурной воде по сравнению с более спокойными течениями. Одиночным рыбам приходилось сильнее бить хвостом, чтобы поддерживать ту же скорость в более бурных течениях.

Этот вид активности чем-то похож на то, как профессиональные велосипедисты во время триатлона используют эффект аэродинамического сопротивления , чтобы уменьшить сопротивление воздуха. 

«Существенное различие между людьми в триатлоне или велосипедистами, движущимися друг за другом и получающими выгоду от уменьшения потока (так называемого следа сопротивления), заключается в том, что рыбы ускоряют поток позади себя», — говорит Чжан. «Предыдущие исследования показали, что рыбы могут даже извлекать выгоду из следа тяги (увеличения скорости потока жидкости). Рыбы движутся в жидкости несколько изящнее, чем люди».

Полученные результаты подтверждают гипотезу о защите от турбулентности, указывая на то, что эффективность передвижения могла быть движущим фактором эволюции стайного поведения у рыб. 

«Самое удивительное в этом исследовании — это значительные преимущества, которые дает движение в группе, когда рыбы плавают в условиях турбулентности», — говорит Чжан. «Плавать стаей гораздо, гораздо лучше, если течение в окружающей среде турбулентное и сложное, чем плавать в одиночку.  В будущих экспериментах команда планирует провести исследования, чтобы понять, какие конкретные механизмы позволяют отдельным животным экономить энергию при движении в группе. Эти данные в целом ценны для понимания экологии рыб и основ гидродинамики . Они также потенциально могут быть применены к проектированию и поддержанию местообитаний, предназначенных для сохранения охраняемых видов рыб или для предотвращения распространения более инвазивных видов».

Laura Baisas “Fish swimming together fare better in turbulent waters”

Перевод статьи «Fish swimming together fare better in turbulent waters» автора Laura Baisas, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык

Фото: Плавание косяками может помогать некоторым рыбам уклоняться от хищников, координировать охоту и даже противостоять турбулентности воды. Deposit Photos