Die Untersuchung kollektiver Bewegungen in Zebrafischschwärmen könnte das Verständnis aktiver Systeme vertiefen

Aktive Systeme weisen eine große Bandbreite komplexer und faszinierender Verhaltensweisen auf, von denen viele noch nicht vollständig verstanden sind. Sie kommen auf einer Skala von Mikroben und selbstantreibenden Partikeln bis hin zu großen Fisch-, Vogel- und Säugetiergruppen vor und bestehen aus vielen Einzelteilen, die jeweils Energie aus ihrer Umgebung in Bewegung umwandeln.

Durch neue Analysen veröffentlicht In Das European Physical Journal EAntonio Romaguera und Mitarbeiter der Rural Federal University von Pernambuco, Brasilien, haben tiefere Einblicke in die kollektiven Bewegungen von Zebrafischschwärmen gewonnen: aktive Systeme, in denen sich mehrere Fische gemeinsam in die gleiche Richtung bewegen können. Die Entdeckungen des Teams könnten Forschern helfen, die einzigartigen Eigenschaften aktiver Materie besser zu verstehen und zu verstehen, wie komplexe Verhaltensweisen auf verschiedenen Skalen entstehen und sich entwickeln.

Als Einzeltiere steigern Zebrafische die Effizienz ihrer Bewegungen durch sporadische Schwanzbewegungen, gefolgt von längeren Ruhephasen. Wenn sie in großen Gruppen schwimmen, koordinieren diese Fische ihre sporadischen Bewegungen, während sie miteinander kommunizieren, was zu komplexen und interessanten Mustern führt.

Zu diesen Mustern gehören „polarisierte Gruppen“, die entstehen, wenn Gruppen von Fischen innerhalb eines Schwarms in die gleiche Richtung schwimmen. Mithilfe mathematischer Beziehungen, die als „Polarisationszeitreihen“ (PTS) bezeichnet werden, können Forscher beschreiben, wie sich diese kollektiven Bewegungen im Laufe der Zeit entwickeln.

In ihrer Studie untersuchten Romaguera und seine Mitarbeiter dieses Verhalten bei einer Gruppe von Zebrafischen, die in einem runden Becken eingesperrt waren. Während sie die Fische beobachteten, entdeckten sie ein charakteristisches Muster im PTS, das je nach Belegung des Beckens variierte.

Bei geringerer Zebrafischdichte stellte das Team fest, dass das PTS „multifraktal“ wurde: Das heißt, dass polarisierte Gruppen innerhalb derselben Fischgruppe auf verschiedenen Skalen unterschiedliche Komplexitätsgrade der Struktur aufwiesen. Bei höherer Dichte wurde das PTS jedoch „monofraktal“ – es zeigte ein einheitliches Verhalten auf verschiedenen Skalen.

Das Forscherteam hofft nun, dass diese Entdeckung unser Verständnis vom Verhalten aktiver Systeme in einer größeren Bandbreite von Szenarien vertiefen könnte.