Полвека мифов развенчано: новые исследования учёных из Принстона и Гарварда перевернули давнее представление о том, как рыбы организуются в косяки. Вопреки устоявшейся теории о плоском ромбовидном построении, оказалось, что рыбьи стаи выстраиваются в трехмерную структуру, напоминающую лестницу — и делают это с минимальными усилиями.
Почему все думали про ромб?
Ещё с 1970-х годов существовало мнение, что рыбы для экономии энергии выстраиваются в ромбовидные формации. Модели и эксперименты поддерживали эту гипотезу, но были ограничены двухмерной визуализацией. Основная причина — технические сложности: зафиксировать точное 3D-движение нескольких рыб одновременно с разных углов раньше было попросту невозможно.
Что изменилось?
Прорыв стал возможен благодаря адаптации программного обеспечения компьютерного зрения. Команда под руководством профессора робототехники Радхики Нагпал использовала новую технологию отслеживания движений в трехмерном пространстве, ранее применявшуюся для наблюдений за отдельными животными.
В сотрудничестве с биологом Джорджем Лаудером исследователи проанализировали поведение шести гигантских данио, которые плавали в течение 10 часов в резервуаре с регулируемым течением. С помощью новой системы были собраны первые полноценные 3D-данные о движении рыб в косяке.
Результаты оказались неожиданными: в 79% случаев рыбы выстраивались не в плоский ромб, как предсказывали модели, а в объемную «лестницу». Такая формация напоминает эшелонную структуру, как у группы истребителей в полете.
«Во время плавания рыба создает реактивную струю, направленную назад — словно миниатюрный самолёт», — объясняет ведущий автор исследования, научный сотрудник Принстонского университета Хунгтанг Ко. — «Лестничная структура позволяет избежать прямого попадания в турбулентные потоки друг друга, сохраняя энергетическую выгоду без необходимости строго синхронизировать движение в одной плоскости».
Это открытие важно не только для биологов, но и для инженеров. Лаборатория профессора Нагпал уже работает над созданием подводных ройных роботов, вдохновлённых рыбами. Понимание природных паттернов движения поможет создать энергосберегающие и маневренные устройства, способные исследовать морское дно, рифы и водорослевые леса.
«Это исследование — пример взаимного обогащения биологии и инженерии», — говорит Ко. — «Мы учимся у природы и одновременно ищем способы применить эти знания в реальных роботизированных системах».
По материалам: Принстонского университета
