Рыбам, перемещающимся косяками, может помочь динамика, схожая с той, которую используют велогонщики-олимпийцы, соревнующиеся в настоящее время во Франции, которые экономят энергию, группируясь в формации, защищающие их от неблагоприятных встречных ветров.
В исследовании, опубликованном в журнале PLOS Biology, ученые предлагают новую «гипотезу турбулентного укрытия» для описания движения рыб. Она предполагает, что, подобно велосипедистам, рыбы также могут экономить значительное количество энергии, плавая стаями через бурные воды, в отличие от движения поодиночке.
«Гипотеза защиты от турбулентности ранее не предлагалась, поэтому это исследование является первым, которое и предлагает, и проверяет ее», — говорит ведущий автор исследования Янфань Чжан, зоолог из Гарвардского университета. «В течение многих лет не было никаких существенно новых идей о том, почему рыбы в частности могут собираться в стаи и перемещаться как коллективная группа. Гипотеза защиты от турбулентности дает новую идею о том, почему рыбы могут получить энергетическое преимущество, перемещаясь как стая».
Так же, как велосипедисты защищают друг друга от ветра, ученые думали, что косяки рыб могут защищать друг друга от разрушительных водных потоков и в конечном итоге экономить энергию. Чтобы проверить это, они построили то, что Катрина Миллер из New York Times называет «водной беговой дорожкой» для гигантских рыб данио: резервуар с пропеллером для управления потоком воды, высокоскоростные камеры для наблюдения за их движениями и респирометр для измерения потребления ими кислорода — другими словами, сколько энергии они используют.
«Если вы хотите измерить потребление кислорода человеком, бегущим на беговой дорожке, то вы надеваете маску на лицо человека», — говорит Чжан. «Но надеть маску на рыбу действительно сложно».
Ученые пришли к выводу, что когда гигантские данио плавали группами по восемь особей в бурных водах, рыбы тратили на 79 процентов меньше энергии, чем когда плавали поодиночке в тех же условиях. Они также заметили, что стайные рыбы тратили одинаковое количество энергии, когда плавали в бурных водах, и когда плавали в спокойных водах — они просто группировались теснее, когда условия становились тяжелыми. С другой стороны, одиночные рыбы тратили на 22 процента больше энергии в бурных водах, сильно ударяя хвостами, чтобы поддерживать ту же скорость, что и в спокойных водах.
«Мы показываем, что нахождение рыбы в стае существенно снижает энергетические затраты при плавании в турбулентной среде по сравнению с плаванием в одиночку», — говорят авторы в своем заявлении.
Этот вывод «не совсем шокирует», — говорит биолог из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл Тай Хедрик, не принимавший участия в исследовании. «В конце концов, чтобы быть выброшенным из-за турбулентности в воде, вероятно, потребуется дополнительная энергия». Больше всего его удивило то, что стая гигантских данио тратит одинаковое количество энергии как в бурных, так и в спокойных водах.
Чжан рассказал, что рыбы, перемещающиеся стаями, получают «ощутимые преимущества» в условиях турбулентности, что в конечном итоге говорит о том, что некоторые рыбы эволюционировали, чтобы жить группами, что способствует более эффективному плаванию.
Результаты могут потенциально способствовать созданию более подходящих мест обитания рыб, особенно когда речь идет о защите исчезающих видов и предотвращении вторжения инвазивных. Исследователи даже предполагают, что исследование может вдохновить на создание новых энергосберегающих транспортных средств или беспилотников, как подводных, так и воздушных.
«Есть что-то действительно объединяющее в принципе, который происходит во всей биологии», — говорит Чжан. «Мы можем многому научиться у природы».
