Ученые напугали рыб роботами. Снова

Американские ученые использовали контролируемые реплики рыб-хищников с целью изучить поведение данио-рерио во время ухода от преследования. Проведя анализ энтропии переноса, они выявили различия в процессах передачи информации между хищником и добычей и хищником-репликой и добычей. Статья с исследованием опубликована в журнале Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science.

Энтропия переноса  – это статистический метод, направленный на измерение потока информации, которая передается между двумя случайными процессами. Он используется в нейронауках для изучения функциональных связей между отделами головного мозга и для анализа взаимодействий в социальных сетях. Энтропия переноса также используется при изучении поведения животных при воздействии на них внешних стимулов: приближения хищника, общения с сородичами или обнаружения пищи. Например, этот метод использовали для анализа траектории полета летучих мышей, который был проведен с целью выяснить предпочтительное место вожака при перемещении в стае, а также для изучения перемещений рыб при угрозе нападения хищника. Применение такого метода, однако, осложняется невозможностью полностью контролировать внешний стимул, воздействие которого изучается.

Авторы нового исследования использовали метод энтропии переноса для изучения поведения рыб данио-рерио (Danio rerio) при встрече с хищником. С целью полного контроля над воздействием внешнего стимула в роли хищника были использованы как живые представители глазчатых астронотусов (Astronotus ocellatus), так и их управляемые модели-реплики. Стоит отметить, что один из авторов этого исследования ранее уже изучал реакцию рыб данио-рерио на присутствие роботов-хищников.


Каждая из 40 использованных в эксперименте рыбок данио-рерио была помещена в аквариум с управляемой вращающейся конструкцией, к которой крепилась реплика астронотуса. Ученые протестировали поведение рыб в четырех условиях:

  • преследование реальным хищником;

  • преследование хищником-репликой;

  • работа вращающейся конструкции без прикрепленной к ней реплике;

  • выключенная вращающаяся конструкция.

Для обеспечения безопасности данио-рерио экспериментальная среда была разделена на две части: внутренний и внешний аквариум. Анализ траектории движения рыбы во время работы вращающейся конструкции без использования реплики был проведен с целью исключить возможность влияния сторонних шумов на передачу информационного процесса.

Проведя анализ энтропии переноса информационного потока между данио-рерио и роботом-репликой астронотуса, ученые выяснили, что передача информации является одноканальной: стимул (робот-хищник) дает сигнал о том, что он начинает охоту, и о направлении своего движения. Данио-рерио принимает сигнал и ищет пути отступления.

Анализ энтропии переноса движений данио-рерио во время преследования живым астронотусом показал изменение информационного потока: выбрав траекторию своего движения, рыба передает сигнал преследованию, который, в свою очередь, пытается адаптировать траекторию своего движения. Это приводит к циклической передаче сведений: стоит одному участнику преследования изменить направление, другой сразу же регулирует свою траекторию.

Исследователи также выяснили, что данио-рерио гораздо меньше (p < 0,05) двигались во время преследования хищника-реплики. Ученые объяснили это тем, что данио-рерио склонна останавливаться для осмотра своего преследователя, если она не получает от него сигнала для дальнейшей корректировки движения.

Это исследование показывает практическую пользу применения метода анализа энтропии переноса для изучения отношений между преследователем и его добычей. Использование подобных автоматических конструкций, по их мнению, может также помочь в изучении поведения рыб в лабораторных условиях.

Один из авторов этого исследования, профессор Маурицио Порфири, ранее уже изучал реакцию рыб данио-рерио на присутствие роботов-хищников. Тогда ученые отметили более выраженную реакцию страха в случае с роботом. Также в другой нашей заметке вы можете прочитать об использовании роботов при изучении муравьев.

Елизавета Ивтушок



Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.