Создание волн как способ избегания клювов

Коллективное поведение животных часто проявляется в завораживающих визуальных образах роящихся насекомых, стай птиц в полете и косяков рыб, пульсирующих под водой как единое целое. Теперь исследователи сообщают, что они нашли возможную причину необычного проявления коллективного поведения косяков рыб в серных источниках в Мексике: отпугивание хищников. Результаты исследования появились 22 декабря в журнале Current Biology.

Автор исследования, поведенческий эколог Лейбницкого института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства Джулиана Лукас объяснила изданию The Scientist, что серные молли(Poecilia sulphuraria) собираются в большие косяки у поверхности источников с низким содержанием кислорода, чтобы избежать гипоксии. Там они готовы к нападению хищников, таких как зимородки, питанги и другие птицы. При появлении угрожающего раздражителя эти "рыбные ковры", как их называет Лукас, неоднократно волнообразно взмучивают воду, ныряя вниз на несколько секунд, что побуждает их соседей подражать их поведению. Ученые решили выяснить, почему.

Команда создала привлекательные охотничьи насесты вблизи рыбных косяков, с которых хищные птицы могли наблюдать за рыбами и нападать на них. В период с апреля 2017 по 2018 год исследователи сняли на видео более 940 нападений птиц на косяки. Соавтор исследования Йенс Краузе, поведенческий эколог также из Института Лейбница, пишет в электронном письме The Scientist, что "нам нужно было отслеживать поведение рыб, чтобы измерить скорость и размер рыбных волн. Это потребовало сложных алгоритмов машинного обучения". Ученые также измерили количество волн, произведенных в ответ на атаку, а также время ожидания между атаками одной и той же птицы. Наконец, они отслеживали успех атаки - действительно ли птица поймала рыбу.

"Вначале мы просто документировали то, что происходит на самом деле. Какие хищники вызывают волны? Когда мы это видим? Какие колебания происходят в системе и какова динамика?" - говорит Лукас, которая вспоминает, что каждое утро по прибытии к серным источникам ее окружал запах тухлых яиц. "Но чтобы действительно точно определить, что волнообразное поведение молли не просто коррелирует с хищниками, а действительно вызвано их присутствием, нам действительно нужен был эксперимент".

На втором этапе исследования команда сосредоточилась на изучении влияния поведения волн на одного хищника – большую питангу(Pitangus sulphuratus). Они выбрали эту птицу, потому что она охотится "небольшими размашистыми атаками, при которых они фактически не ударяются о воду", - объясняет Лукас, - и поэтому обычно не вызывает волнового поведения у рыб. Это позволило исследователям наблюдать за ее поведением как при экспериментальном наличии, так и при отсутствии волн молли. "В нашей системе мы смогли отделить волны от настоящего хищника и показать, что происходит без волн и с ними", - говорит она. Они также сравнили поведение питанги с поведением зимородка(Chloroceryle americana), зафиксированным на первом этапе полевых наблюдений.

После того, как исследователи убедились, что птица питанга присутствует на охотничьем насесте у серного источника, они дождались нападения одной птицы, а затем экспериментально вызвали волны у серных молли, используя выстрел из пращи, чтобы запустить в косяк небольшой круглый предмет, такой как горошина или M&Ms, имитируя последующее нападение. Они также произвели контрольные выстрелы в воду вдали от косяка, которые не вызвали волн у молли.

Птица зимородок(Chloroceryle americana) с серной молли

Видеозаписи исследователей показали, что экспериментальные выстрелы вызывали волны, сходные по количеству, размеру и скорости с волнами, наблюдавшимися в первоначальных полевых наблюдениях при нападении зимородков. После того, как волны были созданы, среднее время ожидания между нападениями для питанг и зимородков удвоилось, что говорит о том, что волны могут побудить хищников отложить следующее нападение. Более того, когда птицы видели большее количество экспериментально вызванных волн, интервалы между их атаками увеличивались, а вероятность успешно поймать рыбу уменьшалась по сравнению с контрольными экспериментами, в которых волны не создавались. Питанги также увеличивали частоту смены охотничьих насестов, когда волны были более частыми.

Лукас рассказала что, хотя команда не может подтвердить адаптивную цель этого волнообразного поведения, исследователи подозревают, что волны - это нечто большее, чем простой механизм бегства для молли. Как пишет Краузе, серные молли могут оставаться под водой от 30 до 40 секунд, но в волнах они ныряют лишь на одну десятую этого времени. "Если бы это было чисто спасательное поведение, они бы не стали добровольно возвращать себя в зону досягаемости хищника, возвращаясь на поверхность раньше, чем нужно".

Авторы пишут в статье, что помимо побега есть еще одна возможность, которая заключается в том, что волновое поведение служит сигналом для хищника, что рыба заметила его и поэтому не будет легко поймана. Краузе полагает, что целью волн может быть сочетание "бегства, запутывания хищника и подачи сигнала. Бегство почти наверняка развилось первым, а остальные - вторым". Лукас добавляет, однако, что запутать хищника в качестве причины было бы очень сложно.

Джеймс Герберт Рид, поведенческий эколог из Кембриджского университета, не участвовавший в исследовании, написал в электронном письме The Scientist, что исследование не раскрывает, являются ли поверхностные волны адаптивными в том смысле, что они снижают индивидуальный риск хищничества. "В мире природы существует множество закономерностей, таких как рябь песчаных дюн и химические спирали, которые явно не имеют никакой адаптивной функции", - пишет он.

Лукас говорит, что она планирует изучить некоторые из этих моментов, в том числе и то, "могут ли молли по-разному реагировать на разных хищников". Она также хочет исследовать, как информация распространяется по косяку, изучая поведение серной молли на индивидуальном уровне во время образования волн, что может включать отслеживание отдельных рыб и изучение их скорости, взаимодействия друг с другом, плотности косяка и расстояния между особями.

Результаты группы могут также иметь отношение к другим животным, таким как птицы и пчелы, которые участвуют в коллективном поведении при создании волн, отмечает Лукас. "Что бы мы ни узнали здесь, мы можем затем вернуться к другим системам и попытаться увидеть, найдем ли мы те же доказательства. Это действительно только отправная точка".