一起游动的鱼在湍急的水中表现更好

群居鱼类，包括斑马鱼、彩虹鱼和月鱼/月鱼，喜欢在蔚蓝的大海中聚在一起。科学家认为，成群结队地游动有许多进化上的好处，但也可能对它们的一般运动更有利。与单独行动的鱼类相比，它们在海洋更湍急的水域中游动可能更容易。这项研究结果发表在 6 月 6 日发表在开放获取期刊PLOS Biology上的一项研究中。

做运动

运动——动物从一个地方移动到另一个地方的方式——对它们行为的几个方面至关重要。在迁徙、繁殖和进食期间，它们需要各种运动。许多物种都有不同的适应能力，以使移动更有效率。鱼的身体光滑而流线型，在水中几乎不会产生阻力，鱼鳞可以灵活移动和保护身体，鳃可以提取氧气。

“在环境中运动是动物的显著特征之一。然而，环境可能充满障碍，极具挑战性，动物经常面临困难条件，这增加了运动成本，”这项研究的共同作者、哈佛大学进化生物学家张扬帆和乔治·劳德告诉《大众科学》 。

[相关：我们为什么要向太空发送这么多鱼？ ]

不同领域的科学家提出了几种假设来解释为什么动物的集体运动是有益的。它可以提高交配成功率，帮助它们躲避捕食者，或者使动物在寻找食物时更容易交流。

在这项研究中，研究小组提出了一种在更具挑战性的水域中航行的新假设。他们的湍流庇护假设表明，成群结队地旅行可以让鱼群相互保护，免受更具破坏性的水流的侵袭。

“湍流避难假说此前从未被提出过，因此这项研究是首次提出并测试该假说，”张说。“多年来，一直没有任何实质性的新观点来解释为什么鱼类会成群结队地游动。湍流避难假说为鱼类成群游动可能获得能量优势提供了一个新思路。”

测试湍流庇护假设

为了验证这一假设，研究小组对巨型斑马鱼（ Devario aeqipinnatus ）进行了试验。这种鲤鱼经常成群游动，虽然名字里有“最高级”二字，但体长只有一到两英寸。研究小组观察了斑马鱼单独游动或八只成群游动的情景，无论是在湍急的水流中还是在较为稳定的水流中。高速摄像机捕捉了这些动物游动时的动作，研究小组同时测量了这些鱼的呼吸频率和能量消耗。

[相关：生育婴儿所需的能量可能比我们想象的多 10 倍。]

他们发现，群游鱼在湍急的水流中比单独游动时消耗的能量最多可减少 79%。群游鱼在湍急的水流中聚集得也比在较稳定的水流中更紧密。在湍急的水流中，独游鱼必须更用力地拍打尾巴才能保持相同的速度。

这项活动有点类似于铁人三项比赛中竞技自行车的选手们互相跟随以减少阻力。

“铁人三项赛中人类与自行车运动员在后面移动并从减少的水流（称为拖曳尾流）中受益的一个显著区别是，鱼会加速它们身后的水流，”张说。“之前的研究表明，鱼甚至可以从推力尾流（增加的流体速度）中受益。鱼在流体中的移动比人类更优雅一些。”

“巨大好处”

该结果为湍流庇护假说提供了一些支持，表明运动效率可能是乳清群居行为进化背后的一个驱动因素。

“这项研究最令人惊讶的部分是，当鱼在湍流中游动时，成群游动会带来巨大的好处，”张说。“如果环境水流湍急且具有挑战性，那么成群游动要比单独游动好得多。”
在未来的实验中，该团队计划进行实验，以了解在群体内移动时，哪些具体机制能够使个体动物节省能量。这些数据对于理解鱼类生态学和流体动力学的基本原理很有价值。它还可能应用于设计和维护旨在保护受保护鱼类或阻止更具入侵性的鱼类的栖息地。