Terwijl de paniek zich uitbreidt, een hele school (collectief) vissen reageert binnen enkele seconden op een inkomende dreiging, schijnbaar als een enkel lichaam, om van koers te veranderen en een dreigend roofdier te ontwijken. Binnen die paar seconden, de door paniek veroorzaakte informatie – technisch beter bekend als de schrikreactie – verspreidt zich door het collectief, het waarschuwen van vissen binnen de groep die anders een dergelijke dreiging niet zouden kunnen detecteren. De manieren waarop deze informatie zich verspreidt en de rol die positiedynamiek speelt, kunnen ons helpen om noodsituaties beter te plannen.

Amanda Chicoli is een postdoctoraal bioloog aan de Carnegie Institution for Science in Baltimore, en ze werkte samen met Derek Paley, een professor in de afdeling lucht- en ruimtevaarttechniek aan de Universiteit van Maryland, Collegepark, om deze overdracht van informatie te bestuderen en te modelleren. Hun werk verschijnt in deze week Chaos .

"Het oorspronkelijke idee voor dit project kwam voort uit mijn promotieonderzoek naar collectief gedrag, mijn eigen expertise in sensorische biologie van vissen, en de expertise van Dr. Paley in gekoppelde oscillatorsystemen, " zei Chicoli. Systemen van gekoppelde oscillatoren, zoals vastgebonden slinger of verbonden veren bijvoorbeeld, worden vaak gebruikt om complexere systemen in de wetenschap te modelleren, van moleculen tot scholenvissen.

Oppervlakkig, een enkele school vissen - of zelfs maar een netwerk van bijpassende bronnen - lijkt misschien eenvoudig. Maar de factoren die een rol spelen bij de groepsreactie kunnen heel gemakkelijk complex worden. In dit onderzoek, Chicoli en Paley keken naar de oriëntatie van vissen in de collectie, en de invloed die het kan hebben op hoe goed de hele groep aan een bedreiging ontsnapt.

"Een van de hoofddoelen van deze studie was het onderzoeken van de rol van polarisatie (afstemming) op informatieoverdracht en collectieve reactie op een dreiging. Het model voorspelt een snellere verspreiding van dreigingsinformatie in groepen die sterk op elkaar zijn afgestemd, en langzamere maar nauwkeurigere reacties in groepen die pas op één lijn komen nadat een bedreiging is gedetecteerd, ' zei Chicoli.

In feite, het is deze uitlijning (tijdens het zwemmen) die een sociale bijeenkomst van vissen kenmerkt, of een school vissen, als een school vissen. Hoewel het intuïtief kan aanvoelen dat een school vissen een gemeenschappelijke afstemming zou hebben voor doeleinden als snelle ontwijking, maar bewijzen dat dit niet zo duidelijk is.

"Algemeen wordt aangenomen dat uitlijning in scholen vissen betrokken is bij de verdediging van roofdieren, het is echter moeilijk om dit direct te testen met experimentele methoden, " zei Chicoli, hun methodes beschrijven. "Het model omvat verschillende theoretische besluitvormingsprocessen:de beslissing over welke richting te gaan, al dan niet reageren op een bedreiging, en met wie te communiceren."

Het specifieke model dat wordt gebruikt, een gevoelig-geïnfecteerd-verwijderd (SIR) model genoemd, was eigenlijk een methode die vaker werd gebruikt bij het berekenen van de verspreiding van ziekten en bleek nauwkeurig van toepassing te zijn op de visscholen.

"Het SIR-model is gekozen omdat het een probabilistisch model is voor de overdracht van ziekten (of informatie) door een groep. Veel biologische processen, inclusief de schrik van een roofdier, zijn probabilistisch van aard, " zei Chicoli. "Er is een kans om het roofdier op te merken, enige kans om te reageren, en enige kans om te ontsnappen. Deze kansen kunnen ook experimenteel worden waargenomen op fysiologische gedragsniveaus."

"Voor zover ik weet... is dit de eerste studie die informatieoverdracht in het onderwijs rechtstreeks modelleert, " zei Chicoli ook. "De resultaten van het testen van ons model suggereren dat de mate van uitlijning in groepen vissen een compromis tussen snelheid en nauwkeurigheid kan inhouden; ze kunnen ook worden geïnterpreteerd in termen van besluitvormingsprocessen in groepen."

specifiek, hun werk onthulde en kwantificeerde de relatie tussen verschillende oriëntatieconfiguraties en de nauwkeurigheid en snelheid van reacties. Ze vonden enkele verrassende correlaties.

"We hadden geen nauwkeurigere antwoorden verwacht in de groepen die aanvankelijk willekeurig waren georiënteerd. We hadden ook niet verwacht dat de hoogste waarschijnlijkheid om te reageren op de onderzochte externe dreiging zou overeenkomen met minder individuen die reageren, " zei Chicoli. "Dit resultaat is te wijten aan de aard van ons schrikmodel, die gebaseerd is op ziekteverspreiding. Aangezien individuen niet opnieuw schrikken, als te veel agenten schrikken zonder de informatie te verspreiden, de schrikreacties sterven uit voordat ze zich voortplanten en over het algemeen reageren minder individuen."

Wat betreft de mogelijke gevolgen voor mensen, vooral in noodsituaties, deze en toekomstige resultaten kunnen waardevolle informatie opleveren bij het ontwerpen en plannen van dergelijke evenementen.

Chicoli zei, "Belangrijk, het model kan relevant zijn om te onderzoeken hoe individuen zullen reageren op de beweging van anderen in een groep om te beslissen welke richting te reizen of welke uitgangsroute te volgen. Bijvoorbeeld, als je een grote menigte had die allemaal naar één uitgangsdeur ging, wanneer er twee deuren beschikbaar zijn, zou een individu de groep volgen of de beschikbare deur kiezen zonder menigte?"

Op zoek naar verder werk, de relatieve eenvoud van het model biedt tal van manieren waarop het kan worden geschaald en verbeterd, zowel in de context van visscholen als meer in het algemeen in termen van diergedrag. Informatie, ten slotte, is de meest fundamentele valuta van de natuur.

"In toekomstige versies, het zou nuttig zijn om zintuiglijke vermogens en beperkingen voor verschillende soorten van belang op te nemen om te beoordelen hoe dit de resultaten beïnvloedt, en om de rol van verschillende zintuiglijke modaliteiten in informatieoverdracht te onderzoeken, ' zei Chicoli.

"Het model kan worden gebruikt om de groepsgrootte en het aantal geïnformeerde individuen over de parameterruimte te variëren om de omstandigheden te beoordelen waaronder goed geïnformeerde individuen de meeste invloed hebben. Van een klein aantal goed geïnformeerde individuen is eerder aangetoond dat ze een reactie uitlokken van zowel kleine en groot."

In een tijdperk waarin steeds meer aandacht wordt besteed aan niet alleen de toenemende hoeveelheid beschikbare informatie, maar ook op de manier waarop die informatie zich verplaatst, er kan nog meer toepassingspotentieel van deze inspanningen komen.