Fysiker är också intresserade av fisk – framför allt när de forskar om hur strukturer bildas. En forskargrupp från Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU) och University of Bristol (Storbritannien) har undersökt skolbeteendet hos zebra danio (Danio rerio, även känd som "zebrafisk") med metoder från flerpartikelfysik. De förklarar att grupper om bara tre fiskar redan rör sig på liknande sätt som stora stim medan två fiskar däremot uppvisar helt olika beteende.
Ordspråket "tre är en folkmassa" verkar inte bara gälla "De tre utredarna" och de tre musketörerna. I olika vetenskapliga fenomen – som primärfärger eller rumsliga dimensioner – räcker det också med tre alternativ för att karakterisera olika tillstånd.
Fysiker har nu undersökt hur olika stora grupper av levande varelser beter sig. De ville veta vilken minsta gruppstorlek som behövdes för att de enskilda medlemmarnas rörelsemönster skulle förändras och bli en samordnad grupprörelse. Och tre verkar verkligen vara nyckeltalet för zebrafiskar.
Fysikerna försåg ett akvarium i Bristol med synkroniserade kameror för att mäta de tredimensionella simbanorna för deras zebrafisk. De registrerade systematiskt dessa banor för olika gruppstorlekar – två, tre, fyra och femtio fiskar.
I nästa steg letade de sedan efter exempel av ordning i simbanorna. De hittade olika rörelsemönster:Fiskarna simmade antingen alla åt samma håll eller så simmade de runt i en cirkel tillsammans. När de rörde sig åt samma håll simmade de antingen bredvid varandra eller en efter en.
Ett isolerat par fiskar föredrar att röra sig en efter en — den ena fisken leder, den andra följer efter. Tre fiskar simmar dock bredvid varandra — det verkar som om ingen av dem vill vara sist. Och:Denna vana att simma bredvid varandra är också utmärkande för ett stort fiskstim.
Forskarna markerade sedan även små undergrupper inom en stor skola. De konstaterade att grupper om tre inom skolan rör sig på ett mycket liknande sätt som en isolerad grupp om tre. Men där de bara markerade två grannar, betedde de sig annorlunda i skolan än som ett isolerat par.
Dr Alexandra Zampetaki från Düsseldorf (nu Wien), huvudförfattare tillsammans med Dr. Yushi Yang för studien som nu publicerats i Nature Communications , noterar, "Praktiskt sett bildar tre fiskar en stim, men två är inte tillräckligt."
"Det här enkla fyndet gäller initialt bara för zebrafisk. Men begreppen skulle också kunna överföras till andra exempel på fauna", säger motsvarande författare professor Dr. C. Patrick Royall från University of Bristol, som nu arbetar vid EPSCI i Paris. "Dessa inkluderar stim av andra fiskar som guldfiskar eller sardiner, såväl som fågelflockar som starens sorlande och svärmar av insekter som dansmyggor."
Idén till det gemensamma forskningsprojektet uppstod under flera besök av professor Royall.
"Att tillämpa traditionella metoder och koncept från teorin om vätskor som par- och triplettkorrelationer på fisk var en ny utmaning, eftersom dessa koncept härstammar från den termodynamiska jämvikten och ett levande fiskstim är långt ifrån i ett jämviktstillstånd", säger Löwen, chef för Institutet för teoretisk fysik II vid HHU.
Den grundläggande klassificeringen av effekterna på många kroppar genomfördes i Düsseldorf. Dessutom simulerade Dr Alexandra Zampetaki fiskbanorna. "Vi modifierade vår modell för att möjliggöra realistisk simulering av fiskens simrörelse. Simuleringen bekräftade det experimentella fyndet att 'tre utgör en skola'."
Inför framtiden siktar forskarna på att tillämpa sina resultat på människors gruppbeteende och hur de beter sig, till exempel vid fester eller masssammankomster. Löwen säger, "Vi får se om den enkla gränsen för siffran tre då också gäller."
Mer information: Alexandra Zampetaki et al, Dynamisk ordning och många kroppskorrelationer i zebrafisk visar att tre är en folkmassa, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46426-1
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Heinrich-Heine University Düsseldorf
