拥挤环境中鱼群的行为转变

在开阔水域中，群居鱼类聚集形成鱼群，通常彼此对齐。本文研究这种社会行为在受到人工障碍物扰动时如何演变。我们测量了一组斑马鱼在周期性排列的柱状阵列中的集体行为。当柱密度较低时，鱼类重新聚集，具有典型的间距和高度极化的平行取向状态，类似于它们在开阔水域中的行为。当柱密度超过临界值时，它们主要基于视觉的社会相互作用被屏蔽，鱼类随机散布在水族箱中，沿柱状晶格的自由轴定向。当柱间距与鱼类的社会距离（即最可能间距）相当时，从自然定向到人工定向的突变发生。我们建立了一个随机模型来描述鱼对之间的相对取向，考虑了对齐、反对齐和翻滚，其分布受环境偏置。该模型很好地描述了鱼之间相对取向的实验概率分布，并捕捉到了行为转变。利用该模型拟合实验数据，提供了认知参数（如对齐率或翻滚率）随柱密度增加的定性演化信息。在高柱密度下，我们发现人工环境将其几何约束强加于鱼群，显著增加了翻滚率。