在实验室鱼群中检验集体动物行为的热力学方法
生物物理
2020-07-01 v2 软凝聚态物质
适应与自组织系统
摘要
社会性动物群体所展现的集体行为在自然界中频繁出现。理解和预测复杂生物系统的行为依赖于发展有效的描述和模型。尽管集体动物系统本质上处于非平衡态，我们仍可采用平衡统计力学的概念来推动对实验室动物聚集体类材料性质的测量。在此，我们展示了一组新实验的结果，该实验利用二维聚群事件的高速 footage、粒子追踪以及投射的静态与动态光场，来观察并控制负趋光性鱼群（ ）的行为。首先，我们使用由暗色圆形区域构成的静态光场产生视觉刺激，将鱼群限制在不同面积的范围内。我们发现鱼群具有与群体大小无关的最大密度，且游动压强随数密度线性增加，表明未受扰动的鱼群处于一条等温线上。接着，我们使用半径随时间线性收缩的动态光场来压缩鱼群。我们发现有效温度参数依赖于压缩时间，因此我们的结果与鱼群具有恒定热流的假设一致。这些发现进一步证明了有效热力学描述在非平衡集体动物行为系统中的实用性。
引用
@article{arxiv.2003.08460,
title = {Testing a thermodynamic approach to collective animal behavior in laboratory fish schools},
author = {Julia A. Giannini and James G. Puckett},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.08460},
year = {2020}
}