Почему рыбы смотрят вниз во время плавания
Новое исследование под руководством Северо-Западного университета подтвердило, что рыбы смотрят вниз во время плавания. Это первое исследование, объединившее в одной вычислительной модели симуляции мозга рыбки данио-рерио, её естественной среды и пространственно-изменчивого поведения при плавании.
Анализ модели показал, что эта особенность — смотреть вниз при движении вперёд — является адаптивным поведением, которое развилось, чтобы помочь рыбе самостабилизироваться, например, при плавании против течения.
- Причина: В движущейся воде рыба постоянно пытается стабилизироваться на месте. Другие рыбы, растения или мусор могут создавать ложное ощущение движения. Стабильное русло реки ниже даёт рыбе более надёжную информацию о направлении и скорости её плавания.
- Аналогия: «Это похоже на сидение в неподвижном вагоне поезда. Если соседний поезд начинает отъезжать от станции, это может обмануть ваше восприятие, заставив думать, что двигаетесь вы», — пояснила руководитель исследования Эмма Александер.
Исследование будет опубликовано 2 ноября в журнале Current Biology.
Изучение естественной среды
Чтобы понять эволюционный контекст поведения, команда отправилась к естественным местам обитания данио-рерио в Индию. На семи локациях они использовали 360-градусную камеру на роботизированной руке, чтобы получить видео с «точки зрения» рыбы. Эти данные позволили смоделировать, как виртуальная рыба движется в реалистичной среде.
Лабораторные эксперименты
В лаборатории реакцию рыб изучали в шаре со светодиодами (LED), проигрывая движущиеся паттерны:
- Когда движущиеся полосы появлялись в нижней части ёмкости, рыбы начинали плыть вместе с ними, активно двигая хвостом, чтобы «идти в ногу».
- Это стало дополнительным доказательством, что рыбы берут визуальные ориентиры, глядя вниз.
Выводы симуляции
Объединив данные из дикой природы и лаборатории с данными о том, как сигналы движения кодируются в мозге рыбы, исследователи с помощью алгоритмов анализа оптического потока пришли к выводу:
- В обоих сценариях данио-рерио смотрят вниз при плавании вперёд.
- Рыбы смотрят вниз, чтобы понять движение среды, а затем плывут так, чтобы компенсировать его и избежать сноса.
- «Русла рек имеют много текстуры, поэтому рыбы видят чёткие особенности, которые могут отслеживать», — отметила Александер.
Применение в робототехнике
Это открытие не только объясняет поведение рыб, но и может повлиять на разработку систем искусственного зрения и биоинспирированных роботов. Оказывается, боковое положение глаз рыбы — это компромисс: они смотрят вверх для охоты и вниз для плавания.