Shoaling a školní docházka

Tito chirurgové žijí v mělčině. Plavou poněkud nezávisle, ale tak, aby zůstali ve spojení a tvořili sociální skupinu.

Tyhle modropruhé chňapaly se učí. Všichni plavou koordinovaně stejným směrem.

V biologii se říká, že každá skupina ryb, která se drží pohromadě ze sociálních důvodů, je mělčina (vyslovuje se /ʊoʊlɪŋ/), a pokud navíc skupina plave stejným směrem koordinovaným způsobem, říká se, že je školena (vyslovuje se /ˈskuːlɪŋ/). V běžném používání se termíny někdy používají dosti volně. Přibližně jedna čtvrtina ryb mělčí celý svůj život a přibližně jedna polovina ryb mělčí po část svého života.

Ryby získávají mnoho výhod z chování při shoalingu, včetně obrany proti predátorům (díky lepší detekci predátorů a zředění šance na individuální odchyt), větší úspěšnosti při hledání potravy a vyšší úspěšnosti při hledání partnera. Je také pravděpodobné, že ryby těží z členství v shoalu díky vyšší hydrodynamické účinnosti.

Ryby používají mnoho znaků, aby si vybraly mělčiny. Obecně preferují větší mělčiny, mělčiny vlastního druhu, mělčiny podobné velikostí a vzhledem jim samým, zdravé ryby a příbuzné (když jsou rozpoznány).

„Efekt zvláštnosti“ předpokládá, že každý člen hejna, který vynikne svým vzhledem, bude přednostně terčem predátorů. To může vysvětlovat, proč ryby dávají přednost hejnu s jedinci, kteří se podobají sami sobě. Efekt zvláštnosti by tak měl tendenci hejna homogenizovat.

Podvodní videosmyčka hejna sleďů migrujících vysokou rychlostí do jejich lovišť v Baltském moři

Pokud se navíc shluky spojují interaktivním, sociálním způsobem, jsou tyto ryby považovány za hejno. Ačkoli hejno ryb může k sobě volně navazovat vztah, kdy každá ryba plave a shání potravu poněkud nezávisle, jsou si nicméně vědomy ostatních členů skupiny, jak ukazuje způsob, jakým upravují chování, jako je plavání, aby zůstaly v blízkosti ostatních ryb ve skupině. Skupiny hejn mohou zahrnovat ryby různých velikostí a mohou zahrnovat i podskupiny smíšených druhů.

Pokud se jako další přírůstek hejno utužuje a ryby synchronizují své plavání, takže se všechny pohybují stejnou rychlostí a stejným směrem, pak se o rybách říká, že jsou ve škole. Školené ryby jsou obvykle stejného druhu a stejného věku/velikosti. Rybí školy se pohybují s jednotlivými členy přesně rozmístěnými od sebe. Školy provádějí složité manévry, jako by školy měly svou vlastní mysl.

Shoaling je zvláštní případ agregace a schooling je zvláštní případ shoalingu. Zatímco schooling a shoaling znamenají v rámci biologie různé věci, neodborníci je často považují za synonyma, přičemž mluvčí britské angličtiny mají tendenci používat „shoaling“ k popisu jakéhokoli seskupení ryb, zatímco mluvčí americké angličtiny mají tendenci používat „schooling“ stejně volně.
Složitosti výuky nejsou zdaleka plně pochopeny, zejména plavání a krmení energií. Bylo navrženo mnoho hypotéz, které vysvětlují funkci výuky, například lepší orientace, synchronizovaný lov, zmatení dravců a snížené riziko, že budou nalezeni. Schooling má také nevýhody, jako je nahromadění exkrecí v dýchacích médiích a úbytek kyslíku a potravy. Způsob, jakým rybí pole ve škole pravděpodobně poskytuje výhody v úspoře energie, i když je to kontroverzní.

Ryby mohou být obligátní nebo fakultativní shoalers. Obligate shoalers, jako jsou tuňáci, sleďové a ančovičky, tráví veškerý svůj čas shoaling nebo školní docházky, a stane se rozrušený, pokud je oddělen od skupiny. Facultativní shoalers, jako jsou treska obecná, treska tmavá a některé carangidy, shoal jen část času, možná pro reprodukční účely.

Lovné ryby se mohou během několika sekund přesunout do disciplinované a koordinované školy a poté zpět do amorfního hejna. Takové přesuny jsou vyvolány změnami aktivity od krmení, odpočinku, cestování nebo vyhýbání se predátorům.

Když se ryba ve škole zastaví, aby se nakrmila, přeruší řady a stane se z ní hejno. Mělčiny jsou náchylnější k útokům predátorů. Tvar hejna nebo hejna závisí na druhu ryby a na tom, co ryba dělá. Školy, které cestují, mohou tvořit dlouhé tenké čáry nebo čtverce nebo ovály nebo amoeboidní tvary. Rychle se pohybující hejna obvykle tvoří klínovitý tvar, zatímco hejna, která se krmí, mají tendenci tvořit kruhy.

Školy krmných ryb často doprovázejí velké dravé ryby. Zde hejno kluzáků doprovází velkou barakudu.

Tyto někdy nesmírné shluky živí potravní síť oceánů. Většina krmných ryb jsou pelagické ryby, což znamená, že vytvářejí svá hejna na otevřené vodě, a ne na dně nebo v jeho blízkosti (ryby žijící při dně). Krmné ryby jsou krátkověké a lidé si jich většinou nevšimnou, kromě občasné podpůrné role v dokumentu o velkém mořském predátorovi. Predátoři jsou ostře zaměřeni na mělčiny, jsou si ostře vědomi jejich počtu a místa pobytu a sami migrují, často ve vlastních hejnech, která mohou překlenout tisíce mil, aby se s nimi spojila, nebo aby s nimi zůstala ve spojení.

Sleďové patří mezi okázalejší školní ryby. Shromažďují se v obrovských počtech. Největší školy často vznikají při migracích sloučením s menšími školami. „Řetězce“ škol dlouhých sto kilometrů byly pozorovány u parmice migrující v Kaspickém moři. Radakov odhadoval, že školy sleďů v severním Atlantiku mohou zabírat až 4,8 krychlového kilometru s hustotou ryb mezi 0,5 a 1,0 ryby/metr krychlový. To je asi tři miliardy ryb v jedné škole. Tyto školy se pohybují podél pobřeží a brázdí otevřené oceány. Školy sleďů mají obecně velmi přesné uspořádání, které umožňuje škole udržovat relativně konstantní cestovní rychlost. Sleďové mají výborný sluch a jejich školy reagují na dravce velmi rychle. Sleďové si udržují určitou vzdálenost od pohybujícího se potápěče nebo křižujícího dravce jako kosatka a vytvářejí vakuolu, která vypadá jako kobliha z pozorovacího letadla.

Doporučujeme:  Transportní protein

Mnoho druhů velkých dravých ryb také školy, včetně mnoha vysoce stěhovavých ryb, jako je tuňák a některé oceánské žraloky. Cetaceans, jako jsou delfíni, sviňuchy a velryby, působí v organizovaných sociálních skupinách zvaných lusky.

„Chování při lovu na mělčinu je obecně popisováno jako kompromis mezi výhodami života ve skupinách proti predátorům a náklady na zvýšenou konkurenci při hledání potravy.“ Landa (1998) tvrdí, že kumulativní výhody lovu na mělčinu, jak je rozvedeno níže, jsou silnými selektivními podněty k tomu, aby se ryby připojily k hejnům. Parrish et al. (2002) podobně argumentují, že školní docházka je klasickým příkladem vzniku, kdy existují vlastnosti, které má škola, ale ne jednotlivé ryby. Vznikající vlastnosti dávají evoluční výhodu členům školy, kterou nečlenové nedostávají.

Podporu sociální a genetické funkce agregací, zejména těch, které tvoří ryby, lze spatřovat v několika aspektech jejich chování. Experimenty například ukázaly, že jednotlivé ryby vyjmuté ze školy budou mít vyšší dechovou frekvenci než ty, které se vyskytují ve škole. Tento efekt byl přisuzován stresu, a proto se zdá, že vliv pobytu u konzumentů je uklidňující a silnou sociální motivací pro setrvání v agregaci. Například sledi se velmi rozruší, pokud jsou izolováni od konzumentů. Vzhledem k jejich adaptaci na školní chování jsou v akváriích vystaveni jen zřídka. I s těmi nejlepšími zařízeními, která akvária mohou nabídnout, se stávají křehkými a pomalými ve srovnání s jejich chvějící se energií v divokých školách.

Některá pobřežní vzedmutí (červená) poskytují planktonu bohaté krmné plochy pro hejna krmných ryb, které zase přitahují větší dravé ryby.

Bylo také navrženo, že plavání ve skupinách zvyšuje úspěšnost při hledání potravy. Tuto schopnost prokázal Pitcher a další ve své studii o chování při hledání potravy u cyprinidů v mělčinách. V této studii byla kvantifikována doba, za kterou skupiny střevlí a zlatých rybek našly kus potravy. Počet ryb ve skupinách byl různý a bylo zjištěno statisticky významné snížení doby, kterou větší skupiny potřebují k nalezení potravy. Další podpora pro zvýšenou schopnost škol hledat potravu je vidět ve struktuře hejn dravých ryb. Partridge a další analyzovali strukturu škol tuňáka obecného z leteckých snímků a zjistili, že škola převzala parabolický tvar, což byl fakt, který naznačoval kooperativní lov tohoto druhu.

„Důvodem je přítomnost mnoha očí, které hledají potravu. Ryby v hejnech „sdílejí“ informace tím, že navzájem bedlivě sledují své chování. Chování jedné ryby při krmení rychle stimuluje chování při vyhledávání potravy u ostatních.“

Plodná loviště krmných ryb jsou zajišťována mořskými vzestupy. Oceánské vzestupy jsou rozsáhlé mořské proudy způsobené Coriolisovým efektem. Povrchové proudy poháněné větrem interagují s těmito vzestupy a podmořskou topografií, jako jsou podmořské hory, rybářské břehy a okraje kontinentálních šelfů, a vytvářejí tak vzestupy a vzestupy. Ty mohou dopravovat živiny, kterým plankton prospívá. Výsledkem mohou být bohatá loviště krmných ryb atraktivní pro plankton. Samotné krmné ryby se zase stávají lovištěm větších dravých ryb. Většina vzestupů je pobřežních a mnohé z nich podporují jedny z nejproduktivnějších lovišť na světě. Mezi oblasti pozoruhodných vzestupů patří pobřežní Peru, Chile, Arabské moře, západní Jihoafrická republika, východní Nový Zéland a kalifornské pobřeží.

Copepodi, primární zooplankton, jsou hlavní položkou na jídelníčku krmných ryb. Jsou skupinou malých korýšů, kteří se vyskytují v oceánských a sladkovodních biotopech. Copepodi jsou typicky milimetrové (0,04 palce) až dvoumilimetrové (0,08 palce) dlouhé, s tělem ve tvaru kapky. Někteří vědci tvrdí, že tvoří největší živočišnou biomasu na planetě. Copepodi jsou velmi ostražití a vyhýbaví. Mají velká tykadla (viz foto vlevo dole). Když roztáhnou tykadla, vycítí tlakovou vlnu blížící se ryby a vyskočí velkou rychlostí přes několik centimetrů. Pokud koncentrace copepodů dosáhne vysoké úrovně, vyučující sledi používají metodu zvanou krmení berana. Na fotografii níže se beran obecný živí hejnem copepodů. Plavou s otevřenou tlamou a jejich operkula je plně rozšířená.

Ryby plavou v mřížce, kde vzdálenost mezi nimi je stejná jako délka skoku jejich kořisti, jak ukazuje animace vpravo nahoře. V animaci loví mláďata sleďů takto synchronizovaně. Mláďata vycítí svými tykadly tlakovou vlnu přibližujícího se sledě a reagují rychlým únikovým skokem. Délka skoku je poměrně konstantní. Ryby se seřadí do mřížky s touto charakteristickou délkou skoku. Mláďa dokáže vystřelit asi 80krát, než se unaví. Po skoku trvá 60 milisekund, než opět roztáhne tykadla, a tentokrát se zpoždění stává jeho zkázou, protože téměř nekonečný proud sleďů umožňuje sleďovi, aby nakonec mláďata ulovil. Jediný mláďata sleďat by nikdy nedokázal ulovit velkého mláďata.

Třetím navrhovaným přínosem rybích skupin je to, že plní reprodukční funkci. Poskytují zvýšený přístup k potenciálním partnerům, protože nalezení partnera v hejnu nevyžaduje mnoho energie. A pro migrující ryby, které se plaví na dlouhé vzdálenosti, aby se vytřely, je pravděpodobné, že plavba v hejnu s přispěním všech členů hejna bude lepší než plavba jednotlivých ryb.

Doporučujeme:  Glykemický index

Migrace huňáčka islandského

Krmné ryby často provádějí velké stěhování mezi svými místy tření, krmení a školkami. Školy určité populace obvykle putují v trojúhelníku mezi těmito místy. Například jedna populace sleďů má své místo tření v jižním Norsku, své místo krmení na Islandu a své místo krmení v severním Norsku. Široké trojúhelníkové cesty, jako jsou tyto, mohou být důležité, protože krmné ryby při krmení nedokážou rozlišit své vlastní potomky.

Huňáček huňáček je krmná ryba z čeledi huňáčkovitých, která se vyskytuje v Atlantském a Arktickém oceánu. V létě se pase na hustých rojích planktonu na okraji ledového šelfu. Větší huňáček se živí také krilem a dalšími korýši. Huňáček huňáček se pohybuje na pobřeží ve velkých školách, aby se na jaře a v létě třel a migroval, aby se mohl živit v oblastech bohatých na plankton mezi Islandem, Grónskem a ostrovem Jan Mayen. Migraci ovlivňují mořské proudy. Kolem Islandu vyzrávající huňáček huňáček velký migruje na jaře a v létě na sever. Návratová migrace probíhá v září až listopadu. Migrace tření začíná severně od Islandu v prosinci nebo lednu.

Na diagramu vpravo jsou znázorněna hlavní místa pro tření a driftové trasy larev. Huňáček na cestě ke krmišti je zbarven zeleně, huňáček na cestě zpět je modrý a hnízdiště jsou červená.

Tato teorie uvádí, že skupiny ryb mohou při společném plavání šetřit energii, podobně jako cyklisté mohou jeden druhého táhnout v pelotonu. Husy letící ve véové formaci mají také za to, že šetří energii tím, že letí ve vzestupném proudu víru křídel, který vytváří předchozí zvíře ve formaci. Zvýšená účinnost při plavání ve skupinách byla navržena pro hejna ryb a antarktického krilu.

Zdálo by se rozumné se domnívat, že pravidelné rozestupy a velikostní stejnoměrnost ryb ve školách by měly za následek hydrodynamickou účinnost. Experimenty v laboratoři však nenalezly žádné zisky z hydrodynamického výtahu, který vytvořili sousedé ryb ve škole, ačkoliv se stále má za to, že ke zvýšení efektivity ve volné přírodě dochází. Landa (1998) tvrdí, že vedoucí školy se neustále mění, protože zatímco být v těle školy dává hydrodynamickou výhodu, být vedoucím znamená, že jste první u potravy.

Školní predátor modroploutvý trevally velikost školní ančovičky

Běžně se pozoruje, že zvláště školním rybám hrozí, že budou snědeny, pokud budou odděleny od školy. Bylo navrženo několik funkcí rybích škol zaměřených proti predátorům.

Gannety „divebomb“ ve vysoké rychlosti.

Během běhu se sardinkami až 18 000 delfínů, kteří se chovají jako ovčáčtí psi, nahání sardinky do koulí s návnadou nebo je ohradí v mělké vodě. Jakmile jsou delfíni a další predátoři pochytáni, střídavě se probírají koulemi s návnadou a hltají ryby, které jimi proplouvají. Z výšky na ně útočí také mořští ptáci, hejna gannetů, kormoránů, rybáků a racků. Někteří z těchto mořských ptáků se řítí z výšky 30 metrů a zanechávají za sebou stopy podobné párám, jako u stíhacích letadel. Gannety se noří do vody rychlostí až 100 kilometrů za hodinu (60 mil/h). Pod kůží mají v obličeji a hrudi vzduchové vaky, které působí jako bublinkový obal a tlumí náraz vodou.

Pár velryb výpad krmení

Plachetník zvedne plachtu, aby vypadal mnohem větší, a mohl tak nahnat hejno ryb nebo olihní. Mečoun se vysokou rychlostí prodírá hejny krmných ryb a seká meči, aby kořist zabil nebo omráčil. Pak se otočí a vrátí se, aby svůj „úlovek“ zkonzumoval.

Žraloci pražští používají své dlouhé ocasy k omračování mělkých ryb. Před útokem žraloci kompaktní hejna dravců tím, že kolem nich plavou a stříkají vodu ocasem, často ve dvojicích nebo malých skupinkách. Pražané plavou v kruzích, aby zahnali školící se kořist do kompaktní masy, než je ostře udeří horním lalokem ocasu, aby je omráčili.

Žraloci krouživí se kolmo přes školu, otáčejí se kolem své osy s otevřenými ústy a chňapají kolem sebe. Pohyb žraloka na konci těchto spirálovitých výběhů ho často vynáší do vzduchu.

Některé velryby se vrhají na koule s návnadou. Vrhací krmení je extrémní způsob krmení, při kterém velryba zrychlí zespodu koule s návnadou na vysokou rychlost a pak otevře tlamu do velkého rozevřeného úhlu. To vytváří tlak vody potřebný k rozšíření tlamy a pohltí a filtruje obrovské množství vody a ryb. Vrhací krmení obrovskými rorqual velrybami je prý největší biomechanickou událostí na Zemi.

Rybí školy plavou v disciplinovaných falangách, přičemž některé druhy, například sleďové, jsou schopny proudit nahoru a dolů impozantními rychlostmi, kroutí se sem a tam a dělají překvapivé změny ve tvaru školy, bez kolizí. Je to, jako by jejich pohyby byly choreograficky zpracovány, i když nejsou. Musí existovat velmi rychlé reakční systémy, které to rybám umožní. Mladé ryby cvičí školní techniky v párech a pak ve větších skupinách, jak jejich techniky a smysly dospívají. Chování ve škole se vyvíjí instinktivně a neučí se od starších ryb. Aby ryby mohly chodit do školy tak, jak to dělají, potřebují senzorické systémy, které dokážou reagovat velkou rychlostí na malé změny v jejich postavení vůči jejich sousedovi. Většina škol ztrácí své školní schopnosti po setmění a jsou jen mělčiny. To naznačuje, že vidění je pro školní docházku důležité. Význam vidění je také naznačen chováním ryb, které byly dočasně oslepeny. Školní druhy mají oči po stranách hlavy, což znamená, že mohou snadno vidět své sousedy. Školní druhy mají také často „školní znaky“ na ramenou nebo na spodní části ocasu nebo vizuálně výrazné pruhy, které poskytují referenční znaky při školní docházce, podobné funkci pasivních znaků při umělém zachycování pohybu. Nicméně ryby bez těchto znaků se stále zapojí do školní docházky, i když možná ne tak efektivně.

Doporučujeme:  Morální realismus

Používají se i jiné smysly. Svou roli mohou hrát také feromony nebo zvuk, ale podpůrné důkazy zatím nebyly nalezeny. Boční čára je čára, která vede podél každé strany ryby od žaberních krytů až k patě ocasu. Při laboratorních pokusech byly odstraněny boční čáry ryb, které se cvičí. Plavaly blíž, což vedlo k teorii, že boční čáry poskytují další podněty, když se ryba dostane příliš blízko. Systém bočních čar je velmi citlivý na změny vodních proudů a vibrací ve vodě. Využívá receptory zvané neuromasty, z nichž každý je složen ze skupiny vlasových buněk. Vlasy jsou obklopeny vyčnívající rosolovitou kupolí, typicky 0,1 až 0,2 mm dlouhou. Vlasové buňky v boční čáře jsou podobné vlasovým buňkám uvnitř vnitřního ucha obratlovců, což naznačuje, že boční čára a vnitřní ucho mají společný původ. Mnoho ryb, které se cvičí, jako jsou sledi a ančovičky, však boční čáry nemá.

Popisuje strukturu mělčiny

Je obtížné pozorovat a popsat trojrozměrnou strukturu rybích hejn v reálném světě kvůli velkému počtu zapojených ryb. Techniky zahrnují využití nedávného pokroku v akustice rybolovu.

Modelování chování škol

Diagram znázorňující rozdíl mezi „metrickou vzdáleností“ a „topologickou vzdáleností“ v odkazu na hejna ryb

Příkladem takové simulace je program boids vytvořený Craigem Reynoldsem v roce 1986. Dalším je model samohybných částic zavedený Vicsekem a Couzinem et al v roce 1995 Mnoho současných modelů používá variace těchto pravidel. Například mnoho modelů implementuje tato tři pravidla přes vrstvené zóny kolem každé ryby.

Tvar těchto zón bude nutně ovlivněn smyslovými schopnostmi ryb. Ryby se spoléhají jak na vidění, tak na hydrodynamické signály přenášené boční čarou. Antarktický kril se spoléhá na vidění a na hydrodynamické signály přenášené anténami.

Ve studii zveřejněné v roce 2009 výzkumníci z Islandu líčí, jak aplikovali interagující model částic na populaci huňáčka severního kolem Islandu, a úspěšně předpovídají migrační trasu tření pro rok 2008.

Mapování vzniku škol

V roce 2009 skupina výzkumníků z MIT na základě nedávného pokroku v akustickém zobrazování „poprvé pozorovala vznik a následnou migraci obrovského hejna ryb“. Výsledky poskytují první potvrzení obecných teorií o tom, jak se chovají velké skupiny, od hejn kobylek po hejna ptáků.

Výzkumníci si představili tření sleďů atlantických u Georges Bank. Zjistili, že ryby se večer slétají z hlubších vod a neuspořádaně se mělčí. Řetězová reakce se spustí, když hustota populace dosáhne kritické hodnoty, jako když divácká vlna putuje kolem sportovního stadionu. Pak dojde k rychlému přechodu a ryby se vysoce polarizují a synchronizují způsobem, jakým se ryby cvičí. Po přechodu začnou školy migrovat a táhnou se až 40 kilometrů přes oceán do mělkých částí břehu. Tam se v noci třou. Ráno se rybí škola opět vrací do hlubších vod a pak se rozpustí. Objeveny byly také malé skupiny vůdců, které významně ovlivnily mnohem větší skupiny.

Mezi další otevřené otázky chování při lovu mělčinou patří určení, kteří jedinci jsou zodpovědní za směr pohybu mělčiny. V případě stěhovavého pohybu se zdá, že většina členů hejna ví, kam jde. Pozorování chování při hledání potravy v zajetí zlatého shinera (druhu střevle) zjistila, že tvoří hejna, která jsou vedena malým počtem zkušených jedinců, kteří vědí, kdy a kde je k dispozici potrava. Ve stádě ovcí jsou vždy v první řadě stejné hlavní ovce. Ale ve hejnu migrujících ryb, pokud hejno změní směr, ryby, které byly dříve na boku, se stanou hlavní rybou.

Jedním ze záhadných aspektů výběru hejn je to, jak se ryba může rozhodnout, že se připojí k hejnu zvířat, která jsou jim podobná, vzhledem k tomu, že nemůže znát svůj vlastní vzhled. Experimenty se zebradem ukázaly, že preference hejn je naučená schopnost, nikoli vrozená. Zebrad má tendenci spojovat se s hejny, která se podobají hejnům, v nichž byl chován (tedy formou vtisknutí).

Školní chování ryb je v průmyslovém měřítku využíváno komerčním rybářským průmyslem. Obrovská plavidla lovící košelkovými nevody používají k vyhledávání školních ryb, jako je tuňák, treska, makrela a krmné ryby, pozorovací letadla. Dokážou zachytit obrovské školy tím, že je rychle obklíčí sítěmi s košelkovými nevody s pomocí rychlých pomocných člunů a sofistikovaného sonaru, který dokáže sledovat tvar hejna.

Školu kovářů čistí parazit pojídající ryby

Piraně jsou spíše ustrašené ryby, které školí pro ochranu před predátory.