对游泳鱼类的模拟表明鱼类在游泳时可能自然地更喜欢竞争而不是合作

研究人员已经证明了不同的游泳队形如何节省鱼类的能量，并表明它们只有在压力之下才会改变位置来为群体节省能量。

这项研究以评论预印本的形式发表在eLife上，编辑们认为它具有根本性的重要意义，为鱼群的能量守恒参数提供了新的见解。据称，支持领先和滞后鱼类动态观察的证据强度令人信服。

“流体相互作用被认为可以让游泳和飞行的动物在群体移动时节省能量，但测量这些能量节省是具有挑战性的，”共同主要作者、美国大学航空航天与机械工程系博士后研究员SinaHeydari说。美国南加州。

“尽管研究人员提出了每种不同游泳配置如何节省能量的机制，但迄今为止，还没有对不同配置相对于彼此的效率进行比较。”

为了解决这个问题，研究人员使用了一个计算模型，该模型捕捉了单个和成对游动的鱼的流体动力学特征，将每条鱼表示为在其前缘发生振荡的自由游动水翼。然后使用该模型分析流动相互作用如何导致朝同一方向游动的拍打游泳者自我组织。

当鱼群中的鱼“同相”移动时，它们的动作是同步的，因此它们看起来像是一个单一的、有凝聚力的整体。当鱼群“反相”移动时，它们的运动不同步，在鱼群内形成波浪状图案，其中每条鱼的运动被另一条鱼的运动抵消。根据环境条件，这两种模式都被建议有助于有效游泳。

研究小组发现，当鱼群自组织成并排队形并同步拍动时，它们会平等地分享水动力效益。然而，与之前的一些报道相反，他们发现，当鱼以反相方式拍动时，与单独游泳相比，能量需求会增加到更高的水平。

相比之下，在有领船和跟随船的串联队形中(直线或对角线)，流体动力学优势完全由跟随船获得。

通过模拟不同形态的流体动力学，该模型提供的信息可用作模拟和实验数据的预测工具。事实上，该团队使用这种方法来解释导致较大的直列游泳者群体散开的机制，并预测领先的游泳者群体的尾流何时不会给跟随的鱼带来能量上的好处。

他们发现，随着游泳者数量的增加，并排队形仍然能够保持稳定，但当游泳者数量超过临界值时，直线队形就会变得不稳定。

这些模拟以及之前实验的数据也暗示了流动物理学与贪婪和合作等社会特征之间存在着有趣的联系。实验表明，当面临维持高游泳速度的挑战时，随着速度的增加，鱼会以并排的方式重新排列自己。

这项研究发现，并排的排列提供了最公平的努力分配，这表明鱼在受到强大背景水流的挑战时被迫合作。

在没有这种挑战的情况下，它们会根据自己的喜好在空间上定位自己，而不会过多考虑平等分享水动力效益。事实上，在串联队列中，产生的水流严重阻碍了更多游泳者加入下游队列。

“我们可以称这些编队是贪婪的，不会在环境中为尾随的游泳者留下任何资源，”共同主要作者、博士生浩天说。南加州大学航空航天与机械工程系候选人。“这一点，再加上我们的解释，即实现公平分享水动力利益的合作是被迫的，而不是天生的，提出了一个有趣的假设：学校内成员的动态重新定位是由贪婪和竞争驱动的，而不是合作。”

eLife的编辑得出的结论是，这项研究为群体游泳动力学的能量耦合提供了令人兴奋的见解，但对模型中自由度和参数范围的进一步澄清将进一步加强这一发现。

资深作者伊娃·坎索(EvaKanso)表示：“了解群体内个体的空间排列如何影响运动的能量成本，可以深入了解社会结构的演变、资源分配以及每个个体在觅食、交配和躲避捕食者时的适应性。”，ZohrabA.Kaprielian工程研究员，南加州大学航空航天与机械工程教授。

“它还可以用于指导仿生工程系统的设计，例如水下或飞行中的自主机器人车辆群，它们可以协作以最有效的方式完成所需的任务。”