一緒に泳ぐ魚は荒れた海でもうまくやっていく

ゼブラフィッシュ、レインボーフィッシュ、アカエイなどの群れを作る魚は、海の中で群れをなして泳ぐのを好む。科学者たちは、群れで泳ぐことは進化上の多くの利点があると考えているが、群れの行動全般にとってさらに有益である可能性もある。群れは単独で泳ぐ魚よりも、海の荒れた海を泳ぐのが楽なのかもしれない。この発見は、6月6日にオープンアクセスジャーナルPLOS Biologyに掲載された研究で説明されている。

移動する

移動運動、つまり動物がある場所から別の場所へ移動する方法は、動物の行動のさまざまな側面にとって重要です。回遊期、繁殖期、摂食期にはさまざまな運動が必要です。多くの種は、それを補うために、より効率的に移動するためのさまざまな適応をしています。魚は、水中でほとんど抵抗を生じない滑らかで流線型の体、柔軟な動きと身体の保護を可能にする鱗、酸素を取り込むエラを持っています。

「環境を通じて移動を生み出すことは、動物を定義する特徴の1つです。しかし、環境は障害物によって非常に厳しい場合があり、動物は移動コストを増大させる困難な状況に直面することがよくあります」と、研究の共著者でハーバード大学の進化生物学者であるヤンファン・チャンとジョージ・ローダーはポピュラーサイエンス誌に語っています。

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さまざまな分野の科学者が、動物の集団行動がなぜ有益なのかという理由についていくつかの仮説を提唱している。集団行動は、交尾の成功率を高めたり、捕食者を避けるのに役立ったり、動物が食べ物を見つけるときにコミュニケーションをとりやすくしたりする可能性がある。

この研究で、研究チームはより困難な水域を航行するための新しい仮説を提唱している。乱流避難仮説は、群れをなして移動することで、魚はより乱流の激しい水流から互いを守ることができることを示唆している。

「乱流遮蔽仮説はこれまで提唱されておらず、この研究はそれを提唱し、検証する最初の研究です」と張氏は言う。「これまで何年もの間、特に魚が群れをなして集団で移動する理由について、実質的に新しい考えはなかった。乱流遮蔽仮説は、魚が群れで移動することでエネルギー上の利点を得る理由について新しい考えを提供する。」

乱流遮蔽仮説の検証

この仮説を検証するため、研究チームはオオダニオ（ Devario aeqipinnatus ）で実験を行った。この種のコイは群れをなして泳ぐのが常で、最上級の名が付いているにもかかわらず、体長はわずか1～2インチほどである。研究チームは、乱流とより安定した流れの両方で、単独または8匹の群れで泳ぐダニオを観察した。高速度カメラで泳ぐ動物の動きを撮影し、研究チームは同時に魚の呼吸速度とエネルギー消費量を測定した。

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調査の結果、群れをなす魚は単独で泳ぐ場合に比べて、乱流の中を泳ぐときに消費するエネルギーが最大 79 パーセントも少ないことがわかった。また、群れをなす魚は、流れが安定した場合に比べて乱流の中ではより密集して泳ぐ。単独の魚は、より乱流の流れの中で同じ速度を保つために、より激しく尾を振る必要があった。

この動作は、トライアスロン中に自転車競技の選手が互いにドラフトして抵抗を減らす動作に多少似ています。

「トライアスロンの競技者や、互いに後ろを走って流れの減少（抗力航跡と呼ばれる）の恩恵を受けるサイクリストとの大きな違いは、魚が後ろの流れを加速させている点です」と張氏は言う。「これまでの研究では、魚は推力航跡（流体速度の増加）の恩恵さえ受けられることがわかっています。魚は人間よりも流体中を少し優雅に動きます。」

「劇的なメリット」

この結果は乱気流遮蔽仮説を裏付けるものであり、移動効率が群れ行動の進化の原動力となっている可能性があることを示唆している。

「この研究で最も驚くべき点は、魚が乱流の中を泳ぐときに集団で移動することで劇的な利点が得られることです」と張氏は言う。「環境の流れが乱れ、困難な場合は、群れで泳ぐ方が、一匹で泳ぐよりはるかに良いのです。」
今後の実験では、チームは、群れの中で移動する個々の動物がエネルギーを節約できる具体的なメカニズムを理解するための実験を行う予定です。このデータは、魚類の生態と流体力学の基礎を理解する上で一般的に貴重です。また、保護対象の魚種を保護したり、より侵略的な魚種の侵入を阻止したりするための生息地の設計と維持にも応用できる可能性があります。