Illuminamento

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 585 (2023) Citare questo articolo

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Indaghiamo sperimentalmente il ruolo dell'illuminazione sulle dinamiche collettive di un grande banco (ca. 50 individui) di Hemigrammus rhodostomus. La struttura del gruppo, definita utilizzando due parametri d'ordine, viene quantificata alterando progressivamente il campo visivo dei pesci attraverso cicli controllati di intensità della luce ambientale. Mostriamo che, a livelli di luce bassi, gli individui all'interno del gruppo non sono in grado di formare un gruppo coeso, mentre a livelli di illuminamento più elevati il ​​grado di allineamento della scuola è correlato all'intensità della luce. Aumentando l'illuminamento, la struttura scolastica è successivamente caratterizzata da uno stato polarizzato seguito da una configurazione rotazionale molto regolare e stabile (fresatura). Il nostro studio mostra che la visione è necessaria per ottenere un movimento collettivo coeso per i banchi di pesci che nuotano liberi, mentre il rilevamento della linea laterale a corto raggio è insufficiente in questa situazione. Il presente esperimento fornisce quindi nuove informazioni sui meccanismi di interazione che governano l’emergere e l’intensità del movimento collettivo nei sistemi biologici.

Il comportamento collettivo durante la locomozione è un fenomeno affascinante osservato in molti sistemi viventi, che vanno dalle colonie batteriche1,2 alle folle umane3,4 e ai mormorii degli storni5,6. Questi movimenti sono caratterizzati da movimenti sincronizzati su larga scala di tempo e spazio7, che emergono da interazioni locali a corto raggio tra i vicini più prossimi8.

I pesci forniscono un tipico esempio di tale autorganizzazione, con una tendenza naturale a formare gruppi ordinati, noti come sciami o banchi9. Oltre il 50% delle specie ittiche mostra un comportamento di branco10, che conferisce vantaggi come protezione contro i predatori11, miglioramento del foraggiamento12 e riduzione dei costi di locomozione per il gruppo13,14.

Da un punto di vista pratico, la scolarizzazione comporta, per ogni individuo del gruppo, la conoscenza sia della posizione nello spazio che della cinematica dei vicini15,16. Per ottenere queste informazioni, i pesci si affidano alla vista, al rilevamento di disturbi idrodinamici e a segnali chemio-olfattivi17,18. Il ruolo di ciascuno di questi sensi non è oggi chiaramente chiarito19, ma è generalmente accettato che la visione e il rilevamento idrodinamico siano i più predominanti20,21.

Per percepire i disturbi idrodinamici, i pesci usano il loro sistema di linee laterali22. È stato suggerito che questa capacità sia un fattore nella formazione dei banchi di pesci23. È possibile compromettere il funzionamento della linea laterale dei pesci, determinando un comportamento di branco modificato23,24,25. Tuttavia, questo tipo di procedura invasiva può alterare il comportamento dei pesci in modo inaspettato.

Un altro modo per quantificare i principali meccanismi sensoriali per l'interazione del nuoto è valutare il ruolo della vista. Ad esempio, il livello di luce ambientale può modificare la risposta collettiva dei pesci in branco in diverse situazioni26,27. Recentemente, McKee et al.28 hanno confrontato il ruolo della linea laterale e della visione nel branco dei pesci. Hanno suggerito, sulla base di esperimenti con 5 pesci, che sebbene sia la linea laterale che la visione siano coinvolte nell'interazione tra gli individui, la visione dovrebbe essere sufficiente per il banco.

Studi precedenti20,29 hanno affrontato anche il problema della vista con banchi più grandi (20-30 pesci) e hanno dimostrato che i pesci che indossavano coperture opache per gli occhi erano in grado di mantenere il movimento collettivo, utilizzando solo il loro sistema di linee laterali. Tuttavia, in questi esperimenti, solo un pesce è stato accecato e rimesso in un banco normale, il che limita le conclusioni in termini di movimento collettivo.

È stato scoperto che i pesci riducono o sopprimono completamente il comportamento di branco al di sotto di una certa soglia di luce, che può variare da specie a specie30,31. Tuttavia, questi esperimenti sono stati condotti su 4-6 pesci e quindi non forniscono prove di comportamenti specifici che potrebbero verificarsi quando si aumenta il numero di individui nel banco. Inoltre, la questione è stata affrontata in termini di un limite brusco tra uno stato coesivo e uno non coesivo, senza considerare l’effetto di un aumento del livello di luce su un ampio intervallo una volta superate queste soglie.