寻找动物集体运动的节拍：科学家表明互惠是驱动协调运动的关键

在自然界中，从成群的昆虫到成群的哺乳动物，动物都可以组织成看似精心编排的动作。在过去的二十年里，科学家们发现，这些协调的运动源于每种动物遵循关于其邻居位置的简单规则

现在，研究斑马鱼的科学家已经表明，邻居可能也在向同一节奏移动。研究小组透露，成对游泳的鱼轮流移动；而且，他们在一个被称为互惠的双向过程中同步了这些运动的时间。然后，在虚拟现实实验中，该团队可以确认互惠是驱动集体运动的关键：通过实施这一节奏规则，他们可以在鱼类和虚拟同种动物中重现自然的学校行为

这项发表在《自然通讯》上的研究由康斯坦茨大学卓越集体行为集群和德国马克斯·普朗克动物行为研究所（MPI-AB）的科学家领导

研究结果为我们理解动物如何自我组织成移动的集体提供了进一步的机制细节。第一作者Guy Amichay说：“我们证明探戈需要两条鱼；然而，许多自然集体不是在空间上同步，而是在时间上同步；萤火虫同步闪光，神经元同步放电，音乐厅里的人类同步拍手的节奏

Amichay和团队对两者的交集感兴趣；他们好奇地想知道动物运动中可能存在什么节奏同步性

Amichay现在是美国西北大学的博士后研究员，他说：“动物的运动节奏比你想象的要快。在现实世界中，大多数鱼不会以固定的速度游泳，它们会振荡。”。他发现鱼虽然在一起游动，但并不同时游动。相反，他们交替移动，一个移动，然后另一个移动“就像两条腿走路，”他说

成对游泳的幼年斑马鱼。来源：Guy Amichay

研究小组随后研究了鱼是如何交替的。他们用一个简单的经验法则生成了一个计算模型：将邻居的延迟增加一倍

互易性规则

下一步是通过计算或计算机测试该模型。他们让一名特工像节拍器一样用固定的动作来击败他。另一个代理通过执行“双倍延迟”节奏规则来响应第一个代理

但在这种单向相互作用中，代理并没有按照真实鱼类中看到的交替模式移动。然而，当两种药剂相互反应时，它们就再现了自然的交替模式。Amichay说：“这是互惠至关重要的第一个迹象。”

但在计算机中再现自然行为并不是这项研究的终点。该团队转向虚拟现实，以确认他们发现的原理也适用于真实的鱼类

康斯坦茨大学卓越集体行为集群发言人、MPI-AB主任Iain Couzin说：“虚拟现实是动物行为研究中的一个革命性工具，因为它可以让我们规避因果关系的诅咒。”。但库津表示，使用虚拟现实可以“精确地扰乱系统”，以测试特定特征对动物行为的影响

将一条鱼放入带有鱼化身的虚拟环境中。在一些试验中，化身被设置为像节拍器一样游泳，忽略了真实鱼类的行为。在这些试验中，真正的鱼并没有以与化身自然交替的模式游泳。但当化身被设置为以双向互惠关系对真实的鱼做出反应时，它们恢复了自然的交替行为

轮流合作

合著者Má说：“看到互惠性正在推动游泳鱼的这种轮流行为，真是令人着迷。”；té；Nagy是匈牙利科学院MTA-ELTE集体行为研究小组的负责人，“因为在生物振荡器中并不总是这样。”例如，萤火虫即使在单向相互作用中也会同步

纳吉说：“但对人类来说，互惠几乎在我们成对做的任何事情中都会发挥作用，无论是跳舞、运动还是交谈。”

研究小组还提供了证据，证明在运动时间上耦合的鱼类具有更强的社会纽带。纳吉说：“换句话说，如果你和我结合在一起，我们会更加和谐。”

作者说，这一发现可以极大地改变我们对动物群体中谁影响谁的理解。Couzin说：“我们过去认为，在一个繁忙的群体中，一条鱼可能会受到它所能看到的任何其他成员的影响。”。“现在，我们发现，最显著的纽带可能是选择有节奏同步的伴侣之间的纽带。”