海洋对决：马林鱼和沙丁鱼如何智胜对方

在无处藏身的广阔开阔海洋中，沙丁鱼聚集在一起寻求保护。当它们不能依靠速度逃跑时，沙丁鱼最好的机会就是完全战胜捕食者。然而，捕食者也会寻找方法来发现群体防御中的弱点

在《通讯生物学》上发表的一项研究中，来自卓越智能科学集群（SCIoI）、柏林洪堡大学、莱布尼茨淡水生态与内陆渔业研究所（IGB）和剑桥大学的研究人员揭示了猎物集体逃跑模式如何出现与捕食者为何采取特定策略攻击它们之间的联系

一个跨学科研究小组结合计算建模和航空视频片段的观察，研究了开阔海域条纹马林鱼（Kajikia audax）和沙丁鱼滩（Sardinos sagax caerulea）的捕食者-猎物行为。他们的研究结果表明，群体中的单个猎物遵循简单的决策规则，这导致了复杂的、集体的自组织动作，而这种反应是捕食者可以利用的。

“喷泉效应”帮助沙丁鱼逃离马林鱼…

在条纹马林鱼捕食者-猎物系统中，在狩猎的某个阶段，受到攻击的鱼群会分裂成两个亚群，形成一个围绕攻击捕食者的拱形轨迹，并在尾部重新加入群体。这就是所谓的“喷泉效应”，当捕食者试图分解猎物群体并孤立个体时，会出现一种集体的反捕食者反应

与群体隔离后，一条沙丁鱼很容易成为捕食者的目标。简单地说：留在团队中会给你更好的生存机会。“喷泉效应”不仅允许移动较慢的猎物胜过快速但机动性较差的捕食者，而且还允许分离的亚群在攻击后重新加入，保留属于更大群体的好处，并为下一次攻击做好充分准备

一群沙丁鱼被一条条纹马林鱼从后面袭击，表演了“喷泉效应”。Image caption：Felicie Dhellemmes/SCIoI

然而，研究人员发现，这一迷人的现象需要权衡。个体逃逸规则在最大化个体猎物与捕食者的距离和最小化它们在攻击后返回更大群体所需的时间之间进行了权衡

该研究的主要作者、研究员Palina Bartashevich博士解释说：“使用基于代理的计算机模拟，我们发现有一个最佳的‘猎物逃跑角度’为30°，这不仅在集体层面上产生喷泉般的模式，而且独立于攻击方向，最大限度地提高了个体的生存机会。”

“但我们也表明，这是有代价的：群体在攻击后需要更长的时间才能恢复。”这表明捕食者也可能利用“喷泉效应”，尽管这是一种防御机制

捕食者经常试图分割猎物群，因为这会减少群体规模，从而提高捕获成功率。在自然条件下收集的经验数据表明，马林鱼通常从侧面和后面攻击沙丁鱼滩，侧面攻击最常导致喷泉效应

“非喷泉”躲避演习，即整个学校在一个方向上团结一致地躲避攻击，而不是分裂和重新加入，主要发生在团体从后面受到攻击时

Bartashevich说：“通过我们的捕食者-猎物计算机模型，我们能够预测，如果群体中的猎物使用所提到的最佳逃跑角度30°，捕食者从学校一侧进行攻击会更有效。”

“这是因为从侧面攻击代表了接近猎物和增加其分裂时间之间的最佳折衷，使其成为捕食者同时平衡两个目标的有效策略。”

这是捕食者和猎物之间的一场持续战斗

研究人员还能够预测，当从后面攻击猎物时，猎物在逃跑方面更有效，通过航拍的经验观察验证了模型预测

Bartashevich解释说：“如上所述，我们的模拟提供了一个合理的解释，说明为什么侧面和背部攻击方向的普遍性以及观察到的猎物反应都是如此，这表明捕食者和猎物在以牺牲对方为代价来提高自己成功的策略中存在持续的角力。” More information: Palina Bartashevich et al, Collective anti-predator escape manoeuvres through optimal attack and avoidance strategies, Communications Biology (2024). DOI: 10.1038/s42003-024-07267-2

Journal information: Communications Biology