麥穗魚群體結(jié)構(gòu)與視覺關(guān)系的研究.pdf

1、大多數(shù)魚類具有集群性。群體結(jié)構(gòu)與魚的行為能力之間的關(guān)系是魚類行為學(xué)研究的重要內(nèi)容。本論文通過實(shí)驗(yàn)觀察探究麥穗魚群體動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)，以及這些參數(shù)可能反映的行為機(jī)理，初步探測了視覺在魚類集群形成和保持中所起的作用。
　　在生物學(xué)條件和環(huán)境條件得到控制的實(shí)驗(yàn)室里，選取了13尾麥穗魚，使用兩臺(tái)攝像機(jī)從俯視和側(cè)視兩個(gè)方向同步拍攝，獲取麥穗魚群體中各個(gè)體的三維位置連續(xù)數(shù)據(jù)。對(duì)個(gè)體間最近鄰近距離（Nearest Neighbor Dista

2、nce, NND）、視角、轉(zhuǎn)角變化量、個(gè)體游泳速度等參數(shù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：麥穗魚個(gè)體最近鄰近距離多數(shù)處于0.5-2BL之間，偏好的最近鄰近距離為0.6-0.8BL；參考視網(wǎng)膜的功能，數(shù)據(jù)表明本魚總是將最鄰近的個(gè)體保持在其80o視野范圍內(nèi)；在避免碰撞時(shí)，個(gè)體魚轉(zhuǎn)角改變量在0-30o間；在無人為干擾的自然條件下，個(gè)體魚以0.75BL/s左右的速度配合其他個(gè)體保持運(yùn)動(dòng)速度一致性。實(shí)驗(yàn)觀察證實(shí)，視覺對(duì)麥穗魚個(gè)體間的分布起著關(guān)鍵性作用，此外麥穗

3、魚群體結(jié)構(gòu)還受到個(gè)體狀態(tài)（飽食與饑餓）的影響。
　　在麥穗魚魚群中，最近鄰近個(gè)體間距隨著本魚視角的增大而減小。為了進(jìn)一步探究其他的魚群是否也存在相同的規(guī)律，本實(shí)驗(yàn)選用個(gè)體體長較小的喜成群的紅鼻魚（由30尾組成，平均體長：（20.3±0.2）mm）作為對(duì)比研究對(duì)象。將其放置在水深5cm的水族缸（78.0cm×52.0cm×65.0cm）中，使用攝像機(jī)從正上方獲得魚群影像，提取魚群影像中各個(gè)體頭部、質(zhì)心（近頭部1/3處）、尾部的二維數(shù)

4、據(jù)，利用能夠表征魚群結(jié)構(gòu)的兩個(gè)重要參數(shù)：鄰近個(gè)體間距和視角，探究紅鼻魚魚群中鄰近個(gè)體間距與視角間的關(guān)系。結(jié)果表明：1）紅鼻魚與麥穗魚的視角均集中在80o內(nèi)。2）在體長差異較大的兩種魚群中，鄰近個(gè)體占據(jù)本魚的視野范圍不會(huì)因?yàn)轸~體的增大而增加。3）通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鄰近個(gè)體占據(jù)本魚視野的最大視角與NND間滿足以下關(guān)系：xy=A，y為視角（用弧度表示）x為 NND（單位:BL），A為常數(shù)。該關(guān)系具有特殊的物理意義：x與y之間的乘積可以看作是一個(gè)圓

5、的半徑與弧度的乘積，A可以看作是一個(gè)弧長。由于個(gè)體魚的的體型呈現(xiàn)“柳葉型”，故該弧長可以看作是鄰居魚的體長。同時(shí)，該規(guī)律對(duì)本實(shí)驗(yàn)中的兩種魚類都適用。4）該關(guān)系說明：在不考慮嗅覺、電感覺、磁感覺等，只考慮視覺、側(cè)線的情況下，當(dāng)個(gè)體魚非常靠近本魚時(shí)，為了避免碰撞，僅有視覺在起作用，僅有視覺在調(diào)控個(gè)體間的相互位置。
　　對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：在視覺的范圍內(nèi)，個(gè)體間通過視角控制相互之間的距離。那么，在控制個(gè)體間距離時(shí)，側(cè)線是否起作

6、用呢？為此，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了鏡像實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。在水槽兩側(cè)安放透明玻璃作為本底實(shí)驗(yàn)；再將透明玻璃換成鏡子作為比較實(shí)驗(yàn)。拍攝觀察麥穗魚個(gè)體離開玻璃和鏡子的距離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在兩側(cè)均為玻璃的實(shí)驗(yàn)中，個(gè)體魚偏向趨近于左側(cè)玻璃。換成鏡子后，個(gè)體魚偏向于趨近右側(cè)的鏡子，且個(gè)體魚離開鏡子的距離小于其離開左側(cè)玻璃的距離（左玻右玻時(shí)，離開左邊玻璃0.5BL占比1.46％；左玻右鏡時(shí)，離開右邊鏡子0.5BL占比9.54%）。實(shí)驗(yàn)證明：在無嗅覺，無振動(dòng)等條件下