2022年03月23日 11:44
【科學快訊】
來源：果殼
靜謐的湖水上，一只鳥在空中遊蕩，在這裏它是絕對的獵手，好整以暇准備享用水中的午餐。
「該吃哪條魚好呢？」它突然沖向水面，瞄准了水下的獵物，但還沒等它接觸到水面，一層又一層的波浪就從水中掀起，幾乎將它吞沒。它只好丟盔棄甲連連逃竄，送別到口的午餐。
平靜的水面下為何乍起波浪？難道又是傳說中的「水猴子」作祟？其實不然，這波浪正是弱小魚群的傑作，是獵物對命運的反擊。
魚浪接魚浪
在鳥類尖尖的喙和有力的爪之下，水面下成群結隊的小魚就像開放式自助餐。這場生存競爭一開始就是不公平的，但這並不意味著小魚只能坐以待斃——數萬條好吃的小魚團結在一起，就能像一只無形的大手一樣攪起波浪，逆轉戰局。
魚群的成員是野花鱂（Poecilia sulphuraria），它們是一種雜食性小型淡水魚，身長不足5厘米，生活在墨西哥南部的硫磺泉，目前被IUCN列為極危物種。
看起來很適合一口一個的野花鱂 | iNaturalist NZ
野花鱂以愛「團建」制造波浪而聞名，但人們一直不知道它們為什麼這麼做。通過在河邊蹲守，研究者們終於解開了這個謎團——原來每當捕食野花鱂的鳥類出現在水面上空時，數十萬條魚就會齊心協力，一起攪出巨大的波浪。這時，每立方米水中簇擁著多達4000條魚，它們制造的每個波浪可以持續3到4秒，一浪接一浪，魚群掀起的波浪會一直重複長達2分鐘。
這樣的「魚浪」能趕走捕食者嗎？
野花鱂有兩種天敵，翠鳥和蠅霸鶲。這兩種捕食者的特點不同，翠鳥會跳入水中捕魚，引發很大的魚浪，而蠅霸鶲會用它們的喙掠過水面，點殺小魚。
野花鱂的生活環境。左邊是它們的兩種鳥類捕食者：翠鳥（上）和蠅霸鶲（下）；右邊是野花鱂魚群（上）和它們制造波浪時的活動（下）| 參考文獻<1>
研究者發現，一旦魚兒制造出了波浪，翠鳥和蠅霸鶲的捕食頻率都降低了，它們在兩次捕獵之間的等待時間都成了原來的2倍。魚兒引發的波浪顯然給它們出了個難題：翠鳥和蠅霸鶲不得不根據魚浪的方向切換攻擊的出發點，尋找合適的俯沖角度，成功率也大大降低了。
野花鱂魚群制造的波浪，不僅降低了自己被天敵吃掉的可能性，對鳥類來說其實也不無好處：波浪在警告鳥類「我們已經發現你了」，鳥兒學會在這時果斷地偃旗息鼓，靜靜等待下一次機會，對它們來說也是節省體力的好方法。
魚群的生存之道
集群行動不僅是野花鱂的存活秘籍，也是魚類最常見的生存之道。
50%以上的魚類在幼年時成群活動，成年後也有超過25%的魚類選擇過大型集體生活。成年沙丁魚組成的遷徙魚群，甚至可以達到7千米長、1.5千米寬、30米深。
遇到捕食者時，沙丁魚群會形成漩渦形的「餌球」，用來嚇跑捕食者 | Ed Bierman / Flickr
但成千上萬的魚聚在一起，不是更容易被捕食者發現嗎？其實不然，海洋環境的光學特性和陸地上大不相同，光線被海水中的物質吸收和散射，導致海裏的可見距離極短，因此不管是一條單獨行動的魚，還是一大群魚，被捕食者發現的最短距離都是一樣的。
一大群魚在一起遊動，降低了個體被捕食的幾率。大量的移動目標造成的視覺刺激，讓捕食者很難將注意力分配給單個獵物，這被稱為「混淆效應」（confusion effect）——簡單來說，面前的食物太多，捕食者「挑花了眼」。
研究發現，在大嘴鱸（Micropterus salmoides）捕獵密西西比突頜魚（Hybognathus nuchalis）時，如果只有單個獵物，大嘴鱸會很快抓住，隨著突頜魚群的規模增大，大嘴鱸捕獵的頻率和成功率都會逐漸降低。
遇到捕食者時，沙丁魚群會形成漩渦形的「餌球」，用來嚇跑捕食者 | Ed Bierman / Flickr
別說捕食者了，你看你也暈 | Brocken Inaglory / Wikimedia Commons
魚群的警戒效果，也比單獨一條魚好得多，這叫做「多眼睛效應」（many-eyes effect）。魚多力量大，一起行動的魚多了，更多雙眼睛一起注意周圍的環境，捕食者就會更快被發現；警戒任務分攤到每條魚頭上，個體「站崗」的時間就可以減少，也就有了更多進食的時間。
這麼多眼睛看著呢！| James Watt / Wikimedia Commons
除了對抗天敵，集體生活對魚的覓食和繁殖也有幫助。
對鯉科動物的研究顯示，不管是金魚還是鰷魚，當魚群大小從2條增加到20條時，魚群找到食物的速度會大大加快。一些魚類需要遷徙到固定的地點交配或產卵，成群遷徙能讓它們更快找到正確的路線。而且，成群交配也就是「大型相親會」，不然大海茫茫，難以找到合適的異性。
成功交配以後，雌性一同產卵，它們產下的卵也聚集在一起，孵化出來的後代就又能形成一個群體，又開始新的生命循環。
群體：1+1>2
神奇的是，魚群絕非簡單的魚的聚合，魚群本身就是一個有機體，每一條魚就像其中的一個細胞。
在捕食者來臨時，數萬條野花鱂突然像一個整體似的轟然而起，攪動水塘。仿佛受到人們察覺不到的信號的指揮，它們驟然向前，眨眼間又急轉向後，仿佛它們本身就是一只巨人之手，抬起又落下。
魚群在不同狀態時，有著不同的形態：（1）行進；（2）休息；（3）進食；（4,5）被很多捕食者圍攻；（6）警戒周圍；（7,8）躲避單個捕食者 | 參考文獻<3>
這種大規模的行動蔚為壯觀，讓人不禁好奇它們是怎麼做到這麼整齊劃一的。凱文·凱利在《失控》中寫動物集群行動的場面時引述到：
單只鳥或者一條魚的運動，無論怎樣流暢，都不能帶給我們百萬鯫魚魚貫而行的密集隊列所帶來的震撼……成千上萬條魚如一頭巨獸遊動，破浪前進。它們如同一個整體，收到不可抗拒的共同命運的約束，這種一致從何而來？
魚群的反應速度甚至比單條魚更快，這種高速反應是個體決策的累加。魚群中最先看到鳥類或者被鳥類攻擊的魚，會率先下潛逃跑。而大多數魚類有一對被稱為Mauthner細胞的神經元，在遇到外界刺激時，讓它們能在幾毫秒內做出逃跑反射——迅速轉向、擺尾、逃之夭夭。
一旦被攻擊，野花鱂會幾乎同時下潛，在水面上制造出波浪 | Juliane Lukas
下潛反應，就是捕食者到來的信號，在它周圍的幾條魚看到鄰居逃跑了，就會立刻做出逃跑反射，更外圍的魚也緊緊跟上。就像被推倒的多米諾骨牌，魚兒接連垂直向下潛水，自然就造成了水面上的波浪——震懾鳥類其實是一種附帶作用。
鳥群也有相似的機制。
椋鳥總是成群飛行，遇到捕食者時會一起轉彎和俯沖，隊伍像波浪一樣變幻，躲避捕食者的攻擊。但是，這其實並不是有組織有紀律的集體活動。群體中的每一只椋鳥只關注周圍7只鳥的行動，它們所做的事情很簡單——跟著自己的鄰居，讓自己的速度和它們一樣。每只鳥都奉行這條簡單的原則，信號卻隨著每只鳥的運動變化，得以在整個鳥群中迅速傳播。轉彎信號傳遍一個400只椋鳥組成的鳥群，只需要不到0.5秒。
像波浪一樣變幻的椋鳥鳥群 | odysea.gr
除了常見的魚群和鳥群，地球上還有一種更接近「有機整體」的集群——管水母。
管水母看起來像是一條壯觀的巨型鏈子，但湊近了觀察就會發現，管水母是無數個體像樂高磚塊兒一樣拼成的，每個個體被叫做「個員」。
個員都是獨立的個體，但是功能上卻分工明確，有的負責進食，有的負責捕食，有的又負責遊泳，宛如一個巨人身上大大小小的細胞。個員還擁有可興奮的上皮細胞，可以用電信號來迅速傳遞信息，協調工作。
在澳大利亞，研究員甚至發現過全長超過100米的巨型管水母，是數以萬計的個員組成的龐大整體。
正在吃魚的管水母，它看似是一個個體，其實是無數個員的集群 | C。
Anela Choy， Steven H。
D。
Haddock and Bruce H。
Robison
學名為Marrus orthocanna的管水母，透明的那些個員可以收縮，讓管水母可以運動 | Kevin Raskoff
群體並非個體的簡單聚合，即使群體中的每個成員都做著最簡單的行動，最終集體所能達到的複雜性和靈活性，卻遠遠超乎個體的想象。
讓看似力量微小的物種，演化出集群生存的智慧，以更大的整體來面對環境的變化，從而讓每個個體也獲得生存的優勢，這也許就是自然的魅力吧。
參考文獻
<1>https：//www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822（21）01654-7
<2>https：//www.scientificamerican.com/article/fish-do-the-wave-to-ward-off-predatory-birds/
<3>https：//www.researchgate.net/publication/264977013_Patterns_and_mechanisms_of_schooling_behavior_in_fish_A_review
<4>https：//asa.scitation.org/doi/full/10.1121/10.0007485
<5>https：//www.jstor.org/stable/23736019
<6>https：//article.xuexi.cn/articles/index.html？art_id=7622498619809851921&study_style_id=feeds_default&source=share&share_to=copylink
<7>https：//www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0003347286802081
<8>https：//link.springer.com/article/10.1007/BF00300175
<9>https：//www.nature.com/articles/s42003-021-02407-4
<10>https：//rss.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1740-9713.2008.00288.x
<11>https：//www.nature.com/articles/nphys3035
<12>https：//en.wikipedia.org/wiki/Shoaling_and_schooling
