[論文レビュー] Collective departures in zebrafish: profiling the initiators

Bertrand Collignon, Axel Séguret+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2017

Zebrafish Biomedical Research Applications被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、個体レベルの追跡を用いて、群れとしての移動中にゼブラフィッシュのリーダーシップダイナミクスを調査した。全魚が移動を開始しようと試みるが、リーダーシップは成功確率ではなく、個体の活動性や速度の違いによって不均等に分配される。リーダーシップの共有は、群れのサイズや個体的特徴に応じて、均等から独占的へと連続的に変化する。

ABSTRACT

For animals living in groups, one of the important questions is to understand what are the decision-making mechanisms that lead to choosing a motion direction or leaving an area while preserving group cohesion. Here, we analyse the initiation of collective departure in zebrafish extit{Danio rerio}. In particular, we observed groups of 2, 3, 5, 7 and 10 zebrafish swimming in a two resting sites arena and quantify the number of collective departure initiated by each fish. While all fish initiated at least one departure, the probability to be the first one to exit a resting site is not homogeneously distributed with some individuals leading more departures than others. We show that this number of initiation is linearly proportional to the number of attempts performed and that all fish have the same success rate to lead the group out of a resting sites after an attempt. In addition, by measuring the average swimming speed of all fish, we highlight that the intra-group ranking of a fish for its proportion of initiation is correlated to its intra-group ranking in average speed. These results highlight that the initiation of collective departure in zebrafish is a heterogeneously distributed process, even if all individual have the same success rate after attempting a departure.

研究の動機と目的

• リーダーのいないゼブラフィッシュの群れにおけるリーダーシップの分配を理解すること。
• 速度、活動性、位置などの個体的特徴が、群れの出発を開始する確率に与える影響を調査すること。
• リーダーシップが特定の個体に一貫して集中するのか、それとも群れのメンバー間で動的に共有されるのかを特定すること。
• 群れのサイズがリーダーシップ役割の分配と安定性に与える影響を評価すること。
• 大胆／臆病な個体の二項分類を覆し、リーダーシップを連続的で特徴に基づく分布として分析すること。

提案手法

• 2、3、5、7、10匹の群れで、個体ごとの特徴的な色のパターンを用いた個体識別を行い、60分間のセッション中にゼブラフィッシュを追跡する。
• すべての集団的出発イベントを記録・分析し、各イベントにおける出発を始めた個体を特定する。
• 個体の成功確率を、試みたうちで実際に群れを率いて出発に成功した割合として測定する。
• リーダーシップランクと平均速度や活動レベルなどの個体的指標との相関を評価する。
• 記録されたリーダーシップ継続の時間的パターンを分析し、記憶や順序依存性があるかを検証する。
• シミュレーションと統計モデリングを用いて、リーダーシップの分配が連続的特徴分布からのサンプリング変動を反映しているかどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜリーダーのいない群れにおいて、一部のゼブラフィッシュが他の個体よりも多くの集団的出発を開始するのか、その要因は何なのか？
• RQ2 出発の開始成功率は個体間で異なるのか、それとも全個体で一様なのか？
• RQ3 リーダーシップの継続に時間的パターン（たとえば、順番に交代する、支配的階層がある）が見られるか？
• RQ4 群れのサイズは、リーダーシップの分配にどのように影響するのか。均等から独占的へと変化するのか？
• RQ5 リーダーシップは、速度や活動性といった個体的行動的特徴とどの程度相関しているのか？

主な発見

• 全魚が少なくとも1回は出発を開始しようと試みるが、リーダーシップは不均等に分配され、一部の個体が著しく多く出発を開始している。
• 出発開始の成功率は全個体で同じ（統合成功率は約30％）だが、群れが大きくなると低下する。
• リーダーシップ継続に時間的構造はなく、リーダーとしての前回の状態に依存しない。
• 群れ内での出発意欲の順位と平均速度の順位には強く相関があり、速い個体がリーダーとなる可能性が高い。
• リーダーシップの分配は、均等から著しく偏った状態まで連続的に変化し、2匹の群れでは、均等な共有から1匹が全出発の85％を占めるまで幅広い範囲を示す。
• 大きな群れ（5〜10匹）では、リーダーシップはほぼ常に不均等に分配されるが、特定の1匹が全出発を独占することはなく、安定的ではあるが非一様な分配であると示唆される。