[論文レビュー] Escape path complexity and its context dependency in Pacific blue-eyes (Pseudomugil signifer)

James E. Herbert‐Read, Ashley J. W. Ward+2 more|White Rose Research Online (University of Leeds, The University of Sheffield, University of York)|Feb 26, 2015

Animal Behavior and Reproduction参考文献 34被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、パナマブルーベイ（Pseudomugil signifer）の脱出経路の複雑さをエントロピーに基づく指標として定量化するパス複雑性指標を導入した。その結果、攻撃後、パス複雑性は急速に上昇し、単独の個体では10秒間、著しく高い水準を維持するが、群れではより速やかにベースラインに戻る。単独個体では攻撃距離に応じた文脈依存性が見られるが、群れではその依存性は消失する。

ABSTRACT

The escape trajectories animals take following a predatory attack appear to show high degrees of apparent 'randomness' - a property that has been described as 'protean behaviour'. Here we present a method of quantifying the escape trajectories of individual animals using a path complexity approach. When fish (Pseudomugil signifer) were attacked either on their own or in groups, we find that an individual's path rapidly increases in entropy (our measure of complexity) following the attack. For individuals on their own, this entropy remains elevated (indicating a more random path) for a sustained period (10 seconds) after the attack, whilst it falls more quickly for individuals in groups. The entropy of the path is context dependent. When attacks towards single fish come from greater distances, a fish's path shows less complexity compared to attacks that come from short range. This context dependency effect did not exist, however, when individuals were in groups. Nor did the path complexity of individuals in groups depend on a fish's local density of neighbours. We separate out the components of speed and direction changes to determine which of these components contributes to the overall increase in path complexity following an attack. We found that both speed and direction measures contribute similarly to an individual's path's complexity in absolute terms. Our work highlights the adaptive behavioural tactics that animals use to avoid predators and also provides a novel method for quantifying the escape trajectories of animals.

研究の動機と目的

• 動物の脱出経路の不確実性を定量化するための方法論を確立すること。
• 攻撃距離、群れへの所属、周辺同種個体の密度といった文脈要因が、脱出経路の複雑さに与える影響を調査すること。
• パス複雑性が時間経過とともに持続するか、および捕食者・被捕食者相互作用における生存戦略とどのように関連するかを明らかにすること。
• 速度の変動と方向転換の両者が、全体のパス複雑性に果たす寄与度を分離すること。
• 集団行動が、単独個体と比較して脱出反応の複雑さのダイナミクスをどのように変化させるかを評価すること。

提案手法

• 脱出経路の複雑さを測る指標としてエントロピーを用い、経路に沿った方向転換角と速度変化の分布から計算した。
• 単独 vs. 群れ、短距離 vs. 長距離からの攻撃という異なる条件下で、制御された実験アリーナ内における個体の行動を追跡した。
• 攻撃後10秒間の時間窓に注目し、時系列解析を用いてパス複雑性を時間経過とともに算出した。
• 速度変動と方向転換の寄与を別々の信号成分として分解し、パス複雑性の寄与度を分析した。
• 統計的モデリングを用いて、攻撃距離、群れへの所属、周辺同種個体密度との依存関係を評価した。
• エントロピーに基づくパス複雑性推定のための計算コードをRobertsらの研究から改変した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 攻撃を受けた後の時間経過に伴い、エントロピーとして測定されたパス複雑性はどのように変化するか？
• RQ2 脱出経路の複雑さは、攻撃が発生した距離に依存するか？
• RQ3 群れへの所属は、攻撃後のパス複雑性のダイナミクスにどのように影響するか？
• RQ4 群れにいる場合、周辺の同種個体の密度はパス複雑性に影響を及ぼすか？
• RQ5 速度の変動と方向転換のどちらが、全体のパス複雑性の増加により大きな寄与をしているか？

主な発見

• エントロピーとして測定されたパス複雑性は、攻撃後急速に上昇し、単独個体では最大10秒間、著しく高い水準を維持した。
• 群れでは攻撃後にパス複雑性が上昇したが、単独個体と比較してより速やかにベースラインに戻った。
• 単独個体では、攻撃距離が長いほどパス複雑性が低く、文脈依存性が顕著に現れた。
• 群れにいる場合には、この攻撃距離に依存する文脈依存性が消失した。これは、群れ生活が複雑さと攻撃距離の関連性を解体していることを示唆する。
• 群れ生活中の個体では、周辺同種個体の密度や群れの規模はパス複雑性に有意な影響を及ぼさなかった。
• 速度の変動と方向転換の両方が、攻撃後のパス複雑性の全体的上昇にほぼ同等の寄与を示した。