Vissen zwemmen efficiënter in scholen

Een vis die samen zwemt met anderen beweegt zich altijd efficiënter voort dan in zijn eentje. Met een computermodel toonde Charlotte Hemelrijk en haar onderzoeksgroep van de Rijksuniversiteit Groningen aan dat dit geldt voor allerlei formaties: in ruit- of blokvorm, in een rij naast en zelfs achter elkaar. Door in het simulatiemodel ook de viscositeit van het water en de invloed van het kielzog als factoren mee te nemen toonden de onderzoekers aan dat de ruitvorm ten onrechte als de meest voordelige vorm van een vissenschool wordt beschouwd. Hierover verscheen op 30 Januari 2014 een publicatie in Fish and Fisheries.

Er is steeds meer empirisch bewijs dat vissen in scholen efficiënter zwemmen dan individuele vissen. Vissen die achter in een school zwemmen kunnen bijvoorbeeld toe met langzamere slagen van hun staart. Het is nog steeds niet duidelijk waar dit door komt.

Omdat empirisch onderzoek van de hydrodynamica van vissen in scholen problematisch is, maken de Groningse biologen gebruik van een computermodel. Met dit model worden vissen gesimuleerd die met golfbewegingen zwemmen en zo een natuurlijke stroming veroorzaken doordat miljoenen waterdeeltjes met elkaar botsen.             

Nieuw computersimulatiemodel

Volgens een gezaghebbende wiskundige theorie zouden vissen het meeste profiteren van het kielzog van andere vissen als ze midden tussen hun voorgangers zwemmen, in een ruitvormige formatie. . Toch zwemmen vissen in de natuur in allerlei verschillende formaties. De genoemde theorie negeert grotendeels het effect van viscositeit en interacties tussen kielzog en individuele vissen. Omdat Charlotte Hemelrijk vermoedt dat deze factoren in werkelijkheid wel eens belangrijk zouden kunnen zijn, integreerde zij ze in een nieuw computersimulatiemodel.

Vier formaties

Hemelrijks groep bestudeerde scholen in vier formaties, waarbij vissen zwemmen 1) in een lijn achter elkaar, 2) in een lijn naast elkaar, 3) in een rechthoekige formatie en 4) in een ruitvormige formatie.

Volgens bestaande theorieën zou de ruitvormige formatie het meest efficiënt zijn, achter elkaar zwemmen inefficiënt, in slagorde efficiënt en een rechthoekige formatie neutraal. Uit het model blijkt verrassend genoeg dat de ruitvormige formatie meestal niet de meest efficiënte formatie is en dat vissen in alle formaties efficiënter zwemmen dan individuele vissen, zelfs als de individuele vissen in een lijn achter elkaar zwemmen.

Golvende zwembeweging

Dat het zwemmen in een lijn achter elkaar toch niet inefficiënt blijkt, verklaart Hemelrijk als volgt: ‘Men dacht dat een vis die achter een ander zwemt, nadeel ondervindt omdat hij de door zijn voorganger veroorzaakte achterwaartse stroming recht tegen zijn neus krijgt en daardoor langzamer zou zwemmen. Uit Hemelrijks model blijkt echter dat in deze theorie geen rekening wordt gehouden met het feit dat vissen tijdens hun golvende zwembeweging hun kop van links naar rechts bewegen. Zo vangen ze de stroming met hun flanken op en profiteren juist van de stroming.’

Slagorde

Vissen die in slagorde – in een lijn naast elkaar - zwemmen, zouden profiteren van het kanaliserende effect dat ontstaat doordat de vissen gezamenlijk – als een shovel – het water vooruit duwen. Uit het model blijkt dat vissen hier inderdaad van profiteren.

In de rechthoekige formatie profiteren individuele vissen volgens het model zowel van het voorwaartse als van het zijwaartse effect.

Ruitformatie suboptimaal

De vermeende optimale ruitformatie, waarin de vissen in het oude model dicht naast elkaar zwemmen, blijkt minder efficiënt te zijn dan de rechthoekige formatie. De suboptimale uitkomst van het ruitmodel verklaart Hemelrijk als volgt: ‘Vissen die diagonaal voor andere vissen zwemmen verstoren het kielzog van de vissen achter hen, waardoor het positieve effect ervan vervalt. Als de vissen verder uit elkaar zwemmen, is dit niet het geval en zouden de vissen kunnen profiteren van het vermeende ruiteffect.’

Complexe interacties

Hiermee heeft Hemelrijk aangetoond dat complexe interacties tussen individuele vissen en hun kielzog bepalen welke formaties van een school vissen het meest efficiënt zijn.

Omdat in haar model individuele vissen niet actief gebruik proberen te maken van stroming, is het verbeteren van de efficiëntie in de simulaties eenvoudiger dan voorheen werd gedacht.

Noot voor de pers

• Meer informatie:prof.dr. Charlotte Hemelrijk, vakgroep Behavioural Ecology and Self Organisation, Center for Ecological and Evolutionary Studies, RUG.
• Publicatie in Fish and Fisheries van 30 januari 2014,The increased efficiency of fish swimming in a school by Hemelrijk, Charlotte; Padding, Johan; Reid, Daniel; Hildenbrandt, Hanno