Фізики показали, що важливу роль у колективній поведінці риб у косяках можуть відігравати гідродинамічні сили. У попередніх теоретичних моделях гідродинамічна взаємодія між окремими тваринами не враховувалася, проте саме за рахунок неї може відбуватися колективний поворот косяка і збільшується швидкість окремих риб, пишуть вчені в.
Багато тварин - птахів, риб, ссавців або комах - воліють подорожувати не поодинці, а в групах, які можуть називатися по-різному: зграя, стадо, рій або косяк. Наприклад, для риб плавання в косяках на тій чи іншій стадії життєвого циклу характерно приблизно для половини видів. Як правило, в таких групах немає вираженого лідера, а їх поведінка визначається законами колективної динаміки, які задають тільки механізми парної взаємодії між окремими тваринами. При моделюванні подібних систем кожен з елементів групи зазвичай розглядається як окрема «частинка з моторчиком», яка може активно рухатися в якомусь напрямку, при цьому її взаємодія з сусідами визначається балансом сил тяжіння і відштовхування, що призводить до утворення вибудуваних у певному напрямку систем.
Група фізиків з Франції, Великобританії і США під керівництвом Крістофа Елоя (Christophe Eloy) з Університету Екс-Марсель показала, що в разі моделювання руху косяків риб у воді, крім парних взаємодій між окремими тваринами необхідно також враховувати і гідродинамічні сили. У порівнянні з повітрям, в якому переміщуються зграї птахів або рої комах, вода володіє значно більшою в'язкістю, тому ті обурення, які кожна окрема риба вносить в картину течії, можуть сильно позначитися і на інших учасниках групи. За словами авторів дослідження, оскільки ці гідродинамічні сили значно сильніші за аеродинамічні, нехтувати ними не слід.
Тому в чисельну модель, яка описує рух косяка риб вчені додатково включили член, який відповідає за дрейф пливучих об'єктів через гідродинамічні взаємодії на великих (порівняно з розміром окремої риби) масштабах. Виявилося, що в такій моделі косяки риб можуть формувати чотири принципово різні структури, які визначаються кутовим моментом всієї системи і її витягнутістю. У разі невеликих значень обох параметрів риби утворюють групу, в якій кожна тварина здійснює хаотичні рухи невеликої амплітуди. При збільшенні тільки кутового моменту відбувається утворення косяків, які обертаються навколо певної осі, утворюючи вихори і вирви. Якщо ж збільшити тільки анізотропію групи, то формується косяк, який поступально рухається в певному напрямку, а при високих значеннях обох параметрів відбувається формування «повертаючого» косяка, який не утворює вирви, але може як єдиний цілий змінювати напрямок свого руху.
Якщо перші три типи груп були описані теоретично і спостерігалися в природних умовах і раніше, то четвертий варіант, при якому вся група цілком повертає, вдалося спостерігати вперше і призводять до його формування саме гідродинамічні сили. Автори роботи відзначають, що в реальних косяках риб такі статки не спостерігалися, проте вчені сподіваються, що більш детальне вивчення риб різних видів підтвердить наявність подібного явища в природі.
Крім незвичайного фазового стану «колективного повороту», при чисельному моделюванні фізії виявили ще два цікавих явища. По-перше, сили гідродинамічної взаємодії призводять до того, що риби часто воліють вибудовуватися не пліч-о-пліч, а в лінію, в результаті чого в косяках середня швидкість руху риб виявляється вище, ніж якби вони пливли на самоті. Ефект збільшення швидкості за рахунок аеро- або гідродинамічної взаємодії добре відомий, проте досі не було зрозуміло, чи спостерігається він у риб'ячих зграях. Крім того, виявилося, що через гідродинамічні сили в косяках відбувається посилення «поведінкового шуму», тобто орієнтація риб одна відносно одної стає менш узгодженою, що теж може бути важливим фактором при визначенні колективної поведінки косяків.
Автори роботи зазначають, що їх результати підкреслюють важливість врахування гідродинамічних сил при описі колективної поведінки стай риб, проте в майбутньому отримані результати повинні бути підтверджені: по-перше, спостереженням описаних ефектів у природних умовах, а по-друге - перевіркою застосовності використовуваної гідродинамічної моделі саме для косяків риб.
За законами колективної поведінки рухаються не тільки тварини, а й деякі роботи. Це можуть бути пристрої, які переміщуються по твердій поверхні і управляються, наприклад, пучком світла заданої форми або за допомогою рухомої стінки. Але деякі з таких роботів плавають і під водою, тому результати, отримані для опису косяків риб, можуть виявитися корисними і для робототехніки.