Eläinten ryhmäkäyttäytyminen

Eläinten ryhmäkäyttäytyminen tarkoittaa suurten samankaltaisten eläinjoukkojen koordinoitua käyttäytymistä. Aihe sisältää useita eri tutkimuskohteita, kuten ryhmään kuulumisen edut ja haitat, tiedonvälitys ryhmässä, päätöksenteko sekä ryhmän liikkuminen. Ryhmäkäyttäytymisen tutkimusta voidaan hyödyntää teknologian kehityksessä. Tutkimalla miten ryhmän jäsen toimii suhteessa muihin jäseniin, voidaan saada tietoa, jota voidaan hyödyntää esimerkiksi mikro-robottien tai miehittämättömien ilma-alusten suunnittelussa.
Mahdollisia tarkoituksia.
Eläinten kerääntymiselle on esitetty useita mahdollisia syitä. Syyt voidaan jakaa neljään kategoriaan: sosiaaliset ja geneettiset, suojautuminen saalistajilta, edut ruuanhankinnassa ja edut liikkumisen tehostumisessa.
Sosiaalinen vuorovaikutus.
Erityisesti kaloilla voidaan nähdä sosiaaliseen vuorovaikutukseen viittaavia tekijöitä. Tutkimuksissa on havaittu, että ryhmästä irralleen otetuilla kaloilla on tiheämpi hengitysrytmi kuin ryhmään kuuluvilla. Tätä pidetään stressin aiheuttamana reaktiona. Ryhmät voivat myös edistää lisääntymistä helpottamalla pariutumiskumppanin löytymistä.
Suojautuminen saalistajilta.
Eläinten on havaittu käyttävän ryhmiä myös suojautumiseen. Milinski ja Heller havaitsivat tutkimuksessaan, että ryhmä voi hämätä saalistajaa. Teorian mukaan saalistaja ei pysty valitsemaan yhtä kohdetta, sillä se saa liikaa visuaalisia aistiärsykkeitä joka puolella olevista kohteista.
Toinen mahdollinen hyöty suuresta joukosta on se, että suurempi ryhmä voi paremmin pitää silmällä ympäristöä. Kolmannen teorian mukaan ryhmien avulla eläimet voivat "vaimentaa" saalistajan kohtaamisen vaikutusta. Mahdollinen saalis voi hyötyä ryhmässä elämisestä, koska saalistaja hyökkää todennäköisemmin yksittäisen eläimen kuin ryhmän kimppuun.
Helpottunut ravinnonhankinta.
Kolmas esitetty hyöty ryhmäytymisestä on ruuanhankinnan helpottuminen. Ryhmän koon ja ruuanhankinnan nopeudella on havaittu tilastollisesti merkittävä yhteys.
Helpottunut liikkuminen.
Eläimet voivat säästää energiaa liikkuessaan ryhmässä samaan tapaan kuin pyöräilijät hyötyvät edellä ajavien imusta. Hanhien lentäminen v-muodostelmassa säästää energiaa sillä siipien päissä muodostuvat pyörteet aiheuttavat nosteen, joka helpottaa perässä tulevan eläimen liikkumista.
Ryhmärakenne.
Suurten ryhmien tutkiminen on vaikeata, joten kokeellista lähestymistä täydennetään usein matemaattisilla malleilla.
Kokeellinen lähestyminen.
Kokeellisessa lähestymisessä pyritään hahmottamaan yksittäisen eläimen paikka tiettynä ajanhetkenä. Ryhmän sisäisellä rakenteen perusteella voidaan päätellä ryhmän olemassaolon syitä. Kokeellisessa tutkimuksessa hyödynnetään useita kameroita, joiden avulla voidaan tarkastella eläinten sijoittumista kolmiulotteisesti. Satojen tai tuhansien eläinten ryhmissä on kuitenkin hankalaa erottaa yksittäistä eläintä. Ryhmän rakenteesta voidaan hahmottaa useita eri arvoja, kuten tiheys ja etäisyys ja suunta lähimpään naapuriin.
Mallintaminen.
Yksinkertaisimmat matemaattiset mallit eläinten ryhmille edellyttävät seuraavien kolmen ehdon täyttymistä:
Näiden sääntöjen perusteella voidaan rakentaa simulaatioita, joiden avulla ryhmien toimintaa voidaan hahmottaa.
Kollektiivinen päätöksenteko.
Eläinten muodostamat ryhmät joutuvat tekemään päätöksiä jos ne haluavat säilyttää ryhmän olemassaolon. Esimerkiksi parvessa olevat kalat joutuvat päättämään mihin suuntaan pakenevat saalistajan hyökätessä. Muurahaiset ja mehiläiset joutuvat päättämään mihin rakentaa uusi pesä. Norsut joutuvat päättämään milloin ja mihin muuttavat. Norsut seuraavat lauman vanhinta naarasta, mutta monilla eläimillä on havaittu kollektiivista päätöksentekoa.
Pienillä kalaryhmillä toteutettu tutkimus on osoittanut, että yksilöt ensin odottavat muiden tekevän päätöksen ja tekevät oman päätöksensä vasta tämän jälkeen. Ryhmän koolla havaittiin olevan yhteys ryhmän tekemien päätösten "oikeellisuuteen". Kollektiivinen päätöksen teko on kollektiivisen älykkyyden yksi muoto.