Observação experimental de transição de fase schools-shoals em peixe-zebra (Danio rerio)
Ano de defesa: | 2023 |
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Tipo de documento: | Dissertação |
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Idioma: | por |
Instituição de defesa: |
Universidade Federal Rural de Pernambuco
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Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Física Aplicada
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Departamento: |
Departamento de Física
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País: |
Brasil
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Palavras-chave em Português: | |
Área do conhecimento CNPq: | |
Link de acesso: | http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/9377 |
Resumo: | The collective behavior of active matter encompasses a wide diversity of existing living organisms, ranging from microscopic systems to large-scale systems. Such systems are recognized by their individuals having the ability to transform internal or environmental energy into movement, characterizing them as out-of-equilibrium physical systems. An interesting example to observe is groups of fish that make use of information exchange between the individuals that make up the group to develop energetic, anti-predatory, and food-seeking benefits. From individual decisions, collective patterns of large-scale structures emerge that can be quantitatively analyzed. However, most of the definitions that address the emergence of these patterns, such as the structures of schools and shoals, are based on conceptual criteria of sociability. In this work, we analyze the phase transition of zebrafish groups, through the variation of density. To do so, we used video cameras to capture the position and velocity of zebrafish in a controlled environment. We considered a circular container with a diameter of 50 cm and a water depth of 5 cm, tracking the trajectories of zebrafish, varying the number of individuals N. Then, we investigated the correlation measures of the derivatives of the polarization, aggregation, and Dcentroid parameters used in this work, between the time series for groups of N = 2, 13, and 30 individuals, using the q-gaussian parameter that served to reinforce schools-shoals phase transitions of zebrafish. Thus, we are able to characterize a phase transition between fish groups through the average values of the time series of polarization, aggregation, and D-centroid parameters, influenced by density variation. In addition, we observed variation in the correlation between fish through the fluctuations of these same parameters. With the experimental data of these parameters, we were able to quantify the behavior of schools and shoals during our analyses. |
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BARBOSA, Anderson Luiz da Rocha eROMAGUERA, Antonio Rodrigues de CastroCADENA, Pabyton GonçalvesSOUZA SILVA, Clécio Clemente dehttp://lattes.cnpq.br/3571377298466813NEGREIROS NETO, Luis Gomes de2023-09-26T20:15:35Z2023-06-16NEGREIROS NETO, Luis Gomes de. Observação experimental de transição de fase schools-shoals em peixe-zebra (Danio rerio). 2023. 76 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Física Aplicada) - Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife.http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/9377The collective behavior of active matter encompasses a wide diversity of existing living organisms, ranging from microscopic systems to large-scale systems. Such systems are recognized by their individuals having the ability to transform internal or environmental energy into movement, characterizing them as out-of-equilibrium physical systems. An interesting example to observe is groups of fish that make use of information exchange between the individuals that make up the group to develop energetic, anti-predatory, and food-seeking benefits. From individual decisions, collective patterns of large-scale structures emerge that can be quantitatively analyzed. However, most of the definitions that address the emergence of these patterns, such as the structures of schools and shoals, are based on conceptual criteria of sociability. In this work, we analyze the phase transition of zebrafish groups, through the variation of density. To do so, we used video cameras to capture the position and velocity of zebrafish in a controlled environment. We considered a circular container with a diameter of 50 cm and a water depth of 5 cm, tracking the trajectories of zebrafish, varying the number of individuals N. Then, we investigated the correlation measures of the derivatives of the polarization, aggregation, and Dcentroid parameters used in this work, between the time series for groups of N = 2, 13, and 30 individuals, using the q-gaussian parameter that served to reinforce schools-shoals phase transitions of zebrafish. Thus, we are able to characterize a phase transition between fish groups through the average values of the time series of polarization, aggregation, and D-centroid parameters, influenced by density variation. In addition, we observed variation in the correlation between fish through the fluctuations of these same parameters. With the experimental data of these parameters, we were able to quantify the behavior of schools and shoals during our analyses.O comportamento coletivo da matéria ativa abrange uma ampla diversidade existente de seres vivos, podendo ser observado desde sistemas microscópicos até sistemas em grande escala. Tais sistemas são reconhecidos por seus indivíduos possuírem a capacidade de transformar energia interna ou do ambiente em movimento, caracterizando-se como sistemas físicos fora do equilíbrio. Um exemplo interessante de ser observado são grupos de peixes que fazem uso de trocas de informações entre os indivíduos que compõem o grupo para desenvolver benefícios energéticos, anti-predatórios e na busca por alimentos. A partir de decisões individuais, surgem padrões coletivos de estruturas em grande escala que podem ser analisados quantitativamente. Porém, grande parte das definições que abordam o surgimento desses padrões, como as estruturas de schools e shoals, em grande maioria, são baseadas em critérios conceituais de sociabilidade. Neste trabalho, analisamos a transição de fase de grupos de peixe-zebra, através da variação da densidade. Para tanto, utilizamos câmeras de vídeo para capturar a posição e velocidade de peixes-zebra em um ambiente controlado. Consideramos um recipiente circular com 50 cm de diâmetro e uma lâmina d’água de 5 cm, realizamos o rastreamento das trajetórias dos peixes-zebra, variando o número de indivíduos N. Em seguida, investigamos as medidas de correlação dos peixes a partir das derivadas dos parâmetros de polarização, agregação e D-centroide utilizados neste trabalho, entre as séries temporais para grupos de N = 2,13 e 30 indivíduos, por meio do parâmetro q-gaussiano que serviram para reforçar transições de fase schools-shoals dos peixes-zebra. Assim, conseguimos caracterizar uma transição de fase entre os grupos de peixes através dos valores médios das séries temporais dos parâmetros de polarização, agregação e D-centroide, influenciada pela variação da densidade. Além disso, verificamos uma variação na correlação dos peixes através das flutuações destes mesmos parâmetros. Com os dados experimentais destes parâmetros, conseguimos quantificar o comportamento de school e shoal durante nossas análises.Submitted by (ana.araujo@ufrpe.br) on 2023-09-26T20:15:35Z No. of bitstreams: 1 Luis Gomes de Negreiros Neto.pdf: 32493850 bytes, checksum: 05b9a54130d4cc99039106910f81b7bb (MD5)Made available in DSpace on 2023-09-26T20:15:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luis Gomes de Negreiros Neto.pdf: 32493850 bytes, checksum: 05b9a54130d4cc99039106910f81b7bb (MD5) Previous issue date: 2023-06-16application/pdfporUniversidade Federal Rural de PernambucoPrograma de Pós-Graduação em Física AplicadaUFRPEBrasilDepartamento de FísicaComportamento coletivoMatéria ativaTransformações de fase (Física estatística)Comportamento animalPeixeCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAObservação experimental de transição de fase schools-shoals em peixe-zebra (Danio rerio)info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis2948194971945047520600600600-748177341945315287-8327146296503745929info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRPEinstname:Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE)instacron:UFRPEORIGINALLuis Gomes de Negreiros Neto.pdfLuis Gomes de Negreiros Neto.pdfapplication/pdf32493850http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/bitstream/tede2/9377/2/Luis+Gomes+de+Negreiros+Neto.pdf05b9a54130d4cc99039106910f81b7bbMD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82165http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/bitstream/tede2/9377/1/license.txtbd3efa91386c1718a7f26a329fdcb468MD51tede2/93772023-09-26 17:15:35.754oai:tede2: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede/PUBhttp://www.tede2.ufrpe.br:8080/oai/requestbdtd@ufrpe.br ||bdtd@ufrpe.bropendoar:2023-09-26T20:15:35Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRPE - Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE)false |
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