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2021-08-23Dissertation DOI: 10.18452/23099
Collective Information Processing and Criticality, Evolution and Limited Attention.
dc.contributor.authorKlamser, Pascal
dc.date.accessioned2021-08-23T09:39:00Z
dc.date.available2021-08-23T09:39:00Z
dc.date.issued2021-08-23none
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/23872
dc.description.abstractIm ersten Teil analysiere ich die Selbstorganisation zur Kritikalität (hier ein Phasenübergang von Ordnung zu Unordnung) und untersuche, ob Evolution ein möglicher Organisationsmechanismus ist. Die Kernfrage ist, ob sich ein simulierter kohäsiver Schwarm, der versucht, einem Raubtier auszuweichen, durch Evolution selbst zum kritischen Punkt entwickelt, um das Ausweichen zu optimieren? Es stellt sich heraus, dass (i) die Gruppe den Jäger am besten am kritischen Punkt vermeidet, aber (ii) nicht durch einer verstärkten Reaktion, sondern durch strukturelle Veränderungen, (iii) das Gruppenoptimum ist evolutionär unstabiler aufgrund einer maximalen räumlichen Selbstsortierung der Individuen. Im zweiten Teil modelliere ich experimentell beobachtete Unterschiede im kollektiven Verhalten von Fischgruppen, die über mehrere Generationen verschiedenen Arten von größenabhängiger Selektion ausgesetzt waren. Diese Größenselektion soll Freizeitfischerei (kleine Fische werden freigelassen, große werden konsumiert) und die kommerzielle Fischerei mit großen Netzbreiten (kleine/junge Individuen können entkommen) nachahmen. Die zeigt sich, dass das Fangen großer Fische den Zusammenhalt und die Risikobereitschaft der Individuen reduziert. Beide Befunde lassen sich mechanistisch durch einen Aufmerksamkeits-Kompromiss zwischen Sozial- und Umweltinformationen erklären. Im letzten Teil der Arbeit quantifiziere ich die kollektive Informationsverarbeitung im Feld. Das Studiensystem ist eine an sulfidische Wasserbedingungen angepasste Fischart mit einem kollektiven Fluchtverhalten vor Vögeln (wiederholte kollektive Fluchttauchgängen). Die Fische sind etwa 2 Zentimeter groß, aber die kollektive Welle breitet sich über Meter in dichten Schwärmen an der Oberfläche aus. Es zeigt sich, dass die Wellengeschwindigkeit schwach mit der Polarisation zunimmt, bei einer optimalen Dichte am schnellsten ist und von ihrer Richtung relativ zur Schwarmorientierung abhängt.ger
dc.description.abstractIn the first part, I focus on the self-organization to criticality (here an order-disorder phase transition) and investigate if evolution is a possible self-tuning mechanism. Does a simulated cohesive swarm that tries to avoid a pursuing predator self-tunes itself by evolution to the critical point to optimize avoidance? It turns out that (i) the best group avoidance is at criticality but (ii) not due to an enhanced response but because of structural changes (fundamentally linked to criticality), (iii) the group optimum is not an evolutionary stable state, in fact (iv) it is an evolutionary accelerator due to a maximal spatial self-sorting of individuals causing spatial selection. In the second part, I model experimentally observed differences in collective behavior of fish groups subject to multiple generation of different types of size-dependent selection. The real world analog to this experimental evolution is recreational fishery (small fish are released, large are consumed) and commercial fishing with large net widths (small/young individuals can escape). The results suggest that large harvesting reduces cohesion and risk taking of individuals. I show that both findings can be mechanistically explained based on an attention trade-off between social and environmental information. Furthermore, I numerically analyze how differently size-harvested groups perform in a natural predator and fishing scenario. In the last part of the thesis, I quantify the collective information processing in the field. The study system is a fish species adapted to sulfidic water conditions with a collective escape behavior from aerial predators which manifests in repeated collective escape dives. These fish measure about 2 centimeters, but the collective wave spreads across meters in dense shoals at the surface. I find that wave speed increases weakly with polarization, is fastest at an optimal density and depends on its direction relative to shoal orientation.eng
dc.language.isoengnone
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin
dc.rights(CC BY-NC-SA 4.0) Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 Internationalger
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectKollektives Verhaltenger
dc.subjectNumerische Simulationger
dc.subjectAgentenbasierte Modelleger
dc.subjectPhasenübergangger
dc.subjectKritikalitätger
dc.subjectEvolutionger
dc.subjectKünstliche Selektionger
dc.subjectJäger-Beuteger
dc.subjectcollective behavioreng
dc.subjectnumerical simulationseng
dc.subjectagent-based modelseng
dc.subjectartificial selectioneng
dc.subjectphase transitioneng
dc.subjectcriticalityeng
dc.subjectpredator preyeng
dc.subjectcriticalityeng
dc.subject.ddc530 Physiknone
dc.subject.ddc570 Biologienone
dc.subject.ddc576 Genetik und Evolutionnone
dc.subject.ddc005 Computerprogrammierung, Computerprogramme, Datennone
dc.titleCollective Information Processing and Criticality, Evolution and Limited Attention.none
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-110-18452/23872-4
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/23099
dc.date.accepted2021-03-11
dc.contributor.refereeRomanczuk, Pawel
dc.contributor.refereeCouzin, Iain
dc.contributor.refereeKrause, Jens
dc.subject.rvkWH 2500
dc.subject.rvkWH 5000
dc.subject.rvkWT 2027
dc.subject.rvkWT 3827
dc.subject.rvkWT 2527
local.edoc.pages157none
local.edoc.type-nameDissertation
local.edoc.institutionLebenswissenschaftliche Fakultätnone
dc.relation.references10.1371/journal.pcbi.1008832
dc.relation.references10.1101/809442

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