A physical theory of movement in small animals
Notice bibliographique
Résumé
Abstract All animal behaviour must ultimately be governed by physical laws. As a basis for understanding the physics of behaviour in a simple system, we here develop an effective theory for the motion of the larval form of the fruitfly Drosophila melanogaster, and compare it against a quantitative analysis of the real animal’s behaviour. We first define a set of fields which quantify stretching, bending, and twisting along the larva’s antero- posterior axis, and then perform a search in the space of possible theories that could govern the long-wavelength physics of these fields, using a simplified approach inspired by the renormalisation group. Guided by symmetry considerations and stability requirements, we arrive at a unique, analytically tractable free-field theory with a minimum of free parameters. Unexpectedly, we are able to explain a wide-spectrum of features of Drosophila larval behaviour by applying equilibrium statistical mechanics: our theory closely predicts the animals’ postural modes (eigenmaggots), as well as distributions and trajectories in the postural mode space across several behaviours, including peristaltic crawling, rolling, self-righting and unbiased substrate exploration. We explain the low-dimensionality of postural dynamics via Boltzmann suppression of high frequency modes, and also propose and experimentally test, novel predictions on the relationships between different forms of body deformation and animal behaviour. We show that crawling and rolling are dominated by similar symmetry properties, leading to identical dynamics/statistics in mode space, while rolling and unbiased exploration have a common dominant timescale. Furthermore, we are able to demonstrate that self-righting behaviour occurs continuously throughout substrate exploration, owing to the decoupling of stretching, bending, and twisting at low energies. Together, our results demonstrate that relatively simple effective physics can be used to explain and predict a wide range of animal behaviours.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,003 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».