Detailed quantifications of how predators and their grouping prey interact in three dimensions (3D) remain rare. Here we record the structure and dynamics of fish shoals (Pseudomugil signifer) in 3D both with and without live predators (Philypnodon grandiceps) under controlled laboratory conditions. Shoals adopted two distinct types of shoal structure: “sphere-like” geometries at depth and flat “carpet-like” structures at the water’s surface, with shoals becoming more compact in both horizontal and vertical planes in the presence of a predator. The predators actively stalked and attacked the prey, with attacks being initiated when the shoals were not in their usual configurations. These attacks caused the shoals to break apart, but shoal reformation was rapid and involved individuals adjusting their positions in both horizontal and vertical dimensions. Our analyses revealed that targeted prey were more isolated from other conspecifics, and were closer in terms of distance and direction to the predator compared to non-targeted prey. Moreover, which prey were targeted could largely be identified based on individuals’ positions from a single plane. This highlights that previously proposed 2D theoretical models and their assumptions appear valid when considering how predators target groups in 3D. Our work provides experimental, and not just anecdotal, support for classic theoretical predictions and also lends new insights into predatory–prey interactions in three-dimensional environments.

中文翻译：

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在三个维度上量化捕食威胁下的鱼滩的结构和动力学

捕食者及其成群猎物如何在三个维度（3D）上相互作用的详细量化信息仍然很少。在这里，我们记录了在受控实验室条件下有无食肉动物（Philypnodon grandiceps）3D情况下鱼滩（Pseudomugil signifer）的结构和动力学。浅滩采用两种不同类型的浅滩结构：深处的“球形”几何形状和水面的平坦“地毯状”结构，在存在捕食者的情况下，浅滩在水平和垂直平面上都变得更加紧凑。掠夺者积极跟踪并攻击猎物，并在暗沙未处于其通常配置时发起攻击。这些攻击导致浅滩破裂，但是浅滩改革很快，涉及个人在水平和垂直方向上调整自己的位置。我们的分析表明，与非目标猎物相比，目标猎物与其他物种之间的距离更远，并且在距离和方向上更近。而且，可以根据单个飞机上个人的位置在很大程度上确定目标是哪个猎物。这突显了先前提出的2D理论模型及其假设在考虑掠食者如何以3D为目标群体时似乎是有效的。我们的工作为经典的理论预测提供了实验性的支持，而不仅仅是传闻性的支持，并且还为三维环境中的掠食者与猎物之间的相互作用提供了新的见解。我们的分析表明，与非目标猎物相比，目标猎物与其他物种之间的距离更远，并且在距离和方向上更近。而且，可以根据单个飞机上个人的位置在很大程度上确定目标是哪个猎物。这突显了先前提出的2D理论模型及其假设在考虑掠食者如何以3D为目标群体时似乎是有效的。我们的工作为经典的理论预测提供了实验性的支持，而不仅仅是传闻性的支持，并且还为三维环境中的掠食者与猎物之间的相互作用提供了新的见解。我们的分析表明，与非目标猎物相比，目标猎物与其他物种之间的距离更远，并且在距离和方向上更近。而且，可以根据单个飞机上个人的位置在很大程度上确定目标是哪个猎物。这突显了先前提出的2D理论模型及其假设在考虑掠食者如何以3D为目标群体时似乎是有效的。我们的工作为经典的理论预测提供了实验性的支持，而不仅仅是传闻性的支持，并且还为三维环境中的掠食者与猎物之间的相互作用提供了新的见解。这突显了先前提出的2D理论模型及其假设在考虑掠食者如何以3D为目标群体时似乎是有效的。我们的工作为经典的理论预测提供了实验性的支持，而不仅仅是传闻性的支持，并且还为三维环境中的掠食者与猎物之间的相互作用提供了新的见解。这突显了先前提出的2D理论模型及其假设在考虑掠食者如何以3D为目标群体时似乎是有效的。我们的工作为经典的理论预测提供了实验性的支持，而不仅仅是传闻性的支持，并且还为三维环境中的掠食者与猎物之间的相互作用提供了新的见解。