Can angelfish (Pterophyllum scalare) count? Discrimination between different shoal sizes follows Weber’s law

Abstract

The ability to discriminate between larger and smaller quantities has been demonstrated in several mammalian and avian species suggesting the possibility of evolutionary conservation of this characteristic. Preference for the larger of two groups has also been shown in fish species, although this ability has rarely been systematically studied in lower order vertebrates, and thus the mechanisms of such ability are not understood. Here, we exploit the tendency of angelfish to seek protection in an unfamiliar environment by joining a group of conspecifics, a behaviour called shoaling. Test fish were given a simultaneous choice between shoals varying both in terms of numerical ratios and absolute numbers of fish. Our results provide evidence for quantity discrimination in angelfish. In general, experimental subjects chose the larger of two shoals. Furthermore, in agreement with Weber's law, which holds that discrimination between two quantities depends on their ratio, the discrimination between shoals of different quantities of fish was more difficult when the shoal sizes became more similar. The limit of discrimination ratio was found to be below 2:1. Briefly, angelfish are able to discriminate between different quantities of conspecifics subject to a ratio limit, a finding that implies a fitness component in this behaviour similar to what has been demonstrated in higher order vertebrates.

A common rule for decision making in animal collectives across species

“…This line obeys for high number of animals that n y ≈ k n x . This is a Weber law (23,24), according to which the justnoticeable difference between two groups is proportional to the total number of individuals. Indeed, if we substitute n y ≈ k n x into ΔN=N ≡ ðn x − n y Þ=ðn x + n y Þ we obtain a constant of value ðk − 1Þ=ðk + 1Þ.…”

Efecto de la demora sobre la discriminación de cantidades en el pez ángel (Pterophyllum scalare) / Effect of delay on quantity discrimination in angelfish (Pterophyllum scalare)

“…En ambos tipos de comparaciones los sujetos fallaron en la discriminación. Estos hallazgos son, en cierta medida, sorprendentes puesto que en trabajos anteriores los mismos contrastes fueron siempre discriminados por el pez ángel tanto con plena visión de los estímulos (Gómez-Laplaza & Gerlai, 2011), como con intervalos de retención menores a los del presente estudio (Gómez-Laplaza & Gerlai, 2016) y muestran la complejidad de la tarea propuesta. El fallo en la discriminación entre 1 versus 2 es de particular interés porque representa una razón de 1:2 que sí fue discriminada en el presente estudio cuando los grupos eran más numerosos (4 vs. 8).…”

“…Dado que en el pez ángel la tendencia a asociarse con otros individuos de su misma especie es alta, y puesto que la separación de los compañeros y el ambiente novedoso (el acuario experimental) pone al individuo ante una situación potencialmente amenazante, se espera que el sujeto tienda rápidamente a unirse a los grupos de estímulo y preferencialmente (si es capaz de discriminar) al grupo mayor, ya que ofrece una mayor protección contra eventuales peligros. De hecho, una conducta similar se ha demostrado ya en estudios anteriores con esta especie (e.g., Gómez-Laplaza, 2005;Gómez-Laplaza & Gerlai, 2011) así como en otras especies de peces (Agrillo, Dadda, Serena, & Bisazza, 2008;.…”

“…Tras este período, en el momento de la discriminación, se permitió a los sujetos la visión de un solo pez de cada grupo para elicitar la respuesta de acercamiento. En otros estudios se ha demostrado que el pez ángel puede discriminar entre grupos de congéneres basándose solamente en claves visuales (e.g., Gómez-Laplaza, 2005;Gómez-Laplaza & Gerlai, 2011), y también ha mostrado ser capaz de discriminar entre grupos después de pequeños intervalos de retención (Gómez-Laplaza & Gerlai, 2015. Sin embargo, nunca se ha sometido a prueba la capacidad de discriminar entre grupos tras un intervalo de retención de 30 segundos.…”

Non-visual numerical discrimination in a blind cavefish (Phreatichthys andruzzii)

“…The capacity to discriminate discrete quantities permits animals to solve a wide range of problems in their natural environment, such as selecting the larger quantity of food items to optimize food intake (Garland et al, 2012) or joining the larger group of social companions to minimize the risk of being captured by predators (Hager and Helfman, 1991). To date, rudimentary numerical abilities have been described in non-human primates Vonk, 2014), other mammals (Baker et al, 2011;Kilian et al, 2003;Vonk and Beran, 2012;Panteleeva et al, 2013), birds (Garland et al, 2012;Hunt et al, 2008;Roberts, 2005), fish (Agrillo et al, 2012b;Buckingham et al, 2007;Gómez-Laplaza and Gerlai, 2011a) and even invertebrates (Pahl et al, 2013).…”