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Posté par Isabelle le Samedi 16/12/2017 à 12:00
Comment les poissons interagissent et coordonnent leurs déplacements dans un banc
Les mécanismes qui gouvernent les déplacements collectifs de bancs de poissons, de nuées d'oiseaux ou de troupeaux de mammifères restent encore mystérieux. Comment les individus interagissent-ils au sein de ces groupes pour coordonner leurs mouvements et quels types d'informations utilisent-ils pour cela ? Des chercheurs du Centre de recherches sur la cognition animale et du Laboratoire de physique théorique (La physique théorique est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois physiques et en développe le formalisme mathématique.), en collaboration avec des équipes du Centre des sciences de la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en informatique ou...) de Bristol, de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Roehampton à Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du Royaume-Uni. Fondée il y a plus de 2 000 ans par les...) et de l'Université Normale à Pékin (Pékin (ou Beijing) (?? ; pinyin : B?ij?ng   Écouter la prononciation en mandarin , « la capitale du nord ») est la capitale et l'un des centres culturels de la République...), ont étudié comment des poissons s'influencent mutuellement lorsqu'ils effectuent collectivement des changements spontanés de direction. Les résultats publiés le 21 novembre 2017 dans la revue Plos Computational Biology, montrent que pour coordonner leurs déplacements les poissons interagissent avec un petit nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de leurs voisins et changent régulièrement les individus sur lesquels ils portent leur attention.


Figure 1. Amorce d'un demi-tour collectif dans un groupe de nez rouges (Hemigrammus rhodostomus)

Les déplacements collectifs de groupes d'animaux constituent un des phénomènes les plus spectaculaires observés dans la nature. Ces mouvements collectifs résultent d'interactions locales entre les individus et s'accompagnent de la formation de structures spatiales et temporelles à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande...). Ces comportements collectifs jouent un rôle fondamental dans la défense du groupe, améliorant ainsi la capacité de survie des individus. Pour comprendre les propriétés de ces mouvements collectifs, il est important de caractériser la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des interactions entre individus. Pour cela les chercheurs ont étudié une espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la...) de petit poisson (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18 avril. Dans l'ordre du zodiaque, elle se situe entre le Verseau à l'ouest et le Bélier...) tropical le nez rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) (Hemigrammus rhodostomus) dont le comportement de nage en banc est très prononcé. Les déplacements de chaque individu (Le Wiktionnaire est un projet de dictionnaire libre et gratuit similaire à Wikipédia (tous deux sont soutenus par la fondation Wikimedia).) dans un groupe étaient suivis automatiquement au moyen d'un logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les instructions de traitement, regroupées sous forme de...). Pour caractériser la dynamique des interactions entre les poissons lorsqu'ils changent collectivement de direction, les chercheurs ont développé un algorithme qui analyse les trajectoires individuelles et détermine pour chaque poisson (Dans la classification classique, les poissons sont des animaux vertébrés aquatiques à branchies, pourvus de nageoires et dont le corps est le plus souvent couvert d'écailles. On...) et à chaque instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une...) quels sont parmi ses voisins ceux qui influencent son déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la...).

Ces expériences ont montré que lorsqu'un groupe de poissons change de direction, les individus alternent des phases au cours desquelles ils copient la direction de déplacement d'un ou parfois deux voisins simultanément, et des phases au cours desquelles ils se déplacent sans être influencés par leurs voisins. Pour coordonner leurs nages et prendre collectivement des décisions, chaque poisson ajuste donc ses déplacements sur un très petit nombre de ses voisins et change régulièrement l'attention qu'il porte aux autres poissons situés dans leur voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la continuité en tout...). L'analyse permet ainsi de retracer comment le changement de comportement d'un des membres du groupe se propage aux autres individus et détermine les changements collectifs de la direction du déplacement du groupe.


Figure 2. Reconstruction des interactions entre poissons au sein d'un groupe de 5 poissons lors d'un demi-tour collectif. (A) Trajectoires individuelles durant le demi-tour. Les flèches indiquent la direction de déplacement du groupe (B) Visualisation de la dynamique des interactions entre les poissons au cours du même demi-tour. Les flèches dont la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s)...) est celle du poisson dont le déplacement est influencé, indiquent la direction de propagation de l'information: du poisson influent vers le poisson influencé.

La compréhension des mécanismes de traitement collectif de l'information chez les animaux vivant en groupe ou en sociétés plus organisées comme les insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large public d'amateurs et de naturalistes. Produite par l'Office pour les insectes et leur environnement (association loi...) sociaux, ouvre des perspectives pour le développement d'algorithmes bio-inspirés permettant le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) distribué de systèmes artificiels comme des essaims de drones, qui pourraient être de plus en plus fréquemment utilisés pour des opérations de surveillance et de sauvetage.

Référence publication:
Identifying influential neighbors in animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire...) flocking.
Jiang L, Giuggioli L, Perna A, Escobedo R, Lecheval V, Sire C, Han Z, Theraulaz G.
PLoS Comput Biol. 2017 Nov 21;13(11):e1005822. doi: 10.1371/journal.pcbi.1005822.

Contacts chercheurs:
Guy Theraulaz
Centre de Recherches sur la Cognition Animale (CRCA) - CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) UMR 5169 ? Université Paul Sabatier - Centre de Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres...) Intégrative (CBI) & Institute for Advanced Study in Toulouse (IAST)

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Source: CNRS-INSB