Décrypter les interactions entre poissons au sein d'un banc

Publié par Michel le 17/10/2012 à 00:00
Source: CNRS-INSB
Des chercheurs du CNRS, de l'IRD, du CEA et de l'Université Toulouse III - Paul Sabatier viennent de proposer une méthode systématique pour identifier les interactions qui existent entre les poissons d'un même groupe. Appliquée à des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) recueillies en aquarium, cette méthode a permis de construire (Le permis de construire ou permis de construction est un document officiel qui autorise la...) un nouveau modèle mathématique (Un modèle mathématique est une traduction de la réalité pour pouvoir lui appliquer les outils,...), qui reproduit de manière fiable la diversité des formes de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) observées chez des poissons pélagiques ainsi que la réponse d'un banc à certaines perturbations. Ces travaux, publiés dans PLoS Computational Biology, montrent en particulier que la vitesse (On distingue :) de nage des poissons contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) la transition entre les différents modes de déplacement collectif.

De très nombreuses espèces animales se déplacent en groupe. Ces déplacements collectifs s'accompagnent de la formation de structures spatiales et temporelles, dont l'échelle peut atteindre plusieurs ordres de grandeur différents. Dans ces groupes, la coordination des déplacements résulte d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) d'interactions entre les individus au cours desquelles ceux-ci échangent des informations et y répondent en adaptant leurs mouvements.


Figure: Transition entre deux formes de déplacement collectif observée grâce au modèle lorsque la vitesse de nage augmente dans des groupes de cent poissons nageant dans un espace libre. © CRCA

Pour caractériser les interactions qui existent au sein d'un banc de poissons, les chercheurs ont observé des groupes de Doules à queues rubanées (Kuhlia mugil) dans un bassin expérimental aquatique de quatre mètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...). Leur approche a globalement consisté à identifier puis quantifier le comportement des individus dans des groupes d'effectif croissant. Dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), les scientifiques ont analysé les trajectoires de poissons isolés pour construire un modèle de déplacement en milieu libre et de réaction du poisson (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18...) aux obstacles présents dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...). Dans un deuxième temps, ils ont étudié le comportement de groupes constitués de deux poissons dans le but de repérer les informations utilisées par les individus pour coordonner leur déplacement et de reconstruire les fonctions stimulus/réponse individuelles. Enfin, dans un troisième temps, ils ont élargi leur étude à des groupes de plus grand effectif pour examiner l'influence des voisins sur le déplacement individuel de chaque poisson (Dans la classification classique, les poissons sont des animaux vertébrés aquatiques...). Cette méthode incrémentale de modélisation a permis aux chercheurs d'établir un lien rigoureux entre le modèle construit et les données expérimentalement obtenues.

L'analyse des résultats a montré que la vitesse angulaire (En physique, et plus spécifiquement en mécanique, la vitesse angulaire ω, aussi appelée...) d'un poisson est modulée par trois types d'informations: la distance avant collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) avec un obstacle, la position et l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) d'un autre poisson situé dans son voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...). Par ailleurs, l'effet d'alignement des poissons est maximal lorsqu'ils sont proches les uns des autres, alors que l'effet d'attraction est maximal lorsqu'ils sont éloignés, ces deux effets se relayant de façon continue en fonction de la distance qui sépare les individus du groupe.

Les simulations du modèle intégrant l'effet de ces interactions sur le déplacement des poissons ont effectivement reproduit les caractéristiques des dynamiques de nage observées dans des groupes de petite taille, jusqu'à dix individus. Mais au-delà, l'augmentation de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) de poissons dans le bassin a engendré des modifications de la réactivité individuelle, suggérant une diminution de la tendance des poissons à interagir entre eux lorsqu'ils sont très nombreux au même endroit.

En outre, l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) des propriétés du modèle a permis de démontrer que l'augmentation de la vitesse de nage des poissons produit une transition dans le mode de déplacement collectif du groupe. Lorsque les poissons se déplacent lentement, un phénomène de "swarming" est observé: ils restent regroupés mais le degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) de polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments...) des nages est alors très faible. En revanche, lorsque la vitesse de nage des poissons augmente, le groupe adopte spontanément une direction commune de déplacement.

Ainsi, ces travaux permettent de mieux comprendre les mécanismes comportementaux et cognitifs qui gouvernent la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) des bancs de poissons et ouvrent la voie au développement de nouveaux outils de gestion des ressources halieutiques (1). La méthode générale de caractérisation et de modélisation des interactions exposée dans cette étude pourrait également être utilisée pour caractériser et modéliser les déplacements collectifs observés dans différents systèmes biologiques à différentes échelles.


Note:

(1) Les ressources halieutiques représentent les êtres vivants des milieux aquatiques exploités par l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo...).


Référence:

Deciphering interactions in moving animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un...) groups, Jacques Gautrais, Francesco Ginelli, Richard Fournier, Stéphane Blanco, Marc Soria, Hugues Chaté, Guy Theraulaz, PLoS Computational Biology (2012), 8(9):e1002678, doi:10.1371/journal.pcbi.1002678.
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.393 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique