Aujourd’hui, des scientifiques étudiant le poisson zèbre ont montré que les voisins pourraient également suivre le même rythme. L’équipe a révélé que les poissons nageant par paires se déplaçaient à tour de rôle; et ils ont synchronisé le timing de ces mouvements dans un processus bidirectionnel connu sous le nom de réciprocité. Ensuite, dans des expériences de réalité virtuelle, l'équipe a pu confirmer que la réciprocité était la clé du mouvement collectif :en mettant en œuvre cette règle rythmique, ils ont pu recréer le comportement naturel de formation des poissons et de leurs congénères virtuels.

L'étude publiée dans Nature Communications a été dirigé par des scientifiques du Cluster of Excellence Collective Behaviour de l'Université de Constance et de l'Institut Max Planck du comportement animal en Allemagne (MPI-AB).

Les résultats fournissent des détails mécanistiques supplémentaires à notre compréhension de la façon dont les animaux s’auto-organisent en collectifs en mouvement. "Nous montrons qu'il faut deux poissons pour danser le tango", explique le premier auteur Guy Amichay, qui a mené les travaux alors qu'il était doctorant au MPI-AB.

"Les poissons coordonnent le timing de leurs mouvements avec celui de leurs voisins, et vice versa. Ce couplage rythmique bidirectionnel est une force importante, mais négligée, qui lie les animaux en mouvement."

La synchronie de l'essaim

Les animaux se déplaçant de manière synchronisée sont les exemples les plus frappants de comportement collectif dans la nature; Pourtant, de nombreux collectifs naturels se synchronisent non pas dans l'espace, mais dans le temps :les lucioles synchronisent leurs éclairs, les neurones synchronisent leur déclenchement et les humains dans les salles de concert synchronisent le rythme des applaudissements.

Amichay et l'équipe étaient intéressés par l'intersection des deux ; ils étaient curieux de voir quelle synchronie rythmique pouvait exister dans le mouvement des animaux.

"Les mouvements des animaux sont plus rythmés que ce à quoi on pourrait s'attendre", explique Amichay, aujourd'hui chercheur postdoctoral à l'Université Northwestern, aux États-Unis. "Dans le monde réel, la plupart des poissons ne nagent pas à des vitesses fixes, ils oscillent."

En utilisant des paires de poissons zèbres comme système d’étude, Amichay a analysé leur nage pour décrire le schéma précis de leur mouvement. Il a constaté que les poissons, bien que se déplaçant ensemble, ne nagaient pas en même temps. Au contraire, ils alternaient de telle sorte que l'un bougeait, puis l'autre bougeait, "comme deux jambes qui marchent", dit-il.

L’équipe a ensuite étudié comment les poissons parvenaient à alterner. Ils ont généré un modèle informatique avec une règle empirique simple :doublez le retard de votre voisin.

La règle de réciprocité

L’étape suivante consistait à tester ce modèle informatiquement, ou in silico. Ils placent un agent à battre avec des séquences de mouvements fixes, comme un métronome. L'autre agent a répondu au premier en mettant en œuvre la règle rythmique "doubler le délai".

Mais dans cette interaction à sens unique, les agents ne se déplaçaient pas selon le schéma alterné observé chez les vrais poissons. Toutefois, lorsque les deux agents réagissaient l’un à l’autre, ils reproduisaient le schéma d’alternance naturel. "C'était la première indication que la réciprocité était cruciale", explique Amichay.

Mais la reproduction d’un comportement naturel dans un ordinateur n’était pas la fin de l’étude. L'équipe s'est tournée vers la réalité virtuelle pour confirmer que le principe découvert fonctionnerait également sur de vrais poissons.

"La réalité virtuelle est un outil révolutionnaire dans les études sur le comportement animal car elle nous permet de contourner la malédiction de la causalité", déclare Iain Couzin, conférencier au Cluster of Excellence Collective Behaviour de l'Université de Constance et directeur du MPI-AB.

Dans la nature, de nombreux traits sont liés et il est donc extrêmement difficile d'identifier la cause du comportement d'un animal. Mais grâce à la réalité virtuelle, Couzin affirme qu'il est possible de « perturber précisément le système » pour tester l'effet d'un trait particulier sur le comportement d'un animal.

Un seul poisson a été placé dans un environnement virtuel avec un avatar de poisson. Dans certains essais, l'avatar était configuré pour nager comme un métronome, ignorant le comportement du vrai poisson. Dans ces essais, les vrais poissons n'ont pas nagé selon le schéma alterné naturel avec l'avatar. Mais lorsque l'avatar a été configuré pour répondre aux vrais poissons, dans une relation réciproque bidirectionnelle, ils ont retrouvé leur comportement alternatif naturel.

Partenaires à tour de rôle

"Il est fascinant de voir que la réciprocité est à l'origine de ce comportement de tour de rôle chez les poissons nageurs", déclare le co-auteur Máté Nagy, qui dirige le groupe de recherche sur le comportement collectif MTA-ELTE à l'Académie hongroise des sciences, "car ce n'est pas toujours le cas. dans les oscillateurs biologiques. Les lucioles, par exemple, se synchroniseront même lors d'interactions à sens unique.

"Mais pour les humains, la réciprocité entre en jeu dans presque tout ce que nous faisons en couple, que ce soit la danse, le sport ou la conversation", explique Nagy.

L’équipe a également fourni la preuve que les poissons couplés au moment des mouvements avaient des liens sociaux plus forts. "En d'autres termes, si vous et moi sommes couplés, nous sommes plus en phase l'un avec l'autre", explique Nagy.

Les auteurs affirment que cette découverte peut radicalement changer la façon dont nous comprenons qui influence qui dans les groupes d’animaux. "Nous pensions que dans un groupe très occupé, un poisson pouvait être influencé par n'importe quel autre membre qu'il pouvait voir", explique Couzin. "Maintenant, nous voyons que les liens les plus marquants pourraient exister entre des partenaires qui choisissent de se synchroniser rythmiquement."