L'étude, publiée sous forme de prépublication révisée dans eLife , est décrit comme d'une importance fondamentale par les éditeurs, fournissant de nouvelles informations sur les paramètres de préservation de l'énergie parmi les poissons en bancs. La force des preuves étayant les observations sur la dynamique des poissons en avance et en retard est considérée comme convaincante.

"On pense que les interactions de flux permettent aux animaux nageurs et volants d'économiser de l'énergie lorsqu'ils se déplacent en groupe, mais mesurer ces économies d'énergie est un défi", explique Sina Heydari, co-auteure principale, chercheuse postdoctorale au Département de génie aérospatial et mécanique de l'Université de Californie du Sud, États-Unis.

"Bien que les chercheurs aient proposé des mécanismes permettant d'économiser de l'énergie pour chaque configuration de nage, il n'y a eu aucune comparaison, à ce jour, de l'efficacité des différentes configurations les unes par rapport aux autres."

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé un modèle informatique capturant les caractéristiques hydrodynamiques de poissons nageurs seuls ou en paires, représentant chaque poisson comme un hydroptère nageant librement subissant des oscillations à son bord d'attaque. Le modèle a ensuite été utilisé pour analyser comment les interactions de flux amènent les nageurs battant tous dans la même direction à s'auto-organiser.

Lorsque les poissons d'un banc se déplacent « en phase », leurs mouvements sont synchronisés de telle sorte qu'ils semblent se déplacer comme une seule unité cohérente. Lorsque les poissons en bancs se déplacent « anti-phase », leurs mouvements sont désynchronisés, créant un motif semblable à une vague au sein du banc, où le mouvement de chaque poisson est contrebalancé par le mouvement d'un autre. Les deux modèles ont été suggérés pour aider à une nage efficace, en fonction des conditions environnementales.

L’équipe a découvert que lorsque les bancs de poissons s’auto-organisent en formation côte à côte et battent en phase, ils partagent également les avantages hydrodynamiques. Cependant, contrairement à certains rapports précédents, ils ont constaté que lorsque les poissons battent des battements de manière anti-phase, cela augmente la demande d'énergie à un niveau plus élevé que s'ils nageaient seuls.

En revanche, dans les formations tandem (en ligne ou en diagonale) où il y a un leader et un suiveur, les avantages hydrodynamiques reviennent entièrement au suiveur.

En simulant la dynamique d'écoulement de différentes formations, le modèle fournit des informations qui peuvent être appliquées comme outil prédictif aux données de simulation et expérimentales. En effet, l'équipe a utilisé cette approche pour expliquer les mécanismes conduisant à la dispersion dans des groupes plus importants de nageurs en ligne et pour prédire quand le sillage d'un groupe de nageurs en tête n'offre aucun bénéfice énergétique aux poissons qui suivent.

Ils ont découvert qu'à mesure que le nombre de nageurs augmente, les formations côte à côte restent robustes, mais les formations en ligne deviennent instables au-delà d'un nombre critique de nageurs.

Les simulations, ainsi que les données d'expériences précédentes, suggèrent également un lien fascinant entre la physique des flux et des traits sociaux tels que l'avidité et la coopération. Des expériences ont montré que, lorsqu'ils sont mis au défi de maintenir des vitesses de nage élevées, les poissons se réorganisent côte à côte à mesure que la vitesse augmente.

Cette étude a révélé que les formations côte à côte offrent la répartition la plus équitable de l'effort, ce qui suggère que les poissons sont obligés de coopérer lorsqu'ils sont confrontés à un fort courant de fond.

En l’absence de ce défi, ils se positionnent spatialement comme bon leur semble, sans vraiment se soucier du partage équitable des bénéfices hydrodynamiques. En effet, dans les formations en ligne en tandem, les flux générés présentent de sérieux obstacles pour que des nageurs supplémentaires rejoignent la ligne en aval.

"Nous pourrions qualifier ces formations de gourmandes, ne laissant aucune ressource dans l'environnement aux nageurs qui traînent", explique le co-auteur principal Haotian Hang, titulaire d'un doctorat. candidat au Département de génie aérospatial et mécanique, Université de Californie du Sud. " Ceci, combiné à notre interprétation selon laquelle la coopération pour parvenir à un partage équitable des avantages hydrodynamiques est forcée et non innée, soulève une hypothèse intéressante :que le repositionnement dynamique des membres au sein de l'école est motivé par la cupidité et la compétition, plutôt que par la coopération. "

eLife Les éditeurs de concluent que cette étude fournit des informations intéressantes sur le couplage énergétique en ce qui concerne la dynamique de nage en groupe, mais qu'une clarification supplémentaire concernant les degrés de liberté et les plages de paramètres dans le modèle renforcerait davantage les résultats.

"Comprendre comment la disposition spatiale des individus au sein d'un groupe influence les coûts énergétiques du mouvement fournit un aperçu de l'évolution des structures sociales, de l'allocation des ressources et de l'aptitude de chaque individu lorsqu'il s'agit de se nourrir, de s'accoupler et d'échapper aux prédateurs", explique l'auteur principal Eva Kanso. , Zohrab A. Kaprielian Fellow en ingénierie et professeur de génie aérospatial et mécanique à l'Université de Californie du Sud.

"Il pourrait également être utilisé pour guider la conception de systèmes d'ingénierie bioinspirés tels que des essaims de véhicules robotiques autonomes sous l'eau ou en vol, qui collaborent pour accomplir une tâche souhaitée de la manière la plus efficace."