"Se connecter uniquement"—E. La citation lapidaire de M. Forster capture une caractéristique essentielle de toute société, humain ou animal :les modèles d'interactions entre les individus à partir desquels les comportements collectifs surgissent. En développant un système qui permet d'automatiser, un suivi approfondi des interactions sociales des abeilles mellifères, les chercheurs ont maintenant découvert une propriété inattendue du réseau social des abeilles qui pourrait un jour nous aider à concevoir des systèmes de communication humains et machines plus efficaces.

L'équipe, qui comprenait des chercheurs en informatique, entomologie, la physique, et sciences mécaniques et ingénierie de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et de l'Université de Leipzig, décrit le travail dans une nouvelle publication dans le Actes de l'Académie nationale des sciences . Leur système de surveillance comportementale a été conçu pour tirer parti des avancées récentes en matière d'imagerie et d'analyse d'images. Étonnamment, il a révélé qu'un modèle particulier d'interactions sociales, associée à une diffusion lente de l'information dans les communautés humaines, semblait permettre une diffusion rapide de l'information parmi les abeilles.

"[L'objectif était] de comprendre comment quantifier la cohésion d'une société, " a déclaré le professeur de physique de l'Illinois Swanlund Nigel Goldenfeld. " Si des particules de gaz s'agglomèrent pour former un liquide, alors vous avez un nouveau comportement tel que la tension superficielle. . . les systèmes sociaux devraient également présenter des propriétés émergentes qui décrivent comment ils tiennent ensemble, mais nous n'avons pas encore de bon moyen de comprendre et de quantifier cela. » Goldenfeld est également responsable du thème de recherche sur la biocomplexité à l'Institut Carl R. Woese de biologie génomique (IGB).

Une façon de documenter les interactions individuelles entre les abeilles est de repérer la trophallaxie, un comportement dans lequel une abeille demande de la nourriture et son compagnon de nid répond en offrant une goutte de liquide sucré régurgité. A première vue, le trophallaxie ressemble à une abeille attrapant une collation, mais cet échange peut être riche non seulement en calories mais aussi en informations, y compris les signaux chimiques que l'abeille offrant la nourriture a produit ou reçu d'autres.

Cette caractéristique fait de la trophallaxie un comportement primordial à étudier, mais il serait presque impossible pour un observateur humain de documenter chaque événement dans une colonie sur une période de temps prolongée. Tim Gernat, un étudiant diplômé travaillant dans les laboratoires de Gene Robinson, Directeur de l'IGB et professeur Swanlund d'entomologie à l'Université de l'Illinois, et professeur de mathématiques et d'informatique à l'université de Leipzig Martin Middendorf, a entrepris de créer un système automatisé qui pourrait faire exactement cela.

Le dispositif expérimental était un mélange de haute technologie et de naturalisme. Des colonies d'abeilles mellifères logées dans des ruches à parois de verre ont été photographiées une fois par seconde, enregistrer des images qui comprenaient l'étiquette de code-barres carrée personnalisée collée sur le dos de chaque abeille. La galerie de photos résultante a constitué un enregistrement presque complet des interactions entre les membres de la colonie au cours de plus d'une semaine. Pour les scientifiques du réseau intéressés par les interactions sociales, un dossier aussi complet pour un si grand groupe représente une opportunité nouvelle et passionnante.

"Je crois que le moment était venu pour ce genre de travail, " dit Gernat. " L'impression haute résolution existe, des caméras haute résolution existent, différents types de codes-barres existent. . . ce qui était très difficile, et est toujours très difficile, est de suivre le comportement."

Gernat et ses collègues ont travaillé pour créer et affiner un logiciel qui pourrait signaler les échanges probables de nourriture entre les abeilles.

« Le plus grand défi technique était du côté expérimental :suivre les abeilles individuelles et détecter automatiquement leurs interactions, " dit Vikyath Rao, chercheur postdoctoral en physique à l'Illinois. Une fois ce défi relevé, le groupe avait une approche rapide et systématique pour générer un ensemble de données de réseau social sans égal par sa qualité et sa taille.

La portée du projet a permis aux chercheurs de porter un regard mathématiquement rigoureux sur la diffusion de l'information au sein d'un système social qui, malgré le nom trompeur de la reine, est un sans-chef, communauté décentralisée. Les abeilles mellifères coordonnent le comportement au niveau du groupe à travers des milliers de petites interactions qui peuvent sembler aléatoires à l'œil humain; y a-t-il un schéma caché à leurs rencontres ?

En étudiant le timing des interactions entre les abeilles, l'équipe a découvert que le réseau social des abeilles partageait une caractéristique clé avec les réseaux humains comme l'a aperçu l'activité des téléphones portables ou des médias sociaux :

Ce parallèle apparent entre les interactions sociales entre les humains et les abeilles cachait une surprise. Lorsque les chercheurs ont simulé à quelle vitesse une information (pour les abeilles, cela peut aller d'un signal chimique à un agent pathogène pathogène) peut se propager à travers le réseau, ils ont constaté que cela s'est produit rapidement, contrairement à la propagation lente trouvée dans les réseaux humains en rafales. Cette caractéristique était robuste aux changements de la démographie des colonies, réapparaissant même dans les réseaux d'interaction des ruches dont de nombreux individus avaient été soudainement retirés.

"Nous avons une structure en réseau et nous avons l'auto-organisation, butineuses et abeilles des ruches travaillant ensemble pour maintenir la fonction de la colonie, " dit Harry Dankowicz, Professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie à l'Université de l'Illinois. "Mais, y a-t-il un lien entre les deux ? Quelle forme cela pourrait-il prendre et que pourrions-nous apprendre d'une telle connaissance ? »

Cette collaboration interdisciplinaire est une étape dans un effort pour découvrir et s'inspirer des secrets des systèmes naturels auto-organisés.

« Le projet a ouvert plusieurs pistes prometteuses de travaux futurs, en commençant par explorer plus avant les principes sous-jacents qui font fonctionner le réseau des abeilles mellifères d'une manière si unique, et ce que cela pourrait signifier pour les réseaux sociaux humains, ", a déclaré Robinson.