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12 juin 2015 5 12 /06 /juin /2015 17:02
radeau de survie d'une colonie de fourmis de feu (Solenopsis invicta)

radeau de survie d'une colonie de fourmis de feu (Solenopsis invicta)

 

 

     Dans un précédent sujet, nous avons cherché à évaluer l’intelligence des animaux en tant qu’individus représentatifs de leur espèce (voir sujets apparentés en fin d'article). Il existe toutefois une autre forme d’intelligence animale, conséquence de l’activité commune d’un certain nombre de ressortissants d’une même espèce et qui peut être largement supérieure en termes de résultats à l’action de chacun des individus pris séparément. On évoque alors une intelligence de groupe que l’on peut trouver par exemple chez les oiseaux migrateurs, les bancs de poissons et surtout les insectes dits sociaux. Chez ces derniers, le produit de l’action du groupe est toujours infiniment supérieur à celui des individus pris isolément, non seulement en terme de force d’action, ce qui est aisément compréhensible, mais également et surtout pour l’intelligence de la réalisation qui aboutit presque toujours à un résultat surprenant. Ainsi, une fourmi isolée n’est guère intelligente et elle se révèle incapable d’accomplir des tâches un tant soit peu élaborées. Par contre, dès que l’on a affaire à un groupe suffisamment important de ces hyménoptères, les actions réalisées par leur association sont parfois extraordinaires. Comment se fait-il que des individus qui, solitaires, ne peuvent que très peu, trouvent ensemble des solutions parfois stupéfiantes grâce à ce qu’il faut bien appeler une « intelligence collective » ?

 

 

 

la somme du tout est bien supérieure à la somme des parties

 

 

     L’intelligence collective, c’est pour une espèce grégaire le fait de compenser la faiblesse de chacun de ses ressortissants par la possibilité de trouver ensemble et de mettre en ordre des actions parfois terriblement complexes. On y reviendra mais, d’ores et déjà, on peut souligner que seules les lois de l’Évolution adossées à la sélection naturelle sur un long, très long espace de temps sont capables d’expliquer ces réussites qui, aux yeux du profane, paraissent si extraordinaires qu’il en vient parfois à se demander s’il n’y a pas du créationnisme là-dessous : il n’en est à l’évidence rien. Prenons quelques exemples.

 

 

* des fourmis formidablement bien organisées

 

     Solenopsis invicta est une variété de fourmis originaires d’Argentine mais qui, à présent, peuple tout le sud des Etats-Unis ; on les surnomme les « fourmis de feu » en raison de leur grande agressivité et de la douleur occasionnée par leurs piqures.

       Leur réaction est très particulière lorsqu’une montée d’eau brutale (fréquente dans ces contrées) menace la fourmilière. Voilà que, à mesure que l’eau envahit leur habitat, des milliers d’ouvrières s’associent sur la surface de l'eau, s’accrochant les unes aux autres ici par les mandibules, là par leurs pattes. Chaque fourmi se trouve en contact par ses six pattes avec ses voisines, cherchant dans le même temps à les repousser le plus loin possible, créant ainsi de minuscules poches d’air dont la multiplication assure une bien meilleure flottabilité à l’ensemble.

     En quelques minutes se forme alors un véritable radeau vivant ! Les pupes et les larves - qui sont très légères - sont placées dans la partie immergée du radeau afin de servir de flotteurs tandis que la Reine est installée au centre de l’esquif. Celui-ci part alors à la dérive jusqu’à trouver un point de fixation (terre émergée, tronc d’arbre, etc.) où la colonie attendra patiemment la fin de l’inondation. Élément très particulier : le radeau vivant peut dériver des semaines avant de trouver un point de fixation jugé valable ! Ensuite, lorsque les conditions seront redevenues normales, il suffira aux fourmis de pratiquer la gymnastique inverse : la colonie est sauvée…

 

 

* la traversée du fleuve

 

    Bon nombre d’entre nous ont assisté, grâce aux documentaires animaliers, à la grande migration des gnous depuis les plaines du Serengeti, en Tanzanie jusqu’à celles de Masaï Mara au Kenya. Des dizaines de milliers de gnous accompagnés de quelques zèbres parcourent cette énorme distance à la recherche de nouveaux pâturages. Problème : pour rejoindre les terres convoitées, il faut que l’immense troupeau traverse la rivière Mara où les attendent des dizaines de crocodiles affamés regroupés à cet endroit précis chaque année à la même époque.

     Les scientifiques qui observent depuis longtemps ce drame inévitable sont arrivés à la conclusion que, si un zèbre s’appuie sur son intelligence propre qui est plus de dix fois supérieure à celle d’un gnou, les bovidés ont, eux, recours à une sorte d’intelligence collective : au total les gnous s’en sortent bien mieux que les zèbres. En effet, lorsque le gigantesque troupeau arrive sur la berge du fleuve, les premiers individus s’arrêtent, hésitent, piétinent, reculent tandis que les zèbres choisissent de traverser individuellement après avoir repéré les endroits qui leur paraissent les plus sûrs. Mais les nouveaux arrivants toujours plus nombreux repoussent de plus en plus les premiers gnous et l’un d’entre eux tombe finalement dans la rivière. Immédiatement, le troupeau entier se lance et, dans un énorme mouvement d’eau, fait reculer les crocodiles, circonspects devant le bruit et la masse qui s’approche d’eux. Bien sûr, des gnous seront happés au passage mais ce sont les zèbres qui traversent individuellement et latéralement qui feront souvent les frais du recul obligé des crocodiles…

     Arrivés sur l’autre rive, les gnous se séparent en différentes colonnes pour découvrir un passage et lorsque celui-ci est trouvé, tout le monde s’y engouffre, y compris les zèbres.

 

 

* la surveillance partagée

 

      Le Queléa ou « travailleur à bec rouge » (Quelea quelea) est un petit passereau connu pour être un des oiseaux les plus représentés au monde (un milliard et demi d’individus selon les dernières estimations). Habitant l’Afrique subsaharienne, ce petit oiseau (12 cm de long pour une quinzaine de grammes) est évidemment la victime de prédateurs, notamment les oiseaux de proie. Cependant, il lui faut bien se désaltérer et pour cela il a recours à une technique spéciale.

     Regroupés près du point d’eau, ce sont les plus anciens qui vont d’abord se désaltérer tandis que les plus jeunes, grimpés sur les branches les plus hautes, scrutent le ciel. D’autres quéleas se placent sur les branches les plus basses pour prévenir d’une attaque terrestre. C’est seulement, lorsque les premiers auront étanché leur soif que les oiseaux échangeront leur place de façon à ce que chacun soit servi… Un oiseau de proie est repéré ? Immédiatement, tous les quéleas s’envolent dans un immense nuage virevoltant empêchant le prédateur de se fixer sur une proie précise et le plus souvent il repart bredouille.

 

     On peut donc constater, dans chacun de ces exemples, que le résultat obtenu par l’interaction entre les différents individus d’un même groupe est bien supérieur à ce qu’auraient obtenu les différents participants pris isolément (à supposer même que ces individus aient pu intervenir réellement sur le problème posé). Comment un tel dispositif est-il possible ?

 

 

 

une intelligence partagée pour quelle

organisation ?

 

 

     Jusqu’à il y a peu, la plupart des scientifiques s’étant intéressés à l’intelligence collective des animaux pensaient que la structure de l’organisation permettant la réalisation d’attitudes communes était de nature pyramidale. En d’autres termes, l’organisation des sociétés animales était vue comme celle des hommes : des décisions transitant par une hiérarchie au sommet de laquelle présidait le chef suprême donneur d’ordre, par exemple la Reine qui, dans la société des abeilles,  « ferait passer des ordres » à des ouvrières afin d’appliquer un programme prédéterminé.

 

     L’éthologie moderne a tendance à rejeter ce modèle : une des raisons avancées est que les individus concernés, des fourmis par exemple, n’ont tout simplement pas les aptitudes individuelles pour mettre en œuvre un tel programme : leurs capacités cognitives sont trop limitées. Pourtant, des actions mettant en jeu des milliers de participants existent bien, comme on l’a vu dans les exemples précédents. Comment cela est-il possible ? Eh bien, on pense qu’il s’agit d’interactions élémentaires induites entre individus qui n’ont accès qu’à des informations locales simples, peu nombreuses et forcément parcellaires.

   

     En d’autres termes, des sollicitations automatiques passent d’un individu à l’autre entraînant des réponses programmées, par exemple l’accrochage à la fourmi voisine en cas de danger par les eaux. L’individu pris isolément n’a aucune notion de ce que sera le résultat définitif : il ne sait pas du tout à quelle architecture il participe ni quel est l’objectif final de l’entreprise.

 

 

 

l’optimisation des procédures

 

 

     Comment une procédure peut-elle alors s’imposer comme règle de conduite de la communauté alors qu’il n’existe aucun « ordre venu d’en haut » et comment les individus qui vont être amenés à participer à une action commune bénéfique pour l’ensemble ont-ils « choisi » de le faire ? Pour le comprendre, reprenons l’exemple, très instructif, des fourmis  car il s’agit de sociétés animales où le nombre des participants est immense alors que l’indépendance de chacun d’entre eux est quasi-nulle.

 

     Imaginons une fourmilière et des centaines de fourmis partant d’elle pour aller explorer les environs à la recherche de nourriture. On sait qu’une fourmi laisse une trace odorante, appelée phéromone, sur l’espace qu’elle emprunte : c’est sa façon de communiquer avec ses congénères et de retrouver sa propre trace. Pour se rendre à un point B situé à distance de la fourmilière, il existe de nombreux chemins différents empruntés par des dizaines d’individus. Imaginons que l’une des fourmis « ait trouvé », de façon totalement aléatoire, le chemin le plus court pour aller du point A (fourmilière) jusqu'au point B (source d’approvisionnement) : en toute logique, elle retournera plus vite au nid avant de repartir par son chemin qu’elle empruntera plus souvent que les autres fourmis le leur. Son action se répète donc à de nombreuses reprises et le chemin le plus court finit par être marqué par davantage de phéromones que les autres, attirant de ce fait d’autres individus qui se mettent à l’emprunter, accentuant le phénomène. En pareil cas, la fourmi responsable d’avoir découvert le chemin le plus court ne le sait pas ; mieux encore, à aucun moment elle n’a cherché à communiquer l’information aux autres et pourtant celle-ci a fini par passer : il s’agit là d’un phénomène auto-organisé.

 

     Pour de nombreux problèmes se posant à une communauté d’animaux sociaux, l’acquisition de la solution la plus profitable à l’ensemble suit donc un tel schéma informatif. Mais, bien sûr, pour qu’une information demeure intacte au fil des générations, il faut davantage, comme on le verra plus loin.

 

 

 

critères d’intelligence collective

 

 

     On trouve des éléments d’intelligence collective chez d’assez nombreux animaux : les oiseaux, par exemple, sont capables de voler en groupe de façon à économiser les énergies de chacun (c’est le cas des oies sauvages dont la formation en V permet d’étendre la distance de vol, chaque individu profitant de l’aspiration de son prédécesseur) ou bien de réagir conjointement à la menace d’un prédateur. Ce type d’auto-organisation se rencontre également chez les petits poissons grégaires et permet au banc de répondre « comme un seul homme » aux différents stimuli extérieurs, notamment menaçants. C’est toutefois chez les insectes sociaux comme les fourmis, termites et autres abeilles que le modèle est porté à son paroxysme. Reprenons l’exemple des fourmis. Quels sont les critères d’organisation nécessaires à l’apparition d’une réponse collective adaptée ? On peut individualiser les suivants :

 

* l’information : les capacités cognitives de la fourmi en tant qu’individu sont, on l’a déjà souligné, limitées ce qui fait que chaque fourmi a finalement peu d’informations sur la fourmilière elle-même (il est d’ailleurs probable qu’elle ne sait rien de son organisation générale et de sa fonction globale). En revanche, grâce aux phéromones échangées, un individu est en contact avec ses voisins immédiats avec lesquels il peut échanger des informations locales ;

 

 * l’organisation par division des tâches : la Reine, bien sûr, est l’avenir de la colonie (il est d’ailleurs dommage d’avoir donné ce nom à cet individu primordial puisque, comme on l’a déjà dit, la décision d’action n’est pas pyramidale), les ouvrières, petites et accédant à l’ensemble de la fourmilière et les soldats, plus robustes et affectés à la surveillance et à la défense de l’ensemble. Ajoutons que chez d’autres animaux sociaux comme les abeilles, les rôles sont encore plus pointus, les ouvrières étant elle-même très spécialisées (voir le sujet : insectes sociaux et comportements altruistes). Quoi qu’il en soit, nos fourmis sont capables d’accomplir des tâches spécifiques comme collecter la nourriture, défendre la colonie, nourrir le reine et les larves, etc. Toutefois, on sait que, en cas de besoin, un individu peut changer complètement d’activité et on a souvent vu des fourmis ouvrières se battre et défendre l’entrée du nid contre des envahisseurs en cas de présence insuffisante des fourmis soldats. Cette faculté de changement traduit une certaine plasticité dans la division des tâches et pose une question : comment un individu dont on a dit que ses capacités étaient très limitées peut-il basculer ainsi dans un autre fonctionnement ?

 

* flexibilité et seuil de réponse : selon la « spécialisation » d’un individu, son seuil de réponse à une action sera plus ou moins important. Par exemple, il faudra peu de sollicitation pour qu’une fourmi ouvrière s’occupant plutôt de nourrir les larves le fasse effectivement puisque c’est sa fonction première. En revanche, son seuil de réponse est plus élevé pour, par exemple, défendre l’entrée de la colonie : ici, il lui faudra bien plus de stimuli pour qu’elle se « reconvertisse ». Or, nous avons vu que ce sont des informations locales qui font réagir une fourmi. Peu de sollicitations : elle accomplit sa tâche habituelle. Des sollicitations beaucoup plus importantes face à une menace (excès de phéromones, désorganisation locale, présence de « senteurs » étrangères, etc.) : elle se bat. Une sollicitation extrême, par exemple la fourmilière est inondée et certaines variétés de fourmis (décrites plus haut) s’accrochent les unes aux autres pour former un radeau flottant…

 

 

 

Pérennisation des comportements

 

 

     Ce que nous venons de décrire pour les fourmis concerne des attitudes collectives souvent compliquées résultant d’attitudes individuelles simples. On peut se demander comment de tels comportements ont pu se maintenir au fil du temps Il est évidemment exclu qu’un comportement collectif comme le radeau vivant des fourmis Solenopsis soit redécouvert par hasard à chaque fois qu’une colonie de ce genre est menacée par la montée des eaux. Il est également impossible que, chez des fourmis aux capacités individuellement si limitées, ce comportement ait été acquis par apprentissage (comme chez certains animaux intellectuellement plus évolués).

 

      Il s’agit donc forcément d’un instinct génétique et, en reprenant l’exemple du « radeau vivant » mais c’est vrai pour tous les autres acquis génétiques, on peut imaginer les choses de la façon suivante : les fourmis Solenopsis ont été confrontées depuis toujours aux inondations qui ont vu dans la plupart des cas disparaître des colonies entières. Et cela a duré pendant une période de temps immense, à savoir des centaines de milliers, voire des millions d’années. Puis, un jour, apparaît une mutation (chromosomique ou épigénétique) qui fait que, face à la menace de l’eau, un individu s’accroche à un autre pour se sauver. La mutation « accrochage à l’autre » n’est théoriquement intéressante qu’en cas de danger et elle apparaît chez une Reine, seule à même de donner des descendants. La mutation est transmise aux ouvrières qui, toutefois, ne sont nullement gênées par elle dans leur existence habituelle. Elle se maintient donc. En revanche, face au danger des eaux, la colonie porteuse de la mutation sera plus souvent sauvée que les autres et essaimera plus facilement d’où la diffusion progressive de cet élément favorable à la survie des colonies de ces fourmis.

 

 

 

L’intelligence collective

 

 

     Les animaux supérieurs qui chassent en bande (loups, lionnes, primates, etc.) montrent une sorte d’intelligence collective, ou du moins de groupe, puisque leur association leur permet d’obtenir des résultats qu’aucun d’entre eux n’aurait obtenu seul. Toutefois, il s’agit à mon sens de la limite d’une telle appellation : les animaux concernés ici possèdent des facultés cognitives bien supérieures aux insectes précédemment cités (et donc une bien plus grande liberté individuelle) et, d’autre part, le nombre des individus présents dans l’action est beaucoup plus faible. Ce type d’intelligence relève certainement plus de la coordination et de l’organisation que l’on retrouve dans un travail collaboratif, voire un travail d’équipe.

 

     À l’autre bout de l’échiquier se situe l’espèce humaine car l’intelligence collective la plus élaborée sur Terre est incontestablement celle des hommes : eux seuls ont réussi à s’affranchir de la communication locale entre individus (qui existe évidemment mais n’est plus primordiale) mais la comparaison s’arrête là. En effet, grâce à l’accumulation et à la transmission des connaissances acquises d’une génération à l’autre, l’aspect génétique évoqué pour les insectes sociaux est ici absent et toute comparaison est illusoire.

 

     L’intelligence collective proprement dite relève donc bien des sociétés animales sociales, sociétés d’autant plus performantes que l’aspect individuel est le moins présent possible. Elle traduit une faculté d’adaptation assurément très particulière et souvent très performante à moindre coût. Finalement assez mal connue, cette forme d’organisation mériterait que l’on s’y intéresse de près car elle a certainement beaucoup à nous apprendre.


 
 

 

Note brêve : rôle social des fourmis et épigénétique

 

Chez les fourmis, on naît ouvrière ou soldat et on le reste toute sa vie. Du moins, c'était le cas jusqu'ici. Car des biologistes de l'université de Pennsylvanie (Etats-Unis) ont réussi à inverser leurs rôles. Sans modifier leurs gènes mais en leur injectant des enzymes qui modulent l'expression des gènes par un simple changement de configuration de l'ADN. Un contrôle dit épigénétique qui pourrait jouer un rôle dans d'autres comportements sociaux chez la fourmi... et même chez l'homme.

(revue Science & Vie, avril 2016, n° 1183)


 

 

Sources :

 

1. Wikipedia France

2. Science et Avenir, n° 181, avril-mai 2015

3. CNRS (http://www.cnrs.fr/)

4. Encyclopaedia Britannica

5. http://www.animogen.com/

 

 

 

Images :

 

1. radeau de survie de fourmis Solenopsis (sources : journaldelascience.fr)

2. radeau de survie Solenopsis bis (sources : sweetrandomscience.blogspot.fr)

3. migration de gnous dans le Serengeti (sources : gentside.com)

4. Quélea (sources : calphotos.berkeley.edu)

5. fourmilière (sources : agoumatine.centerblog.net)

6. combat de fourmis ouvrières (sources : war2100.fr)

7. meute de loups (cources : loup.org)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

 

 

Mots-clés : intelligence de groupe - hyménoptères - sélection naturelle - migration des gnous - organisation non pyramidale - information locale - phéromone - phénomène auto-organisé - plasticité comportementale

(les mots en blanc renvoient à des sites d'information complémentaires)

 

Sujets apparentés sur le blog

 

1. le rythme de l'évolution des espèces

2. insectes sociaux et comportements altruistes

3. intelligence animale (1)

4. intelligence animale (2)

 

 

 

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Dernière mise à jour : 18 avril 2016

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Published by cepheides - dans éthologie
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Carême-Prenant 14/06/2015 14:52

Bonjour Céphéides et merci pour cet intéressant article. J'aimerais savoir si vous pensez que les organisations collectives des animaux pourraient servir d'exemples ou de modèles pour l'organisation des sociétés humaines ?

cepheides 15/06/2015 16:27

Bonjour Carême-Prenant. Comme cela est dit dans le texte, l'organisation des humains, par la transmission écrite et audiovisuelle des connaissances, n'est nullement comparable à l'organisation collective des animaux. De plus, il s'agit d'une organisation pyramidale où l'individu est relativement libre d'interpréter ou non les ordres (il est vrai que l'on pourrait en discuter longuement).
En revanche, il est des domaines techniques où cette organisation animale pourrait nous apprendre beaucoup : je pense, entre autres, aux matériaux supraconducteurs, aux nanoparticules (notamment à titre thérapeutique), voire aux systèmes d'information en réseaux du type d'Internet. Comprendre les interactions entre les membres des sociétés animales à intelligence collective permettrait sans doute de mieux organiser certains de ces outils.

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