Publié le: 11 mars 2025 / mise à jour de: 11 mars 2025 - Auteur: Konrad Wolfenstein
Blackistening and Swarm Research avec la réalité virtuelle: les scientifiques allemands analysent les sauterelles - Image: Xpert.Digital
La recherche VR révèle de nouvelles structures dans les sauterelles
Percée chez les sauterelles: théories à long terme réfutées
La sauterelle du désert a eu une réputation terrifiante pour les temps bibliques. Avec des raves de jusqu'à 50 millions d'individus, ce type d'insecte peut provoquer des dommages dévastateurs en mangeant des zones entières de nure et ainsi en danger la sécurité nutritionnelle. Maintenant, des chercheurs de l'Université de Konstanz et de l'Institut Max Planck de biologie comportementale ont acquis des connaissances révolutionnaires sur l'organisation de ces essaims et ont réfuté de nombreuses années de théories. Avec l'aide de la technologie innovante de la réalité virtuelle, les scientifiques ont pu démontrer que les essaims de sauterelles sont fondamentalement différents de ce qui était supposé précédemment. Cette étude publiée dans la célèbre revue spécialisée «Science» renverse les modèles explicatifs précédents à l'envers et fournit des informations importantes qui pourraient contribuer à la meilleure prédiction et au combat des sauterelles.
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Le phénomène des sauterelles et leur signification mondiale
Les sauterelles du désert (Schistocerca gregaria) sont parmi les exemples les plus impressionnants de comportement collectif dans la faune. Le vol qui est incapable de voler, donc les nymphes, vivent initialement en tant qu'individus locaux. Dans certaines conditions, cependant, ils se réunissent pour former d'énormes raves et commencer à faire de la randonnée - pas sans but, mais dans un mouvement coordonné, comme s'ils étaient contrôlés de manière centralisée. Ces énormes collectifs d'insectes peuvent inclure jusqu'à 50 millions d'animaux et représenter ainsi l'un des plus grands collectifs d'animaux de notre planète.
Les effets de ces sauterelles sont dévastateurs. Selon les chercheurs, ils menacent les moyens de subsistance de chaque dixième personne dans le monde. Un exemple concret de cela a fourni la peste massive de sauterelles sur la corne de l'Afrique entre 2019 et 2020, ce qui a dévasté la production agricole et a déclenché une famine. La recherche scientifique des mécanismes qui conduisent à la formation et au mouvement de ces essaims ne constitue donc pas seulement un intérêt théorique, mais a également une importance pratique considérable pour la sécurité nutritionnelle mondiale.
La théorie précédente: les sauterelles comme une «particule auto-ajustée»
Pendant des décennies, le comportement collectif des sauterelles a été expliqué à l'aide d'un concept de la physique théorique. Dans ce modèle, les insectes sont considérés comme des «participants autopropulsés» (particules autonomes), qui alignent leurs positions et leurs directions de mouvement sur leurs voisins immédiats. Cette théorie suppose qu'il est suffisant si les individus ne «se mettent pas dans une rangée» avec leurs voisins directs afin de créer un mouvement cohérent à travers tout l'essaim.
Un autre élément central de cette explication précédente était l'hypothèse selon laquelle la densité des animaux est un facteur décisif pour la transition du mouvement du flotteur désordonné. Selon cette hypothèse, la transition vers un mouvement coordonné commence dès qu'il y a suffisamment d'animaux dans un espace limité. Cette théorie semblait si convaincante qu'elle a servi pendant des décennies en tant que modèle standard pour expliquer les mouvements collectifs dans la faune.
Fait intéressant, des recherches antérieures menées par Iain Couzin, qui est également impliquée dans la présente étude, avait déjà fourni d'autres résultats surprenants sur le comportement essaim des sauterelles. Son équipe a découvert que le cannibalisme pourrait être un facteur de conduite pour les mouvements de randonnée - les sauterelles avancent afin de ne pas être mangée par derrière. Cette prise de conscience a déjà indiqué qu'un comportement plus complexe pourrait jouer un rôle que de simples réactions physiques.
L'approche de recherche innovante: la réalité virtuelle révèle les secrets de l'essaim
Afin de mieux comprendre les interactions complexes dans les crédits de The Grasshopper, l'équipe de recherche autour d'Iain Couzin du collectif de la Cluster of Excellence à l'Université de Constance et du Max Planck Institute for Behavioral Biology sur une approche révolutionnaire: la réalité virtuelle (VR). "Comme on le sait, il est difficile de reconnaître les mécanismes d'interaction dans les groupes mobiles d'animaux", explique Couzin. "Les individus s'influencent mutuellement et sont également influencés par le comportement des autres, dans une interaction complexe."
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé une configuration VR sophistiquée. Les herbes vivantes individuelles ont été placées sur une boule mobile, similaire à un tapis roulant afin qu'ils puissent se déplacer librement. Autour, les scientifiques ont projeté jusqu'à 64 sauterelles virtuelles réalistes, afin que les vrais insectes croyaient qu'ils étaient dans un essaim naturel. Cette méthode innovante a permis aux chercheurs de vérifier précisément quelles informations de l'herbe vivantes étaient disponibles - combien d'autres animaux étaient dans leur environnement et dans quelle direction ils étaient.
Dans une expérience particulièrement révélatrice, les chercheurs ont placé de vraies sauterelles entre deux essaims virtuels à trois dimensions. Cet arrangement de test leur a permis de tester si les animaux réagissent réellement au comportement de leurs voisins directs, comme cela le supposait précédemment, et se déplacerait avec eux comme un béguin uniforme.
Résultats surprenants: un changement de paradigme dans la recherche d'essaims
Les résultats des expériences ont été surprenants et ont fondamentalement remis en question la théorie précédente. Contrairement à l'attente des chercheurs, les vraies sauterelles ne se sont pas déplacées dans le cadre d'un grand essaim uniforme dans la même direction. Au lieu de cela, ils se sont tournés vers l'un des essaims virtuels et ont couru spécifiquement vers eux.
Cette observation a montré aux scientifiques que la «réaction optomotrice», un réflexe inné, qui fait suivre les sauterelles qui suivent les impressions sensorielles du mouvement - n'est pas la cause du mouvement collectif coordonné. En fait, les chercheurs n'ont trouvé aucune preuve que les sauterelles alignent leur position et leur direction de mouvement en fonction de leurs voisins.
"Les animaux individuels ne sont pas des particules", explique Iain Couzin. "Nous devons voir les sauterelles comme des sujets cognitifs et agissants qui observent leur environnement et, sur cette base, prennent leurs décisions là où ils vont ensuite." Les chercheurs supposent maintenant que le développement d'un essaim dépend beaucoup plus de chaque sauterelle individuelle qu'on ne le supposait précédemment.
Les expériences ont également montré que les animaux déviaient parfois du parcours conjoint, même s'ils avaient deux essaims à côté d'eux qui fonctionnaient dans la même direction. De plus, l'équipe n'a trouvé aucune preuve que la densité des individus, comme le supposait précédemment, était le facteur de déclenchement du mouvement Swarm.
Importance pratique pour lutter contre les sauterelles
Les nouvelles découvertes ont des implications pratiques de grande envergure. Une meilleure compréhension des mécanismes fondamentaux de la formation et du mouvement des essaims pourrait aider à prédire le comportement des insectes et à développer des stratégies plus efficaces pour lutter contre les gammes d'herbe.
Compte tenu du fait que les sauterelles menacent les moyens de subsistance de toutes les dixième personnes, l'importance de cette recherche ne devrait pas être sous-estimée. Les effets dévastateurs de la peste des sauterelles sur la corne de l'Afrique entre 2019 et 2020, qui ont conduit à des défaillances et aux famines de récolte, illustrent le besoin urgent de meilleurs mécanismes de prédiction et de contrôle.
Par la prise de conscience que les sauterelles n'agissent pas simplement comme une particule physique, mais comme des acteurs cognitifs individuels avec leurs propres processus de prise de décision, de nouvelles approches pour contrôler les ravages s'ouvrent. Au lieu de s'appuyer exclusivement sur des mesures de contrôle à grande échelle, les stratégies futures pourraient être orientées vers la compréhension et l'influence des processus de prise de décision individuels.
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Les orientations de recherche futures et le «Centre de l'informatique visuelle du collectif»
Les résultats révolutionnaires ne représentent que le début d'une nouvelle compréhension du comportement collectif. Ce centre, qui sera parmi les installations les plus modernes pour rechercher le comportement des groupes, vise à observer les essaims animaux dans des environnements 3D holographiques virtuels et à analyser leurs mouvements.
Dans le même temps, l'équipe autour de Couzin recherche également la prise de décision spatiale pour diverses espèces animales. Une étude récemment publiée dans les PNA montre comment les animaux traitent la complexité de leur environnement en réduisant le monde à des décisions successives entre seulement deux options. Ces résultats indiquent que les principes géométriques de base pourraient expliquer comment et pourquoi les animaux se déplacent comme ils le font - une approche qui peut également être appliquée à la compréhension des sauterelles.
Une nouvelle ère dans la recherche de comportement collectif
La recherche des scientifiques de l'Université de Konstanz et de l'Institut Max Planck de biologie comportementale marque un tournant dans la compréhension du comportement collectif dans la faune. En remettant en question la théorie établie de longue date des «particules autonomes», ils ouvrent une nouvelle perspective, les sauterelles et autres animaux en tant que décideurs individuels, dont le comportement collectif résulte de processus cognitifs complexes.
L'utilisation de la technologie innovante de la réalité virtuelle s'est avérée être la clé du succès. Il a permis aux chercheurs de déchiffrer la complexité précédemment impénétrable des collectifs d'animaux et d'obtenir des informations fondamentales sur l'organisation des essaims. Ces résultats pourraient non seulement révolutionner notre compréhension théorique du comportement collectif, mais également offrir des solutions pratiques pour lutter contre les sauterelles qui menacent la sécurité nutritionnelle dans le monde entier.
Le travail de l'équipe autour d'Iain Couzin, qui a déjà reçu le prestigieux prix Gottfried Wilhelm Leibniz pour sa recherche dans le domaine du comportement collectif, souligne l'importance de la recherche interdisciplinaire à l'interface de la biologie, de l'informatique et de la physique. Il montre de manière impressionnante comment les technologies modernes peuvent nous aider à déchiffrer les secrets fascinants de la nature et en même temps développer des solutions pratiques pour presser des problèmes mondiaux.
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