La manière dont les mammifères obtiennent des informations sur leur position dans l’espace en créant une carte interne de l’environnement est relativement bien comprise. Des recherches ont montré que le même système est utilisé par les oiseaux et les reptiles, mais les circuits neuronaux qui permettent la navigation spatiale chez les poissons n’ont pas encore été étudiés. Il existe environ 30 000 espèces de poissons osseux, vivant dans diverses niches écologiques dans le monde, et comprendre les signaux et les mécanismes neuronaux qu’ils utilisent pour se déplacer dans l’espace permettrait aux scientifiques de comprendre les origines évolutives de la navigation spatiale chez les vertébrés.
Pour déterminer si les poissons disposent de systèmes de navigation spatiale similaires à ceux des espèces terrestres, des chercheurs de l’Université d’Oxford ont commencé par tester si les poissons rouges (Carassius auratus) peut estimer avec précision la distance parcourue – une capacité essentielle à une cartographie spatiale réussie.
L’étude, dirigée par le Dr Adelaide Sibeaux du Département de biologie de l’Université d’Oxford, consistait à entraîner neuf poissons rouges à nager sur une distance de 70 cm dans un bassin étroit présentant un motif de rayures verticales de 2 cm sur les côtés. Ils ont nagé toute la distance le long du réservoir, puis un entraîneur a fait signe (en faisant signe) aux poissons et ils se sont retournés et ont nagé jusqu’au départ, où ils ont été récompensés par de la nourriture. Une fois que le poisson avait acquis cette compétence, l’entraîneur ne signalait plus le tournant mais laissait au poisson la décision du moment où il devait faire demi-tour. Les chercheurs ont supposé qu’un poisson ferait demi-tour une fois qu’il estimerait avoir parcouru la distance cible.
Les résultats, publiés dans le Actes de la Royal Society B Biological Sciences, a montré qu’après 405 essais, la distance moyenne parcourue par le poisson rouge avant de se retourner de lui-même était de 74 cm. Les chercheurs ont également constaté que les poissons continuaient à nager sur une distance d’environ 70 cm même lorsque leur position de départ était décalée de 20 ou 40 cm vers l’avant sur la longueur du réservoir. Cela a fourni des preuves solides que les poissons rouges sont assez doués pour juger de la distance.
Afin de comprendre la méthode utilisée par le poisson rouge pour évaluer la distance parcourue, les chercheurs ont expérimenté différents motifs surround fixés à l’extérieur du réservoir. Lorsque le motif est passé de rayures verticales à des carreaux noirs et blancs, également de 2 cm de largeur, le poisson a continué à évaluer avec précision la distance cible de 70 cm. Les chercheurs en ont déduit que ces deux modèles transmettaient les mêmes informations spatiales aux poissons, ce qui leur permettait de porter des jugements précis sur la distance.
Cependant, lorsque l’arrière-plan a été modifié en un motif de rayures verticales tous les 1 cm (doubleant la fréquence des informations spatiales), le poisson rouge a surestimé la distance parcourue de 36 %. Cela signifiait qu’ils tournaient avant d’atteindre la distance cible (47,5 cm en moyenne). De même, le poisson se retournait sur une distance plus courte (65 cm en moyenne) lorsque le motif entourant était constitué de rayures horizontales. La modification des informations visuelles affichées en arrière-plan a affecté de manière significative la distance parcourue par le poisson rouge, fournissant ainsi la preuve de l’utilisation du flux optique comme indicateur pour l’estimation de la distance. Les chercheurs en déduisent que les poissons rouges estiment les distances en diffusant visuellement les mouvements apparents des objets dans l’environnement (appelés « flux optique ») lorsqu’ils nagent.
Selon les chercheurs, il est possible que le poisson rouge utilise le nombre de battements de queue pour donner une idée de la distance parcourue, tout comme les humains utilisent les foulées. Le nombre de battements de la nageoire caudale était corrélé à la distance parcourue en général, bien que les poissons nageaient plus lentement lorsqu’ils étaient confrontés à certains schémas. Cette approche devrait également supposer que les poissons rouges savent assez bien compter.
Une autre explication alternative était que les poissons rouges évaluaient le temps écoulé et l’utilisaient pour évaluer s’ils avaient atteint la distance cible. Les résultats ont cependant montré que le temps nécessaire pour nager 70 cm présentait une variabilité deux fois plus grande que celle enregistrée pour les jugements de distance. Les poissons ne nagent pas toujours à la même vitesse, voyageant parfois plus lentement. Cela rendrait improbable que le poisson rouge utilise le temps écoulé pour le guider dans son jugement à distance.
On sait que de nombreuses espèces terrestres utilisent le flux optique pour estimer la distance, mais les poissons rouges semblent traiter les informations différemment. Les animaux, notamment les humains, les fourmis, les araignées-loups et les abeilles domestiques, estiment les distances en mesurant la façon dont l’angle entre leur œil et les objets environnants change au fur et à mesure de leur déplacement. Les poissons rouges, en revanche, semblent utiliser le nombre de changements de contraste ressentis au fur et à mesure de leur déplacement. Les seules autres recherches sur la navigation des poissons ont également montré que les balistes Picasso (Rhinecanthus aculeatus) sont capables d’estimer avec précision la distance parcourue en utilisant le flux optique local comme forme d’odomètre.
« Nous présentons des preuves solides que les poissons rouges peuvent estimer avec précision la distance et montrons qu’ils utilisent le flux optique pour ce faire », a déclaré le Dr Sibeaux. « Ces résultats fournissent une base convaincante pour utiliser le poisson rouge comme système modèle pour étudier l’évolution des mécanismes qui sous-tendent la cognition spatiale chez les vertébrés. »
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Par Alison Bosman, Espèces-menacées.fr Rédacteur
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