Les poissons utilisent un comportement collectif pour réduire les coûts énergétiques

Les chercheurs ont réalisé une avancée majeure dans la compréhension de la manière dont les mouvements collectifs des poissons entraînent une réduction des coûts énergétiques. L’étude met en lumière un aspect fondamental du comportement de groupe chez les animaux.

Les mouvements collectifs, observés chez une pléthore d’espèces allant du plus petit poisson au plus puissant prédateur terrestre, sont reconnus depuis longtemps comme un élément crucial dans la navigation dans des environnements complexes.

Qu’est-ce qui motive le mouvement collectif ?

Les motivations sous-jacentes à l’origine des mouvements collectifs sont restées largement spéculatives, les théories suggérant diverses pressions évolutives, notamment l’accouplement, la sécurité et la conservation de l’énergie.

L’auteur principal de l’étude, Yangfan Zhang, est chercheur postdoctoral au Département de biologie organisationnelle et évolutive (OEB) de l’Université Harvard.

« Le mot clé est peut-être parce que personne n’a réellement mesuré cela ni comparé directement tous les groupes d’animaux, principalement parce qu’il est difficile d’avoir un système capable de mesurer non seulement un groupe, mais aussi les individus de ce groupe. Mais nous savons qu’au fil de l’évolution, il existe une certaine pression pour optimiser l’efficacité de l’utilisation de l’énergie », a déclaré Zhang.

Objet de l’étude

Les chercheurs ont cherché à déterminer si des mouvements synchronisés dans les environnements aquatiques pouvaient minimiser la dépense énergétique associée à la locomotion.

Ils ont conçu un « tapis roulant » à eau scellé qui contrôlait la vitesse de l’eau. Pour calculer le taux d’absorption d’oxygène par les animaux, les experts ont mesuré la vitesse à laquelle l’oxygène était éliminé du tapis roulant.

« Le système est conçu pour avoir la sensibilité de mesure nécessaire pour capturer le coût énergétique d’un poisson individuel par rapport directement au coût d’un groupe de huit poissons », a expliqué Zhang. « En standardisant la biomasse des poissons dans le tapis roulant aquatique avec une vitesse d’eau contrôlée, nous pouvons comparer directement le coût de la nage entre les bancs de poissons et un poisson individuel. »

Principales conclusions

L’étude a révélé que les groupes de poissons présentent une dépense énergétique par biomasse nettement inférieure à celle des nageurs solitaires. La vitesse optimale ne semblait être ni trop rapide ni trop lente. Ce rythme médian a déjà été observé chez les espèces migratrices, suggérant un avantage évolutif.

« Ce que nous avons découvert, c’est que le coût total pour le groupe pour se déplacer dans son ensemble est bien inférieur par biomasse par rapport à celui d’un individu, et que le groupe a dépensé le moins d’énergie à une vitesse médiane d’une longueur de corps par seconde », a déclaré Zhang. . « Lorsque nous examinons les études qui suivent les animaux sauvages, nous constatons que de nombreux animaux migrent à une vitesse d’environ une longueur de corps par seconde. »

Implications plus larges

La survie des espèces de poissons, qui possèdent une immense valeur culturelle et commerciale, est de plus en plus menacée par le changement climatique et les modifications de la biodiversité qui en découlent.

Comprendre l’efficacité énergétique des mouvements collectifs n’est plus seulement une question d’intérêt biologique mais un facteur essentiel pour prédire la dynamique future des populations de poissons soumises à un stress environnemental.

De nouvelles informations critiques

Les chercheurs ont noté que se déplacer rapidement nécessitait plus d’énergie, mais qu’il en était de même pour se déplacer lentement. Cependant, à une vitesse moyenne d’une longueur de corps par seconde, ils ont constaté une baisse de la courbe énergétique où la natation était à un coût minimum.

« Les projections sur l’abondance future des espèces de poissons ne peuvent pas être basées uniquement sur la biologie des individus, nous avons également besoin d’une compréhension fondamentale des mouvements collectifs qui tiennent compte des interactions entre les individus au sein d’un groupe », a déclaré Lauder.

« L’étude de l’énergétique de la locomotion aquatique sous contraintes environnementales offre un aperçu non seulement des caractéristiques hautement conservées de la physiologie des vertébrés, mais également du fonctionnement interne des principes de la dynamique des fluides et de la locomotion animale. »

Importance de l’étude

« Je pense que ce qu’il y a de beau dans cette étude, c’est que nous avons capturé l’ensemble du spectre de la dépense énergétique d’une manière holistique, ce qui nous a permis de prendre en compte un coût énergétique se déplaçant à grande vitesse », a déclaré Zhang.

« Les scientifiques étudient cette question depuis des décennies, mais nous avons découvert que la clé résidait dans la mesure non seulement des coûts aérobies, mais également des coûts anaérobies. Cela représente une part énorme pour tout organisme et, sans mesurer les deux, on n’obtient que la moitié de l’histoire.

L’étude est publiée dans la revue eLife.

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