Les scientifiques du MPI-DS révèlent comment les interactions bactériennes conduisent à des modèles complexes et introduisent un modèle polyvalent capable de décoder les comportements collectifs de diverses entités, des bactéries aux essaims robotiques.
Un nouveau modèle démontre que la poursuite des interactions peut induire des modèles dynamiques dans l’organisation des bactéries. espèces.
Des modèles structurels peuvent être créés en raison des interactions de poursuite entre deux espèces bactériennes. Dans un nouveau modèle, des scientifiques de l’Institut Max Planck pour la dynamique et l’auto-organisation (MPI-DS) décrivent comment les interactions au niveau individuel peuvent aboutir à une auto-organisation globale des espèces. Leurs résultats donnent un aperçu des mécanismes généraux du comportement collectif.
Dans une étude récente, des scientifiques du Département de physique de la matière vivante du MPI-DS ont développé un modèle décrivant les voies de communication dans les populations bactériennes. Les bactéries présentent un modèle organisationnel global en détectant la concentration de produits chimiques dans leur environnement et en adaptant leur mouvement.
La structure n’est visible qu’à un niveau supérieur
« Nous avons modélisé l’interaction non réciproque entre deux espèces bactériennes », explique le premier auteur Yu Duan. « Cela signifie que l’espèce A poursuit l’espèce B, alors que B vise à se repousser de A », poursuit-il. Les chercheurs ont découvert que cette simple interaction de type « chasser et éviter » est suffisante pour former un modèle structurel. Le type de motif résultant dépend de la force de l’interaction. Ceci complète une étude précédente, dans laquelle un modèle a été proposé qui incluait également les interactions intraspécifiques des bactéries afin de former un modèle.
En fonction de l’interaction « chasser et éviter » entre deux espèces, A et B, différents modèles d’auto-organisation peuvent évoluer au niveau mondial. Crédit : MPI-DS / LMP
Dans ce nouveau modèle, qui inclut également l’effet de la motilité bactérienne, ni l’adhésion ni l’alignement ne sont nécessaires pour former des superstructures complexes englobant des millions d’individus. « Même si la dynamique des populations bactériennes montre un ordre global, ce n’est pas le cas au niveau bactérien individuel. En particulier, une seule bactérie semble se déplacer de manière désordonnée, la structure n’étant visible qu’à un niveau supérieur, ce qui est très fascinant », résume Benoît Mahault, chef d’équipe au département Physique de la matière vivante au MPI-DS.
Un modèle général de comportement collectif
Le modèle permet également de prendre en compte plus de deux espèces, augmentant ainsi le nombre d’interactions possibles et de modèles émergents. Notamment, elle ne se limite pas non plus aux bactéries mais peut s’appliquer à une variété de comportements collectifs. Il s’agit notamment de micronageurs contrôlés par la lumière, d’insectes sociaux, de groupes d’animaux et d’essaims robotisés. L’étude fournit donc un aperçu général des mécanismes responsables de la formation de structures à grande échelle dans des réseaux comportant de nombreux composants.
