Quand le stress renforce l’intelligence collective des poissons

Organisation des poissons face aux perturbations

Un enjeu central dans l’étude des bancs de poissons est de comprendre comment ils réagissent efficacement aux perturbations, qu’elles soient d’origine environnementale ou liées à des attaques de prédateurs. Pour explorer ces mécanismes, des scientifiques ont mené des expériences en laboratoire avec une espèce de poisson tropical bien connue pour sa vie en banc : Hemigrammus rhodostomus. 

Des groupes de poissons ont été exposés à des changements soudains de lumière, simulant un stress environnemental modéré (voir la Figure 1 et la vidéo).  Les scientifiques ont combiné les données expérimentales avec un modèle mathématique reproduisant la nage intermittente des poissons et leurs interactions sociales. Ils ont ainsi pu représenter les différents comportements collectifs dans un « diagramme de phase » distinguant les différents régimes de déplacements collectifs : nage polarisée dans une même direction, en vortex, ou en essaim désordonné (voir la Figure 2).

Stress, taille du groupe et intelligence collective

Les résultats, publiés dans la revue PRX Life, montrent que dans de grands groupes (25 individus), les poissons, soumis au stress, ajustent l’intensité de leurs interactions sociales de façon à rapprocher leur banc d’un état critique (voir la Figure 2). Cet état, bien connu en physique, correspond à une zone où un système peut changer d’état et devient aussi très sensible aux perturbations. Cela permet au banc de rester réactif face aux dangers, tout en évitant la désorganisation. Fait surprenant, les petits groupes (10 individus) restent presque toujours proches de cet état critique, même en l’absence de stress externe. Cette observation suggère que dans ces petits groupes, le stress est permanent, probablement en raison de la faible efficacité de l’effet tampon induit par la présence des congénères et qui réduit le stress individuel.

Les scientifiques ont aussi montré que cette adaptation est obtenue par un mécanisme simple : les poissons ajustent uniquement l’intensité de leurs interactions d’attraction et d’alignement avec typiquement deux de leurs voisins les plus influents, plutôt que de modifier l’ensemble des relations sociales. Cela réduit la charge cognitive tout en permettant une réponse collective efficace.

Ces travaux éclairent le rôle positif du stress dans l’intelligence collective des animaux sociaux. Ils suggèrent que le stress n’est pas seulement un facteur perturbateur, mais qu’il joue aussi un rôle moteur dans l’adaptation collective de ces organismes. Ainsi, chez les poissons, le stress et la taille du groupe sont deux leviers fondamentaux qui permettent aux bancs de s'auto-organiser vers des états critiques favorisant leur adaptabilité.

Au-delà des poissons, ces résultats ouvrent des perspectives pour comprendre comment d’autres collectifs animaux (des insectes sociaux aux mammifères grégaires) optimisent leurs interactions selon le contexte. Ils pourraient même inspirer des systèmes robotiques comme des essaims de drones autonomes, capables d’ajuster automatiquement leur organisation face à l’imprévu.

Figure 1 : Comportement collectif d’un groupe de poissons nageant dans un bassin circulaire en condition de stress. Cette condition comporte 10 périodes de 3 minutes chacune, alternant une faible intensité lumineuse (obscurité, 0,5 lx pendant 2 min) et une forte intensité lumineuse (lumière, 25 lx pendant 1 min). (a) Mouvement d'un groupe de 25 poissons juste avant l'augmentation de l'intensité lumineuse, (b) juste après, et (c) 30 s plus tard. Les points noirs représentent les positions des poissons et les lignes noires et vertes, les trajectoires individuelles au cours de la dernière seconde.

Figure 2 : Au sein d’un banc, les interactions d’attraction et d’alignement entre poissons produisent différentes formes de mouvements collectifs. Selon l’intensité respective de ces interactions, les mouvements peuvent former des structures circulaires (Phase 1), être complètement alignés (Phase 2) ou désordonnés (Phase 3). Quand les poissons sont soumis à un stress environnemental comme la soudaine augmentation de la luminosité, ils modulent leurs interactions sociales de telle sorte que le banc se retrouve dans un état proche de la ligne critique figurée en bleu et séparant deux phases. Cet état critique confère au banc à la fois une très grande sensibilité aux perturbations et la capacité de changer efficacement de comportement en fonction de son environnement. Les croix vertes indiquent l’intensité des interactions d’attraction et d’alignement entre poissons dans l’obscurité (à gauche) et lorsque le banc de poissons est soumis à une brusque augmentation de la luminosité (à droite). 

En savoir plus : Guozheng Lin, Ramón Escobedo, Xu Li, Tingting Xue, Zhangang Han, Clément Sire, Vishwesha Guttal, and Guy Theraulaz. Experimental Evidence of Stress-Induced Critical State in Schooling Fish. PRX Life. 2025 Sept 4 ; DOI: https://doi.org/10.1103/nr7p-m4ff.