Institut Weizmann (Israël) : des fourmis pensent en groupe pour tisser la cime des arbres
Des scientifiques de l’Institut Weizmann ont révélé comment les fourmis tisserandes « pensent » en groupe et relient leurs corps pour « fermer » la cime des arbres. Les forêts tropicales du nord de l’Australie abritent des colonies de fourmis extraordinaires. Au lieu de vivre dans des terriers souterrains, ces fourmis habitent la canopée des arbres, à plusieurs dizaines de mètres du sol, à l’intérieur de sphères creuses qu’elles construisent à partir de feuilles. Lors de la construction, les fourmis relient leurs corps pour former des outils vivants, tissant finalement les feuilles en nids à l’aide de fils de soie produits par leurs larves – d’où leur nom : fourmis tisserandes. Des chercheurs de l’équipe du professeur Ofer Feinerman à l’Institut Weizmann des Sciences ont étudié ce phénomène en laboratoire à l’aide d’un réseau de 52 caméras 4K synchronisées. Ils ont observé comment la colonie de fourmis créait et déployait des « fermetures éclair » et des « poids », résolvant des problèmes complexes et assemblant à plusieurs reprises des nids stables sans confusion apparente – une manière qui suggère des capacités cognitives sophistiquées.
Pour étudier correctement une colonie de fourmis, les chercheurs doivent d’abord en trouver une, puis la transférer intacte au laboratoire. C’est dans cette optique que Ofer Feinerman et le Dr Ehud Fonio, tous deux du département de physique des systèmes complexes de l’institut Weizmann, se sont rendus à Townsville, dans le Queensland, au nord-est de l’Australie. « Chaque colonie de fourmis tisserandes de la forêt tropicale peut s’étendre sur des dizaines de nids dans la canopée de plusieurs arbres très hauts », explique Ofer Feinerman. « Pourtant, il n’y a qu’une seule reine, sans laquelle la colonie ne peut survivre longtemps. La trouver, c’est comme chercher une aiguille dans une botte de foin. Nous avons donc concentré nos recherches sur les arbres plantés dans les nouveaux quartiers résidentiels de la périphérie de la ville, où les colonies sont encore jeunes et relativement petites, et où la cime des arbres est plus basse. »
La colonie utilise deux types d’outils : des fermetures éclair et des poids
En cas de menace, les fourmis tisserandes mordent et libèrent de l’acide formique ; les chercheurs portaient donc des combinaisons d’apiculteur pour se protéger. À plusieurs reprises, des riverains, les ayant aperçus vêtus de leurs équipements de protection, ont sollicité leur aide pour se débarrasser des fourmis agressives qui envahissaient leurs jardins. Les recherches se sont alors étendues aux cours voisines. Une nuit, les fourmis capturées ont réussi à s’échapper, mais les scientifiques n’ont pas baissé les bras. Le lendemain, ils ont repris leurs recherches et mis au point des méthodes ingénieuses pour transporter les fourmis en toute sécurité. De retour au laboratoire, une équipe de recherche dirigée par les doctorants Gadi Trocki et Michal Roitman, membres du groupe de Feinerman, a conçu une arène équipée de caméras, simulant une branche portant quatre feuilles artificielles. Lors de chaque expérience, les chercheurs ont introduit des centaines de fourmis dans l’arène et ont suivi la construction du nid. « La colonie utilisait deux types d’outils : des fermetures éclair et des poids », explique Ofer Feinerman.
Pour assembler deux feuilles, les fourmis formaient des chaînes enjambant l’espace entre elles et les tiraient l’une vers l’autre. Au départ, les chaînes se formaient à la base des feuilles, près de la branche, là où la distance entre elles est minimale. À mesure que les feuilles se rapprochaient, d’autres chaînes se formaient vers leurs extrémités, comme une fermeture éclair vivante qui se referme progressivement. Ce mouvement de fermeture joignait non seulement les feuilles, mais les faisait également se courber vers le haut ou vers le bas. Les « poids » étaient des chaînes de fourmis suspendues aux extrémités des feuilles, les tirant vers le bas par gravité. Bien que ces capacités soient impressionnantes en elles-mêmes, nous pensons que dans leur habitat naturel, la colonie utilise probablement un éventail de stratégies encore plus large.
Les fourmis plient toujours les feuilles dans une direction particulière
Dans chaque expérience de construction de nid, les chercheurs ont fait varier l’angle initial des feuilles – en les inclinant vers le haut ou vers le bas – et ont examiné comment cela influençait la construction. « Nous avons constaté que jusqu’à un certain angle, les fourmis courbaient toujours les feuilles vers le bas pour former une structure sphérique, et qu’au-delà de ce seuil, elles les courbaient vers le haut, en raison de contraintes géométriques », explique Ofer Feinerman. « Au niveau de l’angle de transition, nous nous attendions à ce qu’elles se désorientent, tirent sur différentes feuilles dans des directions opposées et ne parviennent pas à former une sphère fermée. Mais cela ne s’est pas produit. Nous avons plutôt découvert que les fourmis plient toujours une paire de feuilles dans une direction particulière en premier, puis y fixent les autres feuilles à l’aide d’une fermeture éclair. Cela garantit que toutes les feuilles se plient dans la même direction. »
On ignore encore comment elles parviennent à cette coordination. « Il est possible que nous observions des capacités cognitives collectives », explique Ofer Feinerman. Une hypothèse suggère que les fourmis communiquent et coordonnent la disposition des feuilles en sécrétant et en détectant des signaux chimiques odorants appelés phéromones. Une autre possibilité est que cette disposition résulte de la dynamique du groupe : ce n’est qu’après avoir relié deux feuilles que les ouvrières postées à cet endroit deviennent disponibles pour relier les feuilles adjacentes. Il se peut également que cela n’implique aucune planification collective, mais plutôt des considérations d’efficacité locale. Lorsqu’elles attachent une feuille dépliée à une paire déjà pliée, les fourmis à cette jonction ont besoin de déployer moins d’effort pour achever le pliage rapidement, ce qui crée un effet domino, les feuilles se joignant les unes après les autres. Pour l’instant, la question reste ouverte.
Construction de nids sphériques
Dans la phase suivante de l’étude, les chercheurs ont cherché à comprendre pourquoi les fourmis construisent systématiquement des nids sphériques creux plutôt que d’autres formes. Pour répondre à cette question, ils ont utilisé des outils de géométrie gaussienne. Imaginez un ballon de basket composé de morceaux de cuir incurvés : chaque morceau est plus large au centre et plus étroit aux extrémités, formant une figure elliptique. Les feuilles ont une forme elliptique similaire. Lorsque les fourmis assemblent leurs bords, les contraintes géométriques imposent que la surface fermée ainsi obtenue forme une sphère. Cette configuration géométriquement stable offre une rigidité structurelle face à la compression – un avantage considérable dans la forêt tropicale – tandis que l’intérieur creux offre un espace de vie spacieux à la colonie.
Dans ce cas, c’est la géométrie – et non une intention collective – qui détermine la forme finale du nid. « Nous avons essayé de tailler et d’agencer les feuilles de manière à rendre difficile la construction d’une structure fermée par les fourmis », ajoute Ofer Feinerman. « Pourtant, la colonie surmonte sans cesse des défis complexes et atteint son objectif collectif. Cela suggère que des capacités cognitives très développées sont inscrites dans leur comportement social. »
Le Pr Ofer Feinerman est titulaire de la chaire professorale Henry J. Leir. La chaire de recherche Tom Beck en physique des systèmes complexes finance un chercheur au sein du laboratoire du Pr Feinerman.
Publication dans Current Biology
