Les scientifiques du MPI-DS révèlent une interaction bactérienne qui aboutit à des modèles complexes et introduisent un modèle polyvalent capable de décoder le comportement collectif d'entités allant des bactéries aux essaims de robots. Un nouveau modèle suggère que la poursuite des interactions peut induire des modèles dynamiques dans l'organisation des espèces bactériennes.
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 conduisent à l'auto-organisation des espèces, et 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 pour décrire les voies de communication dans les populations bactériennes. Les bactéries présentent des schémas organisationnels globaux en détectant la concentration de produits chimiques dans leur environnement et en ajustant leurs mouvements.
"Nous avons simulé une interaction non réciproque entre deux bactéries", explique le premier auteur YuDuan. "Cela signifie que l'espèce A poursuit l'espèce B et que le but de l'espèce B est de repousser l'espèce A." Les chercheurs ont découvert que cette interaction de poursuite et d’évitement était suffisante à elle seule pour former un modèle structurel. Le type de motif généré dépend de l’intensité de l’interaction. Ceci complète une étude précédente dans laquelle un modèle a été proposé qui incluait également des interactions intraspécifiques de bactéries pour former un modèle.
Ce nouveau modèle inclut également les effets du mouvement bactérien, qui ne nécessite pas d’adhésion ou d’alignement pour former des superstructures complexes contenant des millions d’individus. "Si la dynamique des populations bactériennes montre un ordre global, ce n'est pas le cas au niveau des bactéries individuelles. En particulier, les bactéries individuelles semblent se déplacer de manière désordonnée, avec une structure qui n'est visible qu'à des niveaux supérieurs, ce qui est très fascinant", conclut Benoît Mahault, chef de groupe du Département de physique de la matière vivante au MPI-DS.
Le modèle permet également de considérer plus de deux espèces, augmentant ainsi le nombre d'interactions possibles et de modèles émergents. Il convient de noter qu’elle ne se limite pas non plus aux bactéries et peut s’appliquer à une variété de comportements collectifs. Il s’agit notamment de micronageurs contrôlés par la lumière, d’insectes sociaux, d’essaims d’animaux et d’essaims de robots. Cette étude fournit donc un aperçu général des mécanismes qui forment des structures à grande échelle dans des réseaux comportant de nombreux composants.