Le premier du groupe - le premier à tomber: évaluation des risques de leadership dans des groupes d'animaux auto-organisés

Un tas de brindilles est beaucoup plus difficile à briser qu'une brindille. Cette métaphore dans ses diverses variations nous dit que faire face à quelque chose seul sera beaucoup plus difficile que dans un groupe. Et à bien des égards, cela est vrai, mais pas si simple. Dans la nature, les animaux, les carnivores et les herbivores se rassemblent souvent en groupes, troupeaux, écoles, etc. Mais contrairement aux bâtonnets métaphoriques, tous les membres du groupe ne sont pas équivalents, car il y a des chefs et des adeptes: quelqu'un court avec zèle en avant, quelqu'un se cache au centre et quelqu'un tisse dans la queue. Et ici, la question se pose - quel est le prix du leadership et quels sont les avantages, surtout si l'on considère les espèces d'animaux qui sont la nourriture préférée de quelqu'un.

Aujourd'hui, nous allons nous familiariser avec une étude dans laquelle des scientifiques ont mené un certain nombre d'expériences inhabituelles avec des poissons prédateurs et une école artificielle de poissons, qui nous ont permis de déterminer les côtés positifs et négatifs de la position dans le groupe sous le prisme de la connexion proie-prédateur. Qu'est-ce qui est le plus fatal dans la file d'attente, quels sont les avantages et les inconvénients du leadership, à quoi ressemble un banc de poissons à travers les yeux d'un prédateur? Nous trouverons des réponses à toutes ces questions dans le rapport des scientifiques. Allons-y.

Base d'étude

Comme je l'ai dit plus tôt, de nombreuses espèces d'organismes vivants de la planète sont regroupées en groupes. Il est plus facile de faire face à toutes les difficultés de la vie dans la nature: les pingouins peuvent survivre au froid terrible en se rassemblant en groupes denses et en se réchauffant mutuellement avec la chaleur de leur corps; la fierté des lions chasse ensemble, traque, entoure et intercepte les proies, ce qui augmente les chances de succès; le mouvement chaotique (mais non aléatoire) du troupeau de petits oiseaux interfère grandement avec les rapaces qui les chassent, etc.


Manchots empereurs confrontés à un froid terrible, au vent et à plusieurs mois de nuit.

Et, encore une fois, dans de nombreux groupes, il y a un individu qui dirige tous les autres, mais pas toujours consciemment. Dans les groupes auto-organisés (oiseaux ou poissons), un tel individu est situé à la tête du groupe, c'est-à-dire devant. Cette situation donne au leader la première occasion de recevoir des informations sur l'environnement (présence de nourriture, barrières, dangers, etc.), il peut donc prendre des décisions qui peuvent affecter les actions de l'ensemble du groupe. Le principal avantage pour la personne dirigeante réside précisément dans la massivité du groupe dirigé par elle, qui effectue les actions nécessaires pour maintenir la vie du leader et du groupe en même temps.

Les scientifiques ont toujours appelé les prédateurs le principal inconvénient du leadership dans le déplacement de groupes d'animaux, car l'avant du troupeau / de l'école peut faire face à un danger beaucoup plus souvent et il est plus facile pour les prédateurs de naviguer parmi les principaux individus pendant la chasse. Cependant, aucune expérience n'a été réalisée auparavant pour confirmer ou réfuter cette théorie.


Troupeau d'étourneaux auto-organisé: un spectacle d'une beauté incroyable.

Les observations, qui peuvent confirmer la théorie du leadership, sont très ambiguës. Les chercheurs notent que la détermination des leaders et des adeptes dans des groupes d'animaux auto-organisés se produit précisément en raison de l'auto-organisation de l'ensemble du groupe, mais le leadership et le suivi (après le leader) sont associés à d'autres facteurs. Le plus souvent, une tendance au leadership est associée à une détermination motivée par plus d'informations ou de besoins. C'est-à-dire que la position à la tête du groupe est le plus souvent prise par des individus plus grands, plus affamés, moins risqués et moins sociaux. Des traits similaires peuvent être dangereux pour les individus. En d'autres termes, il est difficile d'évaluer ce qui est le plus dangereux - le leadership dans le groupe ou simplement le front du groupe.

La question se pose également: si être un leader est si dangereux, alors peut-être devriez-vous quitter le groupe? Peut-être que la solitude sera plus sûre que de vivre en meute. La première et la deuxième options présentent des avantages et des inconvénients liés aux prédateurs. Cependant, pour quitter le groupe, l'individu doit complètement changer ses priorités de sociales à focalisées (c'est-à-dire la survie). D'un autre côté, si être un leader dans un groupe est encore un peu plus sûr que de nager seul, alors le comportement social devient une priorité.

Beaucoup de questions, peu d'observations, comme nous l'avons déjà compris. Par conséquent, les scientifiques ont décidé de tout mettre à sa place et de comprendre quoi et comment cela fonctionne dans la sphère sociale des groupes d'animaux qui sont attaqués par des prédateurs. Pour cela, un système spécial d'extraction virtuelle artificielle a été développé. Ayant un contrôle total sur le comportement de chacune des unités de ce groupe, les scientifiques ont pu comprendre les actions du prédateur par rapport aux chefs et aux disciples, ainsi qu'aux unités séparées du groupe.

Préparation de l'étude

Les poissons prédateurs de l'épinoche capturés dans la rivière Carey (Angleterre) ont agi en tant que participants vivants à l'expérience. En laboratoire, ils ont été placés dans des aquariums en verre (40x70x35 cm) avec un système de recirculation fluide et une température de 15-16 ° C. Chacun des aquariums était habité par environ 40 individus, qui étaient régulièrement nourris deux fois par jour (à l'exception des jours où les tests étaient effectués).

La projection de la modélisation d'agent * sur la paroi avant de l'aquarium a été utilisée comme proie, ce qui a permis d'observer pleinement les tests. Les scientifiques ont utilisé le modèle existant, qu'ils ont modifié via Netlogo 5.0.5, comme base de leur modèle comportemental.

La modélisation d'agent * est une méthode de simulation qui étudie le comportement d'agents décentralisés et l'effet d'un tel comportement sur le comportement du système dans son ensemble.

Le groupe d'extraction artificielle était composé d'un leader, de quatre adeptes et de deux unités asociales. Le leader et les suiveurs ont été programmés de manière à ne pas réagir au comportement des unités antisociales.

Chaque unité esclave était liée à un chef et à d'autres esclaves de sorte que la distance entre eux était de 6,5 cm. Les unités esclaves pouvaient également agir en tant que chef, si ce n'était pas à proximité. Ainsi, le mouvement du groupe a toujours été de la tête à la queue, c'est-à-dire qu'il y a toujours eu un chef et 1-2 unités entraînées.


Image n ° 1: A - l'épinoche attaque le point conçu (production artificielle) sur la paroi de l'aquarium; B - position et trajectoire du mouvement d'extraction artificielle (la couleur détermine le type d'unité).

Une petite explication concernant la distribution des couleurs des types d'unités dans l'image 1B :

• violet - une unité solitaire (asocial) (absence d'autres unités dans la distance de seuil);
• noir - mauvaise direction (il y a des unités adjacentes dans la distance de seuil, mais se déplacer le long d'un chemin qui ne coïncide pas avec l'unité noire);
• bleu - l'unité principale (principale);
• vert - une unité au milieu du groupe;
• le jaune est l'unité à la queue du groupe.

Des règles comportementales ont été appliquées pour réguler les types d'unités de production, ce qui a permis d'obtenir différents comportements de l'ensemble du système. Ainsi, le prédateur (poisson) a eu la possibilité de choisir entre une unité leader, conduite ou asociale. La position initiale de toutes les unités a été randomisée. Toutes les unités ont été présentées à l'écran sous forme de points rouges (2,5 mm), rappelant, selon les scientifiques, la Daphnie (crustacé planctonique).

Daphnie

Lorsque le système était complètement prêt, un poisson a été placé dans l'aquarium d'essai (comme nous nous en souvenons, affamé). Le fait de l'attaque de l'unité était l'accélération du poisson dans sa direction, l'ouverture de la bouche et le contact avec l'écran sur lequel l'unité était projetée.

Résultats de l'expérience

Au total, 133 poissons sur 201 ont attaqué des proies artificielles au moins une fois pendant les essais, d'une durée de 10 minutes chacun. Afin de minimiser les changements de comportement du prédateur associés à l'incapacité de manger des proies virtuelles, les scientifiques n'ont pris en compte qu'une seule attaque par test dans d'autres calculs.

Pour déterminer quel comportement de proie virtuelle était décisif dans les problèmes proies-prédateurs, les scientifiques ont comparé huit modèles linéaires généralisés binomiaux qui prédisaient quelles proies les poissons prédateurs attaquaient en fonction de diverses variables explicatives.



Ci-dessus se trouve un tableau de variables explicatives, c'est-à-dire un tableau de modèles qui utilisent l'une ou l'autre variable dans les calculs: position, nombre de voisins proches, unité de solitude ou non (solitaire ou non), taille totale du groupe (total prier taille), proie avec attraction, type de proie, proie apparaît modèle social et nul / pas de variables explicatives.

AICc * - Critère d'information Akaike, modifié pour une petite taille d'échantillon.

L'analyse a montré que la présence d'au moins une variable est naturellement meilleure que leur absence. Les modèles qui utilisaient la séparation des proies en types (disciples, chefs et antisociaux) ont montré que les chefs et les ermites sont plus fréquemment attaqués par les prédateurs. Mais le modèle dans lequel le leader et les suiveurs étaient dans la même catégorie n'a pas été confirmé par de vraies observations, c'est-à-dire que le risque de la part des prédateurs varie selon le type d'unité dans le groupe (leader, au milieu du groupe ou dans la queue).

Le plus indicatif est le modèle qui prend en compte le comportement de la victime (unités modèles) lors de l'attaque, ainsi que la séparation des proies par type. En d'autres termes, chaque unité a été initialement programmée pour un comportement spécifique, c'est-à-dire le type (être devant, suivre le leader ou rester à l'écart de tout le groupe). Cependant, le comportement réel pendant le test lui-même était beaucoup plus élevé.

Une augmentation du nombre de groupes a réduit le risque d'attaques de prédateurs. De plus, un modèle qui prend en compte non seulement le nombre, mais aussi la position d'une unité individuelle par rapport aux autres, s'est avéré plus probable. Un modèle était également probable dans lequel un rôle important était joué non pas tant par la taille du groupe que par sa densité, c'est-à-dire la distance entre les unités individuelles.

Après avoir analysé tous les modèles possibles, les scientifiques sont arrivés à la conclusion qu'il était nécessaire de prendre en compte tous les facteurs possibles, aussi étrange que cela puisse paraître. La plus grande attention doit être accordée aux variables comportementales plutôt qu'aux nombres et à la distance entre prédateur et proie.


Image n ° 2: le risque d'attaque dépend de la position de la proie (violet - asocial; noir - dans le groupe, mais pas dans la même direction; bleu - leader (leaders); vert - au milieu du groupe et jaune - dans la queue du groupe).

Le plus grand risque d'être attaqué était avec les unités asociales (le cercle violet dans le graphique ci-dessus). Cet indicateur confirme la théorie selon laquelle le leadership est toujours plus sûr que l'isolement total du groupe. Même une unité qui ne se déplace pas dans son ensemble est plus sûre qu'asociale.

Si nous considérons le groupe idéal, lorsque toutes les unités sont alignées dans une direction, les scientifiques ont vu une gradation claire du degré de risque (du plus grand au plus petit) - au début du groupe, dans la queue et au milieu. Les scientifiques s'attendaient à ce que le degré de risque pour les unités au milieu du groupe et dans la queue soit considérablement différent, mais ce n'était pas le cas.

On peut supposer qu'être dans la queue n'est pas moins dangereux qu'à la tête d'un groupe. Ce n'est pas pour rien que dans de nombreux films d'horreur, le monstre attaque souvent un groupe de personnes de la queue. Cependant, ces études suggèrent qu'à la fois dans la queue et au milieu du groupe, le risque d'être mangé est à peu près le même, bien que significativement moindre qu'au début.

Il convient de noter que dans la simulation des proies utilisée, le comportement des unités était stochastique et changeait au fil du temps lorsque l'unité quittait ou rejoignait le groupe. Ainsi, lors des simulations de l'attaque des prédateurs, il y a eu pas mal de variations de proies. Pour tenir compte de toutes ces variations, les scientifiques ont développé un test spécial dans lequel un prédateur aléatoire a été simulé, choisissant des proies lors de chaque simulation avec une probabilité égale. Fait intéressant, étant donné cette randomisation, le modèle de production basé sur sa position dans / hors du groupe s'est avéré être le plus acceptable par rapport aux autres.

Ensuite, les scientifiques devaient trouver le mécanisme pour choisir une victime parmi un prédateur. Pour ce faire, le risque d'attaque a été calculé en fonction de la distance à la cible de l'attaque, de la différence des trajectoires et du relèvement * à l'unité de production voisine la plus proche en face (de toute la production avec roulement <90) et en arrière (de toute la production avec roulement> 90).

Le relèvement * est l'angle horizontal entre la partie nord du méridien de l'observateur et la direction du point d'observation à l'objet.

Parmi toutes les variables, le plus grand pouvoir explicatif pour prédire le risque d'attaque était précisément la distance à l'unité la plus proche avant la proie (cible de l'attaque), suivie du facteur de la distance à l'unité la plus proche derrière la proie et de la différence de direction de mouvement avec l'unité la plus proche devant.


Vidéo d'observations de plusieurs variantes de l'attaque d'un prédateur sur une certaine proie.

Le risque de devenir victime d'une attaque de prédateurs était minime si l'unité était au milieu du groupe, la distance entre elle et les unités voisines devant et derrière était assez petite et la direction de déplacement de toutes les unités était la même. Le port d'unités voisines n'a pas eu beaucoup d'effet sur le risque d'attaque. En d'autres termes, il suffit d'être entre deux unités de production pour augmenter vos chances de ne pas être mangé.

En conséquence, selon les données de modélisation, le prédateur n'attaque pas une certaine proie non par hasard, mais le risque de proie est dû à sa position dans le groupe, à la différence de direction de mouvement et au relèvement des voisins (peu de facteur d'influence).

De plus, les prédateurs peuvent choisir qui attaquer, c'est-à-dire ne pas attaquer immédiatement. Le choix de la victime dépendra non seulement des informations disponibles sur le groupe à l'heure actuelle, mais également de la prise en compte d'éventuels changements dans sa configuration à l'avenir. Autrement dit, le prédateur peut attendre le bon moment pour attaquer, en fonction du modèle de comportement du groupe ou de la proie individuelle.

Pour tester cette théorie, les scientifiques ont analysé les résultats de simulations impliquant des prédateurs vivants et des proies artificielles. Il était nécessaire de calculer les modèles de comportement des proies qui étaient le plus souvent utilisés par le prédateur pour l'attaque ou qu'il attaquait dans un ordre aléatoire.

Une analyse des données (plus de 19 000 échantillons) a montré que le prédateur choisit un certain moment pour l'attaque lorsqu'il y a plus d'unités uniques autour de lui.


Image n ° 3

Le graphique ci-dessus montre les proportions d'attaques en fonction de la position des proies. Les cercles sont des indicateurs d'attaques lors des observations expérimentales. Les zones colorées sur le graphique montrent la distribution de la proportion attendue d'attaques pour chaque position de proie: si le prédateur a attaqué la victime au hasard dans les mêmes cas que dans les attaques observées (zones plus sombres) ou dans les échantillons de simulation sélectionnés (zones plus claires).

Si les attaques (cercles) observées sont en dehors de la zone colorée, alors cibler un prédateur sur une proie spécifique était sélectif et non accidentel.

Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je vous recommande fortement de consulter le rapport des scientifiques et les documents supplémentaires qui s'y rapportent.

Épilogue

Cette étude est la première preuve réelle d'une théorie affirmant qu'un individu à la tête d'un groupe est plus à risque d'attaque par des prédateurs. En même temps, le risque peut être réduit si le leader est à une distance suffisamment petite des individus dirigés par lui. Les scientifiques ont également confirmé le fait qu'il est beaucoup plus sûr d'être en groupe (même dans une position de leadership) que de se déplacer individuellement.

Ainsi, le leader du groupe doit non seulement veiller à atteindre l'objectif (par exemple, trouver de la nourriture), mais également surveiller l'intégrité du groupe, c'est-à-dire sa construction, qui est extrêmement importante non seulement pour les individus qu'il dirige, mais pour sa propre survie. À l'avenir, les chercheurs ont l'intention de découvrir exactement quelles mesures le chef de groupe doit prendre pour atteindre les objectifs ci-dessus.

Ce travail, bien sûr, ne peut pas être qualifié de révélation, mais il a fourni des données réelles confirmant ce qui n'était auparavant qu'une théorie qui n'a pas été testée dans la pratique. Être un leader signifie savoir ce dont tout le groupe a besoin. Être un leader est à la fois rentable et dangereux à la fois - vous pouvez d'abord accéder à la nourriture ou devenir le premier. Malgré les risques qui accompagnent le leadership dans la nature, les animaux continuent de former des groupes où il y a à la fois des adeptes et des leaders. Peut-être qu'à un certain niveau génétique, ils comprennent que les chances de survie dans le groupe sont plus grandes que séparément, même si vous êtes un leader.



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