La conception des nids par ces abeilles est similaire à la formation des cristaux

carbonaira spirale
| Tim Heard

Des chercheurs ont voulu comprendre à l’aide de simulations informatiques comment une espèce d’abeille australienne est capable d’élaborer son nid en forme de spirale, rappelant fortement le processus de formation du cristal.

Ce n’est qu’en Australie que l’on peut croiser Tetragonula carbonaria, une espèce d’abeille qui a poussé une équipe de chercheurs à réaliser une recherche sur son comportement. Dépourvues de dard, elles sont réputées pour « momifier » les envahisseurs de leur nid dans de la boue, de la cire ou encore de la résine, et elles possèdent également un certain esprit architectural original.

Afin de garder leurs œufs, les sécréteurs de cire dans le nid construisent des rayons de couvains, qui sont constitués d’alvéoles (ou cellules) contenant chacune un œuf pondu par la reine, ainsi que des aliments produits et placés par les nourrices. La progéniture va rester dans son petit habitat jusqu’au moment où elle deviendra adulte, c’est-à-dire pendant environ cinquante jours.

Mais ce qui rend la constitution de ces rayons si spéciale, c’est la conformation de ces derniers. En effet, ils sont assemblés sous forme spiralée, comme des escaliers. Lorsque la construction et le remplissage d’un alvéole sont terminés, les abeilles en entament une autre, mais la place à l’extérieur du rayon et vers le haut, ce qui donne après plusieurs alvéoles ce motif spiralé qui peut monter à plus de 20 étages. Cette structure rappelle la cristallogenèse, qui est le processus de formation des cristaux.

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nid abeille spirale
Crédits : Tim Heard

Les chercheurs ont publié cette semaine une étude qui avait pour objectif d’élucider si ce motif est construit consciemment ou non par ces pollinisateurs. Pour y répondre, la cristallogenèse leur a servi de modèle. « Ces rayons suivent les mêmes règles de base qui sont à l’origine de la formation des cristaux dans un motif en spirale », déclare Julyan Cartwright, co-auteur de l’étude et chercheur au conseil supérieur de la recherche scientifique en Espagne, spécialisé dans l’élaboration de modèles mathématiques pour différents phénomènes naturels. « Chaque abeille suit essentiellement un algorithme ».

Cartwright a commencé à porter son attention sur cette espèce après être tombé il y a quelques années sur une image virale des rayons de couvains spiralés, qui lui avaient immédiatement rappelé des mollusques qu’il étudiait, ces derniers montrant au microscope électronique une configuration en spirale lorsqu’il observait leur coquille iridescente et nacrée.

Des études réalisées dans les années 50 démontrent la découverte d’un modèle mathématique qui permet d’expliquer la structure spiralée se formant durant la cristallogenèse. Cartwright voulait vérifier si cette règle s’applique également pour les rayons de couvains de T. carbonaria en effectuant des simulations avec un algorithme basé sur la cristallogenèse.

Des règles simples pour des constructions qui semblent complexes

Elles débutèrent avec un seul alvéole, et d’autres furent formées par des abeilles virtuelles qui suivaient une des deux restrictions : elles devaient les placer au bord du rayon en faisant attention à ce qu’elles soient légèrement plus hautes que les précédents alvéoles, ou bien les construire au-dessus d’une autre, à condition qu’elles soient plus ou moins au même niveau que leurs voisines.

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Les chercheurs ont constaté avec ces règles que chaque nouveau niveau de rayons était bâti à une bonne distance du bord, causant ainsi une réduction de leur longueur comparée au précédent. Pour dire simple, plus la construction monte, plus le rayon rétrécit, ce qui explique leur forme spiralée.

abeille rayon spirale
Quatre différents motifs de nids de T. carbonaria, qui ont également pu être reproduits durant les simulations grâce à des paramétrages complexes. Crédits : Elke Haege (a) et Tim Heard (b-d).

Selon Cartwright, cette reproduction très simple de l’élaboration du nid montre que T. carbonaria ne fait que suivre des règles biologiques « gravées » dans son comportement durant l’évolution il y a fort longtemps. Ces abeilles ne suivraient donc pas consciemment un plan.

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« Lorsque les humains construisent une structure comme un bâtiment, nous avons un architecte qui fait un plan, puis les constructeurs le suivent », explique Cartwright. « Ce que nous avons constaté, c’est que les abeilles n’ont pas besoin d’un plan. Elles viennent juste avec un ensemble de règles simples quant à l’endroit où placer un nouveau morceau de cire lorsqu’il arrive au rayon. Et si vous programmez ces règles sur un ordinateur, elles produisent les mêmes images ».

Bien qu’ils admettent que cela sera certes compliqué, les chercheurs souhaiteraient mettre davantage en lumière ces règles régissant leur comportement. Fort heureusement, ils peuvent étudier de près cette espèce sans s’inquiéter de risques de piqûres…

Source : Journal of the royal society interface

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