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PHOTO: L’intérieur d’un nid de termites présente des planchers et des rampes complexes et interconnectés.
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Crédit photo: (avec l’aimable autorisation de Guy Theraulaz / Harvard SEAS)

Après un certain nombre d’études sur la physiologie et la morphogenèse des termitières au cours de la dernière décennie, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences ont maintenant développé un modèle mathématique pour expliquer comment les termites construisent leurs monticules complexes.

La recherche est publiée dans le Procédure de l’Académie nationale des sciences.

«Les termitières sont parmi les plus grands exemples d’architecture animale sur notre planète», a déclaré L. Mahadevan, professeur de mathématiques appliquées, de biologie et de physique organismiques et évolutionnaires et auteur principal de l’étude à Lola England de Valpine. « A quoi servent-ils? Comment fonctionnent-ils? Comment sont-ils construits? Ce sont les questions qui ont longtemps intrigué de nombreux scientifiques. »

Dans des recherches antérieures, Mahadevan et son équipe ont montré que les fluctuations de température de jour à nuit encouragent un flux convectif dans le monticule, ce qui non seulement aère la colonie, mais déplace également des signaux de type phéromone qui déclenchent le comportement de construction chez les termites.

Ici, l’équipe a zoomé davantage pour comprendre comment les termites construisent les sols étroitement interconnectés dans des monticules individuels sans plan ni planificateur. Avec des expérimentateurs de l’Université de Toulouse, en France, dirigés par Guy Theraulaz, les chercheurs ont cartographié les structures internes de deux nids à l’aide de tomodensitogrammes et quantifié la distance et la disposition des planchers et des rampes. Ajout à la complexité des nids est le fait que les termites construisent non seulement de simples rampes pour relier les étages, mais aussi des rampes en spirale, comme les rampes dans les garages de stationnement, pour relier plusieurs étages.

En utilisant ces visualisations et en incorporant des informations antérieures sur la façon dont des facteurs tels que les changements de température quotidiens et les flux de phéromones animent le bâtiment, les doctorants de l’OEB Alexander Heyde et Mahadevan ont construit un cadre mathématique pour expliquer la disposition de la colline.

Heyde et Mahadevan considéraient chaque composant du monticule – l’air, la boue et les termites – comme des fluides mixtes qui différaient dans l’espace et dans le temps.

« Nous pouvons imaginer l’accumulation de centaines de milliers de termites comme un liquide qui perçoit et agit sur leur environnement », a déclaré Heyde. « Ensuite, vous avez un vrai fluide, l’air, qui transporte les phéromones à travers cet environnement, ce qui conduit à de nouveaux comportements. Enfin, vous avez de la boue qui est déplacée par les termites et qui change la façon dont les phéromones s’écoulent. Notre cadre mathématique nous a fourni des prédictions claires. pour la distance entre les couches et a montré la formation spontanée de rampes linéaires et hélicoïdales. « 

« Voici un exemple où nous voyons la séparation habituelle entre l’étude de la matière non vivante et l’étude de la matière vivante se décomposer », a déclaré Mahadevan. « Les insectes créent un microenvironnement, une niche, en réponse aux concentrations de phéromones. Ce changement d’environnement physique modifie le flux de phéromones, modifiant ainsi le comportement des termites et reliant physique et biologie grâce à une architecture dynamique qui est modulée et modulée par le comportement .  »

En plus de résoudre partiellement le mystère de la façon dont ces monticules fonctionnent et sont construits, la recherche peut bien avoir des implications pour l’intelligence des essaims dans un certain nombre d’autres systèmes, et même comprendre des aspects de la morphogenèse des tissus.

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La recherche a été rédigée conjointement par Lijie Guo et Christian Jost. Il a été soutenu en partie par les fondations nationales de la science américaine et française sous les numéros de subvention DGE-1144152, ANR-06-BYOS-0008 et PHY1606895.

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