Les scientifiques tentent de comprendre comment les animaux suivent une odeur jusqu'à sa source

Découvrir les diverses stratégies employées par les animaux pourrait aider les ingénieurs à développer des robots accomplissant des tâches similaires

Dana Mackenzie, magazine connaissable

Le 2 octobre 2022, quatre jours après que l'ouragan Ian a frappé la Floride, un Rottweiler de recherche et de sauvetage nommé Ares parcourait les rues ravagées de Fort Myers lorsque le moment pour lequel il s'était entraîné est arrivé. Ares a détecté une odeur dans une maison détruite et a couru à l'étage, suivi de son maître, se frayant un chemin avec précaution à travers les débris.

Ils ont trouvé un homme qui était resté coincé dans sa salle de bain pendant deux jours après l'effondrement du plafond. Quelque 152 personnes sont mortes à Ian, l'un des pires ouragans de Floride, mais cet homme chanceux a survécu grâce à la capacité d'Ares à suivre une odeur jusqu'à sa source. .

Nous tenons souvent pour acquis la capacité d’un chien à retrouver une personne ensevelie sous les décombres, d’un papillon de nuit à suivre un panache odorant jusqu’à son compagnon ou d’un moustique à sentir le dioxyde de carbone que vous expirez. Pourtant, naviguer par le nez est plus difficile qu’il n’y paraît, et les scientifiques travaillent encore à comprendre comment les animaux y parviennent.

"Ce qui rend les choses difficiles, c'est que les odeurs, contrairement à la lumière et au son, ne se propagent pas en ligne droite", explique Gautam Reddy, physicien biologiste à l'Université Harvard qui a co-écrit une enquête sur la façon dont les animaux localisent les sources d'odeurs dans le rapport annuel 2022. de physique de la matière condensée. Vous pouvez constater le problème en observant un panache de fumée de cigarette. Au début, il s'élève et se déplace selon une trajectoire plus ou moins droite, mais très vite il commence à osciller et finalement il commence à culbuter de manière chaotique, dans un processus appelé écoulement turbulent. Comment un animal a-t-il pu suivre un chemin aussi compliqué pour revenir à son origine ?

Au cours des deux dernières décennies, une suite de nouveaux outils de haute technologie, allant de la modification génétique à la réalité virtuelle en passant par les modèles mathématiques, ont permis d'explorer la navigation olfactive de manières radicalement différentes. Les stratégies utilisées par les animaux, ainsi que leurs taux de réussite, dépendent de divers facteurs, notamment la forme du corps de l'animal, ses capacités cognitives et le degré de turbulence dans le panache d'odeur. Un jour, cette compréhension croissante pourrait aider les scientifiques à développer des robots capables d'accomplir des tâches pour lesquelles nous dépendons désormais des animaux : des chiens pour rechercher des personnes disparues, des cochons pour rechercher des truffes et, parfois, des rats pour rechercher des mines terrestres.

Le problème du suivi d'une odeur semble devoir avoir une solution élémentaire : il suffit de renifler autour de soi et de se diriger dans la direction où l'odeur est la plus forte. Continuez jusqu'à ce que vous trouviez la source.

Cette stratégie – appelée recherche par gradient ou chimiotaxie – fonctionne très bien si les molécules odorantes sont distribuées dans un brouillard bien mélangé, qui constitue l’étape finale d’un processus appelé diffusion. Mais la diffusion se produit très lentement, un mélange minutieux peut donc prendre beaucoup de temps. Dans la plupart des situations naturelles, les odeurs se propagent dans l’air sous forme d’un ruisseau ou d’un panache étroit et bien délimité. De tels panaches et les odeurs qu’ils véhiculent se propagent beaucoup plus rapidement qu’ils ne le feraient par diffusion. À certains égards, c'est une bonne nouvelle pour un prédateur, qui ne peut pas se permettre d'attendre des heures pour traquer sa proie. Mais les nouvelles ne sont pas toutes bonnes : les panaches d’odeurs sont presque toujours turbulents, et les écoulements turbulents rendent la recherche par gradient extrêmement inefficace. À un moment donné, il est fort possible que la direction dans laquelle l’odeur augmente le plus rapidement s’éloigne de la source.

Les animaux peuvent faire appel à diverses autres stratégies. Les insectes volants, tels que les papillons de nuit à la recherche d'un partenaire, adoptent une stratégie de « lancer et surtension », qui est une forme d'anémotaxie ou de réponse basée sur les courants d'air. Lorsqu'un papillon mâle détecte les phéromones d'une femelle, il commence immédiatement à voler contre le vent, en supposant qu'il y ait du vent. S’il perd l’odeur – ce qui arrivera probablement, surtout lorsqu’il est loin de la femelle – il commencera alors à « lancer » d’un côté à l’autre dans le vent. Lorsqu’il retrouve le panache, il recommence à voler contre le vent (« surge ») et répète ce comportement jusqu’à ce qu’il aperçoive la femelle.