Nouvelle méthode pour mesurer l'alimentation chez les petits invertébrés

Mesurer différentes quantités, c'est super important en science, mais obtenir des mesures exactes, c'est pas toujours easy car tous les appareils ont un petit niveau d'erreur. Ce problème devient encore plus important quand on étudie des petites créatures comme les moustiques, les mouches ou les fourmis, qui consomment souvent des quantités très minimes de nourriture, parfois dans la gamme des nanolitres. Mesurer ces quantités minuscules peut être vraiment compliqué et nécessite souvent du matos cher qui n'est pas toujours adapté pour observer les animaux dans leur comportement naturel.

Comprendre le Comportement alimentaire, c'est essentiel, parce que ça nous donne des infos sur comment les animaux perçoivent leur environnement, leurs préférences alimentaires et leurs Compétences cognitives. Ce qu'un animal mange et en quelle quantité peut aussi indiquer sa santé et son bien-être. En plus, l'alimentation est cruciale pour la recherche dans des domaines comme le développement de meilleures méthodes de lutte contre les parasites et l'étude de la propagation des maladies.

Actuellement, une méthode courante pour mesurer combien de petits insectes mangent, c'est avec un truc appelé l'essai de nourrisseur capillaire. Dans cette méthode, les scientifiques mesurent combien de nourriture liquide est consommée à partir d'un tube en verre fin. Ça demande aux insectes de boire dans le tube pendant qu'il est debout, donc ça ne fonctionne que pour certains types d'animaux. Pour voir combien de nourriture est consommée, le liquide est souvent teinté, mais ça peut changer le comportement des insectes et affecter leurs taux de consommation. En plus, cette méthode peut facilement être influencée par l'évaporation ou des renversements, ce qui entraîne des inexactitudes.

Une autre méthode consiste à peser les insectes avant et après qu'ils mangent. Cette approche gravimétrique compte combien de poids l'insecte a gagné comme mesure de la quantité de nourriture qu'il a consommée. Cependant, peser des petites créatures nécessite des balances très sensibles et chères. Ça peut aussi être compliqué, car il peut falloir endormir les insectes avant et après avoir mangé, ce qui peut changer leur comportement.

Certains chercheurs utilisent des colorants ou des traceurs chimiques pour quantifier l'alimentation, mais ces méthodes peuvent créer leurs propres problèmes. Les colorants peuvent modifier la façon dont la nourriture est consommée et peuvent obliger à tuer l'insecte ensuite, ce qui n'est pas idéal pour étudier des animaux vivants.

Il existe des systèmes spécialisés pour s'attaquer à ces problèmes. Par exemple, le système flyPAD mesure les changements de capacité lorsqu'un insecte touche la nourriture, aidant à estimer la consommation en fonction du temps qu'il interagit avec la nourriture. Cependant, ce système est aussi coûteux et demande beaucoup d'entretien.

Pour améliorer ces méthodes actuelles, on a développé un nouveau système non invasif pour mesurer combien de petits invertébrés mangent. Beaucoup d'insectes et certains autres petits animaux voient leur corps s'élargir visiblement quand ils mangent. En suivant cette expansion dans le temps, on peut estimer le Volume de nourriture qu'ils ingèrent. Les techniques précédentes utilisaient un suivi en deux dimensions pour faire ces estimations, mais on a amélioré ça avec un système en trois dimensions pour plus de précision.

Notre méthode utilise un logiciel open-source appelé DeepLabCut qui nous permet d'analyser des vidéos des animaux en train de manger. En suivant des points corporels spécifiques en 3D, on peut créer un modèle de la forme du corps de l'animal au fil du temps et mesurer les changements de volume pendant qu'il mange. Cette approche évite les erreurs liées à l'estimation du volume basée sur des images plates.

#Construire le Système

Pour utiliser ce nouveau système de mesure de l'alimentation, il y a plusieurs étapes à suivre. D'abord, l'utilisateur doit mettre en place un système d'enregistrement adapté à l'animal qu'il étudie. En général, ça implique de mettre en place deux caméras à des angles différents pour capturer les vues de dessus et de côté de l'animal. Les caméras doivent être synchronisées pour qu’elles capturent des images en même temps, permettant une reconstruction 3D correcte de l'événement alimentaire.

Une fois que les caméras sont en place, l'étape suivante est d'utiliser le logiciel DeepLabCut pour identifier et suivre des points clés du corps de l'animal dans les vidéos. Ça demande d'entraîner le logiciel avec des images étiquetées pour reconnaître les différentes parties du corps. Une fois entraîné, le logiciel peut identifier ces points dans de nouvelles vidéos.

À partir des données suivies, on peut calculer les changements de volume dans le temps avec différentes méthodes. Notre système est fourni avec une interface graphique conviviale qui aide les chercheurs à sélectionner les points de départ et de fin d'un événement alimentaire, ce qui facilite l'analyse des données. Cette configuration permet de calculer à la fois la quantité totale de nourriture ingérée et les taux de consommation.

#Préparer un Suivi Réussi

Pour le montage physique, une configuration de base avec deux caméras est généralement suffisante. Cependant, plus de caméras peuvent être nécessaires si l'animal bouge beaucoup. Il est important de calibrer les caméras en utilisant des points de référence connus pour garantir des mesures précises dans l'espace tridimensionnel. Cette calibration va aider à s'assurer que le logiciel puisse localiser avec précision les points suivis.

Le suivi se fait à l'aide du logiciel DeepLabCut, qui permet aux chercheurs de rassembler des coordonnées tridimensionnelles précises des points suivis. Ces coordonnées sont ensuite traitées pour estimer le volume de nourriture consommé en calculant le volume des parties du corps qui s'élargissent.

#Estimation du Volume et des Taux de Consommation

Pour mesurer combien de nourriture un insecte consomme et à quelle vitesse, on applique des méthodes spécifiques d'estimation du volume aux données suivies. En déterminant comment les points suivis changent au fil du temps, on peut obtenir à la fois la quantité totale de nourriture mangée et la vitesse à laquelle elle a été consommée.

Le système permet aux utilisateurs de visualiser les données et de vérifier les événements alimentaires. En déplaçant un curseur, l'utilisateur peut voir différentes images de la vidéo et confirmer si le suivi et les estimations de volume sont exacts. Une fois que l'événement alimentaire est identifié, les données peuvent être analysées plus en détail pour calculer des variables comme la charge de l'estomac (la quantité de nourriture consommée) et le taux de consommation.

#Validation de la Nouvelle Méthode

Pour confirmer que notre nouvelle méthode fonctionne correctement, on l'a testée avec des fourmis argentines, une espèce invasive. D'abord, on a comparé les estimations de volume de la nouvelle méthode avec la méthode de pesée traditionnelle pour voir à quel point elles correspondaient. On a aussi nourri les fourmis avec différentes concentrations de solutions de saccharose pour voir comment ça affectait leur comportement et leurs préférences alimentaires.

Les résultats ont montré que nos estimations de volume étaient plutôt cohérentes avec les mesures de poids, même s'il y avait quelques différences dues à des facteurs comme l'évaporation et la manière dont les fourmis consomment la nourriture. On a noté spécifiquement qu'à mesure que la concentration de saccharose augmentait, les fourmis avaient tendance à consommer plus de nourriture, mais leurs taux de consommation diminuaient. Cette découverte correspond à ce qu'on sait sur le comportement des fourmis : les solutions plus épaisses prennent plus de temps à être consommées.

En plus de tester avec des solutions de saccharose, on a aussi examiné comment les fourmis réagissaient à des solutions contenant de la caféine. Étonnamment, la caféine ne semblait pas affecter combien les fourmis mangeaient ou leur vitesse de consommation, ce qui suggère qu'elles ne l'avaient pas détectée ou qu'elles y étaient indifférentes.

#Avantages et Défis du Nouveau Système

Cette nouvelle méthode présente plusieurs avantages pour étudier les comportements alimentaires chez les petits invertébrés. Elle permet aux chercheurs de quantifier non seulement l'apport alimentaire total mais aussi le taux de consommation. Comme elle repose sur l'observation de l'expansion du corps d'un insecte, elle évite beaucoup de problèmes associés aux méthodes traditionnelles, comme la nécessité de produits chimiques ou d'anesthésie.

L'approche est aussi relativement rapide, avec des temps d'enregistrement moyens comparables aux méthodes précédentes. Le traitement de l'estimation de pose peut prendre un certain temps, mais avec des ressources informatiques adéquates, il peut fonctionner avec peu d'intervention humaine.

Cependant, la précision du suivi peut être affectée si l'animal n'est pas dans la position optimale par rapport aux caméras. Cette limitation peut entraîner l'exclusion d'enregistrements si les données ne peuvent pas être analysées avec précision. Pour atténuer cela, on pourrait ajouter des caméras supplémentaires pour permettre de meilleurs angles et aider à suivre le mouvement pendant l'alimentation.

Nos expériences ont montré que bien que les méthodes plus traditionnelles puissent encore être utiles dans certains contextes, elles peuvent être chronophages et entraîner une perte de sujets à cause du stress causé par l'anesthésie. Dans notre cas, les fourmis ont montré des taux d'alimentation plus élevés sans être endormies, renforçant ainsi la valeur d'une approche non invasive.

#Conclusion

La méthode qu'on a développée pour mesurer l'alimentation chez les petits invertébrés offre aux chercheurs une meilleure façon de comprendre le comportement alimentaire. Elle est adaptable à divers organismes et pourrait aider dans des études sur les vecteurs de maladies ou la gestion des espèces invasives.

Comme le système est moins invasif, il peut être utile pour observer des comportements naturels chez un plus large éventail d'animaux. Le potentiel d'appliquer cette technologie à l'étude non seulement des petits insectes mais aussi des animaux plus grands et des applications médicales signifie qu'elle pourrait offrir des données précieuses dans différents domaines de recherche.

En fournissant une manière plus directe de mesurer l'apport alimentaire, cette méthode a le potentiel d'améliorer notre compréhension des préférences et des comportements alimentaires, ce qui est crucial tant pour les études écologiques que pour les stratégies de gestion des nuisibles.