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# Biologie# Biologie de l'évolution

Comment les parties individuelles créent une action collective

Examiner comment la coopération émerge des comportements individuels dans les groupes.

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À plein de niveaux, des petites cellules dans notre corps aux sociétés entières, plein de parties individuelles peuvent se rassembler pour former un nouveau groupe qui agit comme un. Chaque partie a ses propres objectifs et capacités, mais quand elles s'unissent, elles créent quelque chose de plus grand qu'elles-mêmes. On peut le voir dans nos propres corps, où des millions de cellules bossent ensemble pour nous garder en vie, même si chaque cellule peut fonctionner indépendamment.

Quand un seul organisme se développe à partir de ses blocs de construction de base, la façon dont ça fonctionne change sans cesse entre différents niveaux – des gènes aux cellules, et ensuite des cellules à des systèmes complets qui fonctionnent ensemble. Similairement, sur de longues périodes, les êtres vivants évoluent, montrant des changements pas seulement à un niveau, mais à travers plusieurs niveaux de vie.

La relation entre le comportement d'un organisme et le fonctionnement de l'Évolution est forte. La formation d'un nouveau groupe plus grand pourrait expliquer pourquoi les parties individuelles coopèrent si bien. D'un autre côté, les comportements individuels pourraient être ce qui mène à la formation de ces groupes plus grands, qui peuvent ensuite être sélectionnés au fil du temps. Comprendre comment de nouvelles couches de travail d'équipe apparaissent est encore une grande question en science.

Bien qu'on puisse décrire ce que fait chaque partie, il peut être compliqué d'expliquer comment ces parties peuvent se comporter différemment quand elles travaillent ensemble. Même si des explications de comportement à un niveau inférieur sont convaincantes, ignorer comment des groupes à un niveau supérieur peuvent limiter ou changer les actions des parties individuelles peut faire passer à côté de détails biologiques intéressants.

On veut comprendre, de manière simple, comment plein de parties individuelles peuvent créer des conditions qui leur permettent de collaborer, surtout quand ça semble aller à l'encontre des intérêts des parties individuelles. Au lieu d'essayer de définir une ligne claire entre ce qui compte comme un système auto-dirigé et ce qui ne l'est pas, on est plus intéressés par la façon dont les capacités à un niveau passent à un autre niveau de capacité.

Ça peut toujours être une question significative même quand on pense à ces capacités en termes simples. Par exemple, on pourrait regarder la capacité de prendre une action qui maximise un certain type de gain ou minimise le stress en réponse à des changements dans l'environnement. Bien qu'il ne soit pas difficile d'imaginer comment une seule unité peut agir de cette façon, la question intrigante est de savoir si un groupe de ces unités peut s'organiser en un nouveau niveau de travail d'équipe.

Le Problème de la Convention de Conduite

Pour illustrer comment différentes parties fonctionnent ensemble, pense à comment les conducteurs s'accordent sur quel côté de la route conduire. Dans un pays, les conducteurs suivent généralement soit le côté gauche, soit le droit, ce qui aide à réduire les accidents. Cependant, si différents pays ont des règles différentes, les conducteurs d'un pays pourraient avoir des collisions avec ceux d'un autre.

Dans ce cas, tandis que chaque conducteur veut minimiser ses propres chances d'accident, ils sont vulnérables aux accidents à cause des coutumes différentes à travers les frontières. Pour vraiment éviter les collisions, tous les acteurs devraient s'accorder sur une seule convention. Cependant, c'est difficile pour un seul conducteur, agissant seul, de changer la règle de conduite sans affecter sa propre situation immédiate.

Ce scénario illustre une situation courante : les parties ont tendance à agir d'une manière qui sert leurs besoins immédiats, mais quand elles se regroupent, elles peuvent faire face à des défis qui les empêchent de coopérer efficacement.

Pour explorer cela plus en détail, on peut regarder un modèle impliquant plusieurs conducteurs, chacun prenant la décision de conduire d'un côté particulier. Chaque conducteur veut minimiser le stress en s'alignant avec les autres de son groupe. Ils coopèrent au sein de leur groupe mais pourraient faire face à des problèmes s'ils essaient de coopérer avec d'autres de groupes différents.

Unités et Prise de décision

Regardons un modèle simple où chaque conducteur doit décider de quel côté conduire. Chaque conducteur passe par des cycles de décision et de non-décision. Quand ils sont dans un état de décision, ils agissent en fonction de leurs choix précédents et des influences de ceux qui les entourent. Cependant, si tous les conducteurs ne coordonnent pas leurs décisions, ils risquent juste de réaffirmer leurs choix précédents sans créer une nouvelle Action Collective.

Ce processus de prise de décision peut aboutir à une situation où tous les conducteurs d'un pays s'accordent sur une convention de conduite, mais l'interaction avec des conducteurs d'un autre pays crée des problèmes. Si chaque conducteur ne réagit qu'à son environnement immédiat, il pourrait finir coincé dans un état qui ne mène pas à un meilleur résultat pour le collectif.

Synchronisation et Action Collective

Une façon de surmonter ce défi réside dans la synchronisation de la prise de décision. Si les conducteurs pouvaient tous faire leurs choix en même temps, ils seraient plus sensibles aux influences extérieures. En un sens, ils entreraient dans un moment où leurs décisions individuelles s'alignent, permettant une action coordonnée qui minimise le stress global.

Cette synchronisation déplace le focus de l'attention. Au lieu de se concentrer uniquement sur les interactions immédiates, ça permet au groupe collectif de répondre à des signaux environnementaux plus larges. En travaillant ensemble, ils peuvent échapper aux pièges locaux auxquels chaque conducteur individuel ferait face s'il agissait seul.

Le truc intéressant, c'est que la synchronisation n'a pas besoin d'être pré-planifiée. Les conducteurs peuvent ajuster indépendamment leur timing en fonction du comportement de leurs voisins. Ils apprennent à coopérer sans besoin d'instructions claires sur comment ou quand changer leurs décisions.

Évolution Vers une Agence de Niveau Supérieur

Le comportement qu'on observe dans ces collections de conducteurs peut être comparé à la façon dont des groupes dans la nature, comme des volées d'oiseaux ou des bancs de poissons, agissent ensemble. Tout comme ces groupes, quand les individus apprennent à synchroniser leurs comportements, ils pourraient être en mesure de réagir comme une seule unité à des pressions externes.

Ce processus peut s'étendre à travers différents niveaux. Les groupes qui ont réussi à synchroniser leurs actions pourraient évoluer pour travailler ensemble à une échelle encore plus grande, permettant l'émergence de groupes d'ordre supérieur. Chaque nouveau niveau de coopération pourrait créer des opportunités pour de nouveaux comportements d'émerger.

Au fur et à mesure que cela se produit, le collectif peut surmonter les désirs individuels d'auto-intérêt en faveur d'un bénéfice à long terme pour l'ensemble. Par exemple, un groupe de conducteurs pourrait collectivement décider de changer de côté pour un temps, même si ça semble inconfortable au début. Avec le temps, ils pourraient découvrir que le nouvel accord profite à tous les concernés.

Le Rôle du Timing dans l'Agence

Le rôle du timing dans la façon dont ces transitions se produisent est crucial. Un groupe de conducteurs peut tous être sensibles à leur environnement en même temps, mais seulement quand ils sont dans un état d'indécision. Ce moment leur permet de reconsidérer leur approche et de répondre aux pressions externes auxquelles ils font face.

Quand ils synchronisent leurs cycles de prise de décision, au lieu de simplement réagir aux influences fortes des autres dans leur groupe, ils deviennent sensibles à des signaux externes plus faibles. Ce changement d'attention les aide à agir ensemble d'une manière qui pourrait ne pas être possible s'ils prenaient des décisions indépendamment.

En conséquence, le collectif peut trouver de nouvelles façons de prendre des décisions qui mènent à de meilleurs résultats, même si ces nouvelles décisions vont à l'encontre de leurs instincts individuels. Le groupe peut maintenant suivre un chemin commun qui maximise leur bien-être collectif à la place.

Apprendre et S'adapter Ensemble

En synchronisant leurs comportements, ces conducteurs ou unités créent une dynamique qui ressemble à un apprentissage. Ils n'ont pas besoin d'enseignement formel ou d'instructions prédéfinies ; à travers leurs interactions, ils découvrent naturellement des moyens d'améliorer leur coordination.

Cet apprentissage mutuel permet à des actions coordonnées de se produire plus efficacement, donc de nouveaux niveaux de collaboration peuvent émerger. Plus un groupe agit ensemble, mieux il devient à trouver des solutions qui profitent à l'ensemble du groupe.

Ce principe ressemble à des formes simples d'apprentissage observées dans la nature, comme des neurones qui s'activent ensemble. Les connexions formées à travers ces expériences répétées peuvent améliorer le fonctionnement du groupe en tant qu'unité.

Implications pour le Développement et l'Évolution

La formation de tels collectifs a des implications plus larges, surtout quand on pense à la façon dont la vie se développe et évolue. Des plus petites cellules aux organismes complexes, de nombreuses formes de vie se comportent comme des collectifs.

Par exemple, dans un embryon en développement, les cellules existent souvent dans un état de synchronie, prêtes à se différencier en une variété de types cellulaires en fonction des signaux externes. Cette sensibilité initiale leur permet de réagir aux indices environnementaux, menant à la formation de tissus et d'organes complexes plus tard.

À travers des processus comme ceux-ci, on voit comment des groupes d'organismes non seulement survivent en tant qu'individus, mais prospèrent également à travers leurs actions collectives. C'est un thème commun dans l'évolution, où la capacité à coopérer et à s'adapter peut mener à de meilleures chances de survie et de succès reproductif.

Conclusion : Le Tableau Émergent de l'Agence Collective

En fin de compte, on commence à voir un tableau de comment les individus peuvent se rassembler pour former des unités cohésives qui fonctionnent efficacement comme des ensembles plus grands. Que ce soit dans les sociétés humaines, les groupes d'animaux, ou les systèmes biologiques au sein des organismes, les principes de synchronisation et d'action collective nous aident à comprendre la complexité de la vie.

Cette dynamique de coopération et de prise de décision partagée offre des perspectives sur la façon dont de nouvelles formes d'agence peuvent émerger de simples parties qui travaillent ensemble. En apprenant à coordonner leurs actions et à répondre à leur environnement collectivement, ces unités peuvent atteindre des résultats remarquables qui dépassent de loin ce qu'elles pourraient accomplir seules.

Source originale

Titre: An ability to respond begins with inner alignment: How phase synchronisation effects transitions to higher levels of agency

Résumé: How do multiple active components at one level of organisation create agential wholes at higher levels of organisation? For example, in organismic development, how does the multi-scale autonomy of the organism arise from the interactions of the molecules, cells and tissues that an organism contains? And, in the major evolutionary transitions, how does a multicellular organism, for example, arise as an evolutionary unit from the selective interests of its unicellular ancestors? We utilise computational models as a way to think about this general question. We take a deliberately minimalistic notion of an agent: a competency to take one of two possible actions to minimise stress. Helping ourselves to this behaviour at the microscale, we focus on conditions where this same type of agency appears spontaneously at a higher level of organisation. We find that a simple process of positive feedback on the timing of individual responses, loosely analogous to the natural phase synchronisation of weakly coupled oscillators, causes such a transition in behaviour. The emergent collectives that arise become, quite suddenly, able to respond to their external stresses in the same (minimal) sense as the original microscale units. This effects a dramatic rescaling of the system behaviour, and a quantifiable increase in problem-solving competency, serving as a model of how higher-level agency emerges from a pool of lower-level agents or active matter. We discuss how this dynamical waking-up of higher-level collectives, through the alignment of their internal dynamics, might relate to reproductive/cell-cycle synchronisation in evolutionary transitions and development.

Auteurs: Richard A Watson, T. Tissot, M. Levin, C. L. Buckley

Dernière mise à jour: 2024-05-17 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.16.580248

Source PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.16.580248.full.pdf

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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