Une drosophile en quête de la source d’une odeur agréable se comporte moins comme un chien de sang que comme une fourmi qui regagne son nid. Elle ne remonte pas le gradient de l’odeur, nez au vent, comme les manuels décrivent depuis des décennies la poursuite d’un panache. Elle mémorise plutôt la direction qui ramène vers la lisière de l’odeur et s’oriente selon cet angle mémorisé, actualisant ce souvenir au fil des déplacements de la limite du panache. Cette découverte, publiée dans Nature par une équipe de l’université Rockefeller et de l’université Columbia, montre que même un insecte doté d’un cerveau gros comme une graine de pavot peut se repérer dans un paysage chimique invisible grâce à des souvenirs directionnels stockés, empruntant une stratégie de calcul jusqu’ici associée aux grands navigateurs du monde des insectes, les fourmis et les abeilles.
Le modèle dominant de la poursuite de panache est de nature réflexe : lorsqu’un insecte sent quelque chose, il fonce face au vent ; lorsqu’il perd la trace olfactive, il explore en travers du vent, en boucles de plus en plus larges, jusqu’à retrouver le panache. Cette stratégie fonctionne bien pour les panaches continus, mais les panaches réels sont turbulents et intermittents, des fragments d’odeur séparés par de longues zones d’air pur qui ne portent aucune information. Depuis des années, les chercheurs soupçonnent que les animaux doivent combler ces lacunes grâce à la mémoire, mais l’idée était difficile à tester, car les odeurs sont invisibles et impossibles à contrôler en conditions naturelles. L’équipe de Rockefeller, dirigée par Vanessa Ruta, a construit un système de réalité virtuelle qui a résolu le problème : des mouches à tête fixe marchaient sur une boule de mousse portée par un flux d’air, et leur cap était asservi à la rotation d’une buse délivrant un courant d’air constant, si bien que la mouche pilotait elle-même son monde fictif. Le vent était le seul indice directionnel externe, et les mouches marchaient dans l’obscurité totale, suivant un couloir d’odeur de vinaigre de cidre de 50 mm (2 pouces) de large et de 1 000 mm (39 pouces) de long.
Le comportement observé était inattendu. Les mouches ne déambulaient pas à travers l’odeur ; elles longeaient une seule lisière latérale, à environ 10 mm (0,4 pouce) de la limite, pénétrant brièvement dans le panache, par salves d’une durée moyenne d’un peu moins de cinq secondes, puis en sortant et en y revenant. Elles passaient de l’autre côté du couloir dans moins de 4 % des excursions. Les retours n’étaient pas des errances aléatoires. Les mouches quittaient le panache selon des angles peu prononcés, mais revenaient presque perpendiculairement à la lisière, par des trajets plus courts et plus directs, et leurs retours devenaient plus efficaces avec la pratique. Des simulations de marche aléatoire construites à partir des mêmes longueurs de parcours et des mêmes angles de virage produisaient des trajets sinueux qui atteignaient le couloir beaucoup moins souvent, ce qui montre que les retours en ligne droite ne pouvaient pas émerger des seules statistiques de déplacement de la mouche.
Les expériences les plus révélatrices ont supprimé les indices dont un animal suivant un gradient aurait besoin. Les mouches suivaient aussi bien des panaches à concentration constante, à concentration croissante ou à gradient inversé : le gradient longitudinal était donc sans importance ; la lisière latérale tranchée était l’élément saillant. Elles n’avaient pas besoin de comparaison bilatérale : lorsque les neurones sensoriels olfactifs étaient activés par optogénétique au lieu d’une véritable odeur, avec une stimulation quasi synchrone des deux antennes, les mouches accomplissaient le même suivi de lisière, en s’appuyant sur la direction du vent et sur la variation latérale abrupte de l’odeur. Et lorsque le panache était retiré après dix minutes de suivi, les mouches ne cherchaient pas au dernier endroit où elles l’avaient senti, comme le ferait un animal à la poursuite d’une odeur. Elles maintenaient une direction.
Cette direction est stockée dans le complexe central, le centre de navigation du cerveau des insectes. L’équipe a enregistré l’activité des neurones FC2, une population de neurones en colonnes connue pour coder la direction visée d’une mouche pendant la ménostasie, le comportement qui consiste à marcher selon un angle constant par rapport à un repère, ainsi que celle des neurones EPG, qui codent le cap. Pendant le suivi de lisière, le signal FC2 commençait à pointer vers la limite du panache plusieurs secondes avant que la mouche ne tourne dans cette direction, et l’inactivation des neurones FC2 par optogénétique perturbait le suivi de lisière, tout comme celle des cellules de cap. Le tableau qui se dessine est celui d’un calcul vectoriel : la mouche stocke la direction qui ramène vers la lisière du panache comme un objectif angulaire, et non la distance ou la position, et met à jour cet objectif en continu à mesure que la limite se déplace. C’est pourquoi les mouches pouvaient suivre des panaches décalés de 45 ou 90 degrés par rapport au vent, marcher perpendiculairement au flux d’air sans revenir sur leurs pas, et suivre un panache qui sautait de 20 mm (0,8 pouce) sur le côté à chaque sortie, une tâche qui exige une mémoire directionnelle plutôt que positionnelle.
La stratégie s’applique également aux panaches proches des conditions naturelles. À l’aide d’un modèle de physique des panaches, les chercheurs ont montré que les mouches stockent une mémoire d’entrée, la direction de la limite olfactive qu’elles ont franchie en dernier, et l’utilisent pour revenir efficacement. Dans les simulations, les trajectoires dotées d’une mémoire d’entrée parvenaient à moins de 50 mm (2 pouces) de la source beaucoup plus souvent que les autres ; dix mouches sur douze ont suivi le panache réaliste jusqu’à la zone de la source. Les auteurs interprètent l’ensemble comme la preuve que la poursuite de panache mobilise une boîte à outils de navigation conservée au fil de l’évolution, dans laquelle les souvenirs directionnels, les mêmes calculs qui permettent aux fourmis et aux abeilles de retrouver leur nid, sont déployés pour une cible dynamique et invisible. Un panache d’odeur, contrairement à un nid, ne peut pas être stocké comme un lieu fixe ; seule sa direction peut être mémorisée.
Cette découverte redéfinit la façon dont les animaux utilisent l’odorat. Les odeurs ne portent aucune information directionnelle intrinsèque ; remonter l’une d’elles jusqu’à sa source exige donc d’intégrer les indices chimiques aux signaux spatiaux, et ces travaux montrent que c’est la mémoire, et non le réflexe, qui assure cette intégration. Les liens évolutifs étroits entre le complexe central des insectes et les circuits du cerveau antérieur des mammifères, notamment les cortex piriforme et entorhinal, suggèrent que la capacité à relier l’expérience olfactive aux représentations internes de l’espace est ancienne et partagée. Une mouche qui marche dans l’obscurité en se souvenant de l’angle de la lisière d’une odeur accomplit quelque chose de reconnaissable pour tout animal ayant un jour retrouvé son chemin.
Traduit par Lydie
Références
Andrew F. Siliciano, Sun Minni, Chad Morton, Charles K. Dowell, Noelle B. Eghbali, Silas E. Busch, Juliana Y. Rhee, L. F. Abbott and Vanessa Ruta, A vector-based strategy for olfactory navigation in Drosophila. Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10827-7.
Nature Research Briefing, How fruit flies track the edge of odor plumes. Nature, 29 July 2026. DOI: 10.1038/d41586-026-02325-7.