Mathematical models of long term evolution of blue whale song types' frequencies

• Published in: Journal of Theoretical Biology
• Main Authors: Malige, Franck, Patris, Julie, Hauray, Maxime, Giraudet, Pascale, Glotin, Hervé, Noûs, Camille
• Other Authors: Laboratoire d'Informatique et des Systèmes (LIS) (Marseille, Toulon) (LIS), Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), DYNamiques de l’Information (DYNI), Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix Marseille Université (AMU), Institut de Mathématiques de Marseille (I2M), Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulon (UTLN), Laboratoire Cogitamus = Cogitamus Laboratory
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2022
• Subjects: blue whale; song; flocking; agent-based model; consensus seeking; [MATH.MATH-DS]Mathematics [math]/Dynamical Systems [math.DS]; [SDV.BA]Life Sciences [q-bio]/Animal biology; [SDV.EE.IEO]Life Sciences [q-bio]/Ecology; environment/Symbiosis; Venus; Blue whale
• Online Access: https://hal.science/hal-03632687; https://hal.science/hal-03632687v2/document; https://hal.science/hal-03632687v2/file/2022_Malige_et_al_Mathematical_models_of_long_term_evolution_of_blue_whale_song_types_frequencies.pdf; https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2022.111184

International audience The linear decrease in the frequency of blue whale songs around the world is, to date, an unexplained phenomenon. We show it can be reproduced by a mathematical model considering two antagonistic behavioral trends : first, a bias towards conformity in the song, and second, a tendency to try and sing lower than the other whales. We check the robustness of our model by considering some more complex premises. First, different hierarchical relations between the singers are explored, adapting methods used in the flocking motion studies. Then a population-dependant simulation shows that even considering the gradual addition of new whales, the evolution is still globally linear. Finally, we show that intra-annual variations surging from different causes can be naturally incorporated into the model. We then conclude that, unlike other explanations, a cultural hypothesis seems compatible with the observed linearity of the blue whales's songs frequency shift. La décroissance linéaire des fréquences des chants des baleines bleues dans le monde entier est, à l'heure actuelle, un phénomène non expliqué. On montre qu'il peut être reproduit par un modèle mathématique qui découle de deux tendances opposées : premièrement, une tendance à la conformité et, deuxièmement, une tendance à chanter plus grave que les autres baleines du même groupe acoustique. Nous avons testé la robustesse du modèle en considérant des hypothèses plus complexes. D'abord, des relations hiérarchiques diverses à l'intérieur du groupe ont été explorées, en adaptant des méthodes venus des études de déplacement collectifs d'animaux (bancs de poissons, vols en groupe). Une simulation faisant intervenir une population en évolution (par ajout de nouveaux chanteurs) montre que l'évolution reste linéaire. Finalement, on montre que les variations intra-annuelles peuvent être naturellement incorporées dans le modèle. Nous concluons que, à l'inverse d'autres explications proposées, une hypothèse culturelle est très compatible avec la ...