Les céphalopodes (pieuvres, seiches, calmars) sont les invertébrés les plus intelligents de la planète. Des études en laboratoire ont démontré que les pieuvres apprennent par observation (elles regardent d’autres pieuvres résoudre un problème puis l’appliquent), utilisent des outils (collectent des coquilles de noix de coco pour en faire un abri portable), jouent (des pieuvres en aquarium se sont amusées à lâcher des objets dans le courant d’une pompe et à les rattraper répétitivement — sans bénéfice nutritif, donc jeu pur), et reconnaissent les visages humains individuellement (des pieuvres au Seattle Aquarium arrosaient régulièrement d’eau un technicien qu’elles n’aimaient pas). En captivité, les pieuvres peuvent développer des troubles comportementaux liés à l’ennui si leur environnement n’est pas suffisamment stimulant. Les seiches (Sepia officinalis) ont réussi le test de ‘marshmallow retardé’ (attendre une meilleure récompense) — un signe de contrôle des impulsions lié à l’intelligence, réussi par peu d’animaux non-humains. Une seiche peut choisir de renoncer à une crevette immédiate si on lui promet un crabe (récompense préférée) dans 2 minutes.
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