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7 de junio de 2022

Penalización por velocidad: profundizan el estudio de la sincronización del movimiento de los estorninos

Un investigador del CONICET participa de un trabajo internacional en el que se observa la reacción colectiva frente a los individuos que aceleran o disminuyen su ritmo de vuelo

El estudio del vuelo de los estorninos, un trabajo internacional de muchos años con participación del investigador del CONICET Tomás Grigera, acaba de sumar un nuevo capítulo con el perfeccionamiento de un modelo matemático que se ajusta cada vez mejor a las características del movimiento de las bandadas de estas particulares aves. El desarrollo, publicado en la revista científica Nature Communications, se enmarca en el comportamiento y respuesta colectiva en sistemas biológicos, un campo que observa y analiza la transferencia de información entre individuos de grupos animales, el proceso de toma de decisiones y la sincronización del conjunto, entre otras cuestiones.

Como continuación de los trabajos previos realizados en colaboración con un grupo de investigación de Italia, el nuevo estudio consiste en una mejora en el sistema computacional que simula los giros y movimientos de los estorninos. “Sabemos que en el vuelo real suceden fluctuaciones de dos tipos: de orientación y de rapidez, pero en el modelo solamente observábamos las primeras, es decir los cambios de alineación, mientras que la velocidad quedaba fija. Entonces en esta publicación lo que incorporamos son los datos de esas variaciones de ritmo de los individuos”, explica Grigera, cuyo lugar de trabajo es el Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (IFLYSIB, CONICET-UNLP).

La pregunta que se hicieron los científicos y científicas fue cómo entender las fluctuaciones de la rapidez en las aves, y entonces comenzaron por la forma más básica de hacerlo, que es aplicando un modelo matemático denominado de control lineal, que funciona como un resorte: “Existe una velocidad típica del grupo, que guarda relación con la media, pero que también tiene que ver con factores físicos y biológicos de cada pájaro. De esta manera, cuando uno se atrasa o se adelanta respecto a ese valor, recibe una penalización que consiste en un impulso proporcional a la desviación que tuvo que vuelve a subir o bajar la velocidad, según el caso”, detalla el experto.

Si bien dicho modelo es muy utilizado en investigaciones de este tipo, los autores y autoras del trabajo comprobaron que esta vez solo servía para explicar una parte del fenómeno, pero no todo. “En nuestro caso de estudio hacía falta interpretar dos cuestiones en simultáneo: por un lado, los fluctuaciones de velocidad y, por otro, las correlaciones atadas a esos cambios de rapidez y que alcanzan a toda la bandada”, señala Grigera –único autor argentino de la investigación–, y continúa: “Porque una característica de estos sistemas, y que les da el nombre de críticos, es que, si un pájaro ubicado en determinado punto aumenta su velocidad un poco, probablemente es porque otro que está en el extremo delantero también lo hizo”.

El problema de aplicar el modelo de control lineal es que, si explica razonablemente una de las situaciones, arroja datos incoherentes con respecto a la otra, y viceversa. La solución propuesta, entonces, fue el desarrollo de un modelo de control no lineal, esto es, que si la velocidad se aparta un poco de la típica o la media, la penalización que le sigue no es proporcional a esa desviación, sino que es flexible, y entonces grafica mucho más adecuadamente lo que sucede en la realidad cuando, por ejemplo, un estornino se adelanta de sus compañeros: si es una diferencia de velocidad pequeña, no sufre casi ninguna “corrección” por parte del grupo, pero si lo hace en mayor medida, entonces el impulso para devolverlo a su lugar será mucho más pronunciado.

El sistema desarrollado muestra una corrección de desviaciones en la velocidad independiente para cada pájaro, porque incluye detalles de la aerodinámica y fisiología, junto con una coordinación o sincronización de las orientaciones que es dependiente del colectivo. “Este modelo de control no lineal mostró efectividad para mantener la velocidad constante más allá del tamaño del grupo, explicando satisfactoriamente las correlaciones a lo largo de toda la bandada y ajustándose a los datos experimentales tanto en los casos de poblaciones chicas, conformadas por decenas de aves, o más grandes, con cientos de individuos”, concluye el especialista.

Cabe mencionar que los estorninos son aves originarias de Europa que están presentes también en algunos países de África, Asia occidental e incluso en Argentina, adonde probablemente llegaron a fines de la década del 80. Se caracterizan por la formación de grandes bandadas que llegan a tener hasta cuatrocientos individuos, y vuelan en bloques compactos que se expanden y contraen cambiando frecuentemente de forma, curso y velocidad. Si bien los datos utilizados en esta investigación son resultado de mediciones de larga data en poblaciones de Italia, también aplican a las especies que habitan actualmente en nuestro país.

 

Sobre entrevista:

Tomás S. GrigeraInvestigador independiente. IFLYSIB.

Referencia bibliográfica:

Andrea Cavagna, Antonio Culla, Xiao Feng, Irene Giardina, Tomas S. Grigera, Willow Kion-Crosby, Stefania Melillo, Giulia Pisegna, Lorena Postiglione, Pablo Villegas. Marginal speed confinement resolves the conflicto between correlation and control in collective behaviour. Nature Communications. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-29883-4

Sobre investigación:

Andrea Cavagna. Instituto de Sistemas Complejos, CNR, It./ Depto. De Física, Universidad de Roma La Sapienza/ (INFN), Italia.

Antonio Culla. Instituto de Sistemas Complejos, CNR, It./ Depto. De Física, Universidad de Roma La Sapienza.

Xiao Feng. Instituto de Sistemas Complejos, CNR, It./ Depto. De Física, Universidad de Roma La Sapienza.

Irene Giardina. Instituto de Sistemas Complejos, CNR, It./ Depto. De Física, Universidad de Roma La Sapienza/ (INFN), Italia.

Tomás S. Grigera. Investigador independiente. IFLYSIB.

Willow Kion-Crosby. Instituto de Sistemas Complejos, CNR, It./ Depto. De Física, Universidad de Roma La Sapienza.

Stefania Melillo. Instituto de Sistemas Complejos, CNR, It./ Depto. De Física, Universidad de Roma La Sapienza.

Giulia Pisegna. Instituto de Sistemas Complejos, CNR, It./ Depto. De Física, Universidad de Roma La Sapienza.

Lorena Postiglione. Instituto de Sistemas Complejos, CNR, It./ Depto. De Física, Universidad de Roma La Sapienza.

Pablo Villegas. IMT, It./ Centro de Investigación Enrico Fermi, Italia.

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