Primeros experimentos similares a los de la física para medir conducta de grupo de seres vivos

Los físicos están usando experimentos similares al del «gas ideal» para medir la difusión de los enjambres de criaturas, un enfoque que podría revolucionar la forma en que los investigadores logran comprender el comportamiento en grupo

Los químicos utilizan a menudo un argumento estándar para explicar o predecir las propiedades macroscópicas de sus creaciones. Por ejemplo, es fácil predecir que un líquido formado por moléculas que interaccionan fuertemente tendrá una menor presión de vapor de un compuesto de moléculas que interactúan débilmente.

La clave, por supuesto, es la fuerza de la interacción. Una vez conocida se la puede utilizar para predecir una amplia gama de fenómenos.

Esta es, por lo menos, la manera en que lo hacen los químicos y físicos. Ahora Zengru Di, en la Universidad Normal de Beijing en China, y Roehner Bertrand, en la Universidad Pierre y Marie Curie en París, se preguntan si no podría funcionar un enfoque similar para los sistemas biológicos que se componen de un gran número de entidades similares; enjambres de hormigas, moscas de la fruta escarabajos, etc. Señalan que el conocimiento de la fuerza de la interacción entre las criaturas podría conducir a predicciones sobre el comportamiento de grupo.

Pero hay un problema: los biólogos nunca han medido la fuerza de la interacción entre estas criaturas (o cualquier otra, de otro tipo, en esta materia). Así que esta semana Zengru y Roehner revelaron su método experimental para medir esta interacción y mostrar cómo lleva, de inmediato, a algunas ideas interesantes sobre el comportamiento.

Los experimentos salen más o menos directamente de un libro de texto de física. Tome una caja dividida en dos partes: una parte llena de hormigas la otra vacía, y retire la placa de división que las separaba. El experimento consiste en medir la cantidad y la velocidad de las criaturas que se mueven en la parte vacía de la caja. En esencia, este es un tipo de experimento de gas ideal.

Zengru y Roehner pensaron en dos situaciones. Si el movimiento de las hormigas está completamente correlacionado, entonces si una hormiga se mueve de un lado de la partición a la otra, todas las hormigas la seguirán.

Si su movimiento es totalmente independiente, entonces el movimiento de una hormiga través de la división no influirá en el comportamiento de cualquiera de las otras. Por supuesto, algunas se cruzan por su propia voluntad, pero la velocidad a la que esto sucede sigue una distribución normal con un modelo matemático preciso.

Cualquier cosa ubicada entre estos extremos será una indicación de la fuerza de interacción entre los individuos en esta especie. Y dicen que pueden explorar la naturaleza de la interacción entre ellos al repetir los experimentos con diferentes cantidades de individuos.

Esa es la teoría. En la práctica, Zengru y Roehner se encontraron con una serie de obstáculos. Por ejemplo, cuando la densidad de las hormigas es alta, tienden a arrastrarse una por encima de la otra, por lo que se hace difícil controlar su movimiento individual. Ellos esperan superar esto pesando las dos partes de la caja.

Sin embargo, Zengru y Roehner tienen algunos resultados interesantes. Dicen que los datos indican que la fuerza de la interacción entre los individuos no depende de la distancia entre ellos, por lo menos en escalas de unos pocos centímetros. «Los resultados experimentales claramente excluyen una interacción de tipo Ising, es decir, aquella que se limitaría a los vecinos más cercanos», dicen.

Lo que es más, mientras que existe una leve interacción atractiva entre hormigas y escarabajos, la correlación entre la mosca de la fruta es negativa. Las moscas de la fruta se repelen entre sí, por lo menos ligeramente.

Esas son ideas interesantes de simple ciencia. La idea de utilizar los experimentos del tipo de los de la física para medir el comportamiento de grupos de seres vivos es claramente interesante.

No hay pocas simulaciones por ordenador que tratan de modelar el comportamiento de grupo de diversos tipos de criaturas. Estos modelos tienen diferentes niveles de éxito, pero su vínculo con el trabajo experimental siempre ha sido débil.

Es muy posible que el trabajo de Zengru y Roehner pudiese ser el comienzo de una tradición experimental que puede complementar el trabajo teórico y de observación, y también las simulaciones por ordenador. Puede que el estudio de la conducta grupal de los organismos nunca vuelva ser igual.

Ref: arxiv.org/abs/1212.6349 : Extending physical chemistry to populations of living organisms. First step: measuring coupling strength. [PDF]

Fuente: MIT Technology Review. Aportado por Eduardo J. Carletti

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