Un equipo de investigadores con sede en Israel y los Estados Unidos ha encontrado una semejanza matemática entre la dinámica del enjambre y las interacciones gravitacionales. El estudio, que acaba de ser publicado en el Nueva revista de física , podría proporcionar un gran salto adelante en la comprensión del movimiento masivo de insectos voladores.
Los científicos han estado fascinados durante mucho tiempo por el comportamiento colectivo de los animales. El movimiento coordinado de bancos de peces o bandadas de pájaros, por ejemplo, puede desarrollarse a partir de interacciones de corto alcance donde los individuos tienden a moverse como sus vecinos. Hasta ahora, tan bueno, hasta que llegue al enjambre de insectos, donde se requiere un enfoque diferente.
A diferencia de los peces o las aves, los insectos no se alinean entre sí cuando están en movimiento y la interacción dominante que mantiene el enjambre unido parece tener un alcance mucho mayor. Para obtener más información, el equipo decidió centrarse en los mosquitos ya que son directoscriar y estudiar en un entorno de laboratorio controlado. Los experimentos se realizaron en la Universidad de Yale en los EE. UU. con aportes teóricos proporcionados por investigadores del Instituto Weizmann, Israel.
Al igual que otros insectos como las moscas de la fruta, las polillas y las abejas, los mosquitos tienen un órgano sensible al sonido conocido como el órgano de Johnston, que forma parte de sus antenas. Para los investigadores, esto resaltó la probable importancia de la acústicainteracciones en enjambre, donde el sonido se crea cuando los insectos voladores golpean sus alas.
"Partimos de la suposición de que cuando un enano escucha a otro, reacciona acelerando hacia la fuente con una fuerza que es proporcional a la intensidad del sonido recibido", dijo Dan Gorbonos, miembro del equipo de investigación de Weizmann. "La tasa de descomposición".de la intensidad del sonido disminuye de acuerdo con una ley del cuadrado inverso, al igual que la atracción gravitacional entre dos masas ".
Al aplicar su modelo de comportamiento animal colectivo, los científicos encontraron una similitud en la estructura de enjambres de mosquitos y objetos astrofísicos, como los cúmulos globulares que consisten en miles de estrellas. Sin embargo, existe una gran diferencia entre la gravedad real que actúa entremasas y esta efectiva interacción acústica que el grupo llama 'gravedad adaptativa'.
Para comprender el enfoque del equipo, es útil considerar que para muchos animales la percepción del sonido no es fija, sino que se adapta a la intensidad total del sonido. Nuestros oídos, por ejemplo, se comportan de esta manera. Nos resulta fácil descifrarloun susurro en un ambiente tranquilo, pero la gente tiene que gritar para ser entendida en una habitación ruidosa.
"Aunque no se sabe mucho sobre la fisiología del mosquito, esperamos encontrar un mecanismo similar en el órgano de Johnston", comentó Gorbonos. "Por lo tanto, esperaríamos que los mosquitos reduzcan su sensibilidad en un ambiente densamente poblado,y encontramos evidencia de eso en los datos experimentales ".
Esta característica de 'adaptabilidad' ayuda a explicar por qué el enjambre no se colapsa sobre sí mismo a pesar de la interacción similar a la gravedad. Cuando el zumbido de fondo es demasiado alto y el entorno local es demasiado denso, la sensibilidad se reduce y cada unoel mosquito individual reacciona menos al atractivo tirón de sus vecinos.
enfoque colaborativo
La captura y el análisis de video utilizados por el equipo para generar los datos experimentales para probar su modelo matemático se desarrolló primero para examinar los flujos de fluidos turbulentos. Nick Ouellette, ahora con sede en la Universidad de Stanford, originalmente escribió el software para el seguimiento de partículas y luego explorósu aplicación como herramienta para medir enjambres de mosquitos. James Puckett y Rui Ni que entonces eran posdoctorados en el laboratorio de Ouellette ayudaron a demostrar el proceso.
"Nuestra colaboración comenzó cuando Ouellette visitó el Instituto Weizmann y dio un seminario sobre su investigación con mosquitos, lo que llamó la atención de Nir Gov", dijo Gorbonos. "Fue idea del gobierno tomar prestadas herramientas de la gravitación para modelar los mosquitos, lo que llevó aresultados en este documento ". Reuven Ianconescu se unió al equipo liderado por Nir Gov para trabajar en las simulaciones, seguido de Gorbonos, cuya formación es en el área de la física gravitacional".
El grupo ve que este modelo adaptativo es un prototipo para las descripciones de varios tipos de sistemas colectivos con interacciones de largo alcance, que van desde otras interacciones acústicas en el reino animal hasta sistemas biológicos a menor escala, como células enjambre.
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Materiales proporcionados por Publicación de IOP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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