Fuera de las abejas, la palabra insecto alude a seres diminutos, desagradables y dañinos, una manifestación muy elemental de la vida. Ni hablar de conductas organizadas. Sin embargo, un trabajo científico acaba de encontrar orden en el aparente caos de los enjambres de jejenes (Ceratopogonidae y Chironomidae), insectos dípteros, como los mosquitos, pero de otra familia, que forma grandes cúmulos sobre espejos de agua. A los ojos de los autores del estudio, el patrón de organización respetaría normas similares a las que guían a las bandadas de estorninos, aves que pueblan el cielo romano al atardecer y cuyas elaboradas coreografías, rápidamente cambiantes, maravillan a los observadores.
Lo describe un paper publicado en Nature Physics (https://www.nature.com/articles/s41567-023-02028-0) que lleva la firma del argentino Tomás Grigera, investigador del Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos de la Universidad Nacional de La Plata, y de colegas italianos. Ellos encontraron que los jejenes forman subconjuntos cuya dirección depende y está correlacionada con la distancia que mantienen entre los individuos. Es decir, que misteriosamente las posiciones y velocidad de cada insecto tienen que ver con las de sus congéneres que están alrededor.
El comportamiento de los estorninos fue estudiado, entre otros, por Giorgio Parisi, Premio Nobel de Física 2021 por sus trabajos en sistemas complejos. Grigera se acercó al problema después de trabajar en el grupo del físico italiano, pero en otros temas. “Uno en principio puede tratar de entender cómo surgen esos patrones de movimientos haciendo un modelo con reglas matemáticas simples, que es lo que hacemos los físicos estadísticos: buscar pocas reglas que te dicen qué hace una partícula y cómo se relaciona con su vecina más cercana –explica–. Eso da lugar a que se formen, por ejemplo, bandadas ordenadas que son capaces de girar muy rápidamente o cambiar de dirección sin romperse. Esas figuras colectivas surgen a partir de comportamientos locales, en el sentido de que cada individuo mira a los cuatro o cinco o seis que tiene alrededor, y no hay nadie que esté controlando desde afuera la bandada como un todo. No hay un líder que dice lo que tiene que pasar, y sin embargo el orden surge. Se los llama ‘comportamientos emergentes’, porque aparecen a partir de reglas simples, microscópicas, que uno le introduce al sistema”.
La idea de que un sistema puede ordenarse espontáneamente existe desde hace mucho, dice Grigera: “Un ejemplo que damos siempre es el de los imanes. Son pequeños dipolos magnéticos microscópicos que apuntan en principio en cualquier dirección. Pero cuando la temperatura empieza a bajar, se alinean uno con otro y de golpe todos se orientan hacia el mismo lado. Eso llevó a pensar si no sería un mecanismo parecido el que funcionaba con los estorninos”.
Un modelo propuesto en 1995 por el físico húngaro Tamas Vicsek, plantea justamente eso. Que cada pájaro se mira con sus vecinos y si puede copiarlos bien, el sistema se ordena. Entonces, después de ponerlo a prueba, surgió el interés de explorar hasta dónde se pueden extrapolar estas ideas de la física estadística a sistemas biológicos y otros.
Desde el punto de vista técnico, el experimento que hicieron Grigera y colegas es similar al utilizado con los estorninos: instalaron tres pares de cámaras para observar los enjambres. “Es interesante –comenta el físico–, porque la regla nos dice que cada uno mira a su vecino, pero se equivoca al copiar la velocidad. Si se equivoca mucho, el sistema no logra ordenarse y no viajan todos juntos. Eso es lo que hace un enjambre: está flotando estacionario, porque cada individuo vuela en una dirección distinta. O sea, los insectos se desplazan, pero el enjambre como un todo, no, porque no se sincronizan. Las reglas son parecidas, pero el nivel de ‘ruido’ es mayor y no llegan a ‘romper la simetría’, como decimos en física estadística. La simetría implica que todas las direcciones son iguales. Si el sistema se ordena, eso ya no ocurre; hay una que es la que el sistema eligió para desplazarse”.
Con los jejenes no se ven los dibujos artísticos de los estorninos, pero se advierte otro fenómeno muy interesante: “Hay un nivel de ruido crítico –destaca Grigera–; si se copiaran las velocidades un poquito mejor, ya empezarían a ordenarse. Lo que se advierte es que éstas están muy correlacionadas espacialmente. O sea que si en un instante, en un lugar, la velocidad tiene un cierto valor, en otro muy lejano es bastante probable que también tenga ese mismo valor. Después cambia, fluctúa, el insecto dobla, se mueve y entonces nunca llega a producirse la sincronización. Es como que ‘casi’ empiezan a volar juntos, pero después se desordenan. Lo que se vio en estas primeras observaciones es que el sistema es ‘crítico’; es desordenado, pero que está justo a punto de ordenarse”.
Los físicos suelen buscar en sus fórmulas matemáticas la explicación de la belleza del universo. Pero el estudio del vuelo de los jejenes y los estorninos no se agota en buscar una respuesta a las misteriosas formas del orden en la naturaleza, sino que se puede extrapolar a otros campos. Por ejemplo, al vuelo de los drones, a la inteligencia artificial, que investiga como surgen comportamientos emergentes o a la comprensión de la conciencia humana.
“El fenómeno de orden, desorden y simetría aparece en muchos lugares, desde la astrofísica hasta la materia condensada”, concluye Grigera.
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