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Estudian el forrajeo animal con teoría de caminante aleatorio

Reyna Alejandra Fonseca Velázquez
4/nov/2016

Todas las especies animales necesitan moverse para sobrevivir, como los monos araña o los búfalos, que requieren emprender el camino donde puedan estar a salvo y no sufran de ambre ni sed.

Edgar Anuar Sánchez Hernández, recién titulado de la maestría en Ciencias Físicas en el IFUNAM y asesorado por el Dr. Denis Boyer del mismo instituto, se ha dedicado a estudiar este tipo de actividad animal con base en modelos matemáticos simples. Y el pasado 5 de septiembre se presentó en el Seminario de Estudiantes del IFUNAM para hablar de los caminos que siguen algunos animales cuando se movilizan en busca de alimento.

La movilidad animal, en este contexto, se refiere al comportamiento que tienen los animales al trasladarse de un sitio a otro. Aunque suelen motivarse por diferentes razones, ya sea apareamiento, situaciones climatológicas desfavorables o supervivencia ante depredadores, Anuar Sánchez concentró su atención en los patrones que siguen los animales para saciar una de sus necesidades primarias: alimentarse.

Para ello, el joven investigador toma bases de datos de estudios empíricos, hechos entre los años 2012 y 2014, de poblaciones de diferentes animales, por ejemplo del mono araña o de búfalos. Para realizar estos estudios poblacionales, quienes los llevan a cabo colocan collares con antenas de rastreo a una muestra significativa de la especie animal a estudiar. Los datos obtenidos del rastreo se registran por computadora con el fin de mostrar las posiciones de los animales a lo largo de jornadas diarias o mensuales.

Con modelos matemáticos simples, Anuar Sánchez, puede describir, e incluso recrear por computadora, físico, matemática y computacionalmente los movimientos de los animales al realizar sus actividades cotidianas, entre ellas, la búsqueda de su alimento.

En investigaciones previas realizadas por otros científicos interesados en la movilidad, se propuso como base utilizar el modelo del caminante aleatorio para ser estudiado matemáticamente. Esto capturó la atención de algunos físicos, ya que por medio de este mismo modelo se estudia el llamado movimiento Browniano, que es el que sigue una partícula inerte dentro de un fluido.

¿Cómo se mueven los animales?

Hay diversos factores que intervienen en la elección del camino que seguirán los animales en su día a día, uno de ellos es el medio ambiente en el que se encuentren, otro es el uso de memoria, el cual ponen en práctica al decidir hacia dónde deben dirigirse para encontrar alimentos de calidad, no pasar hambre o sed, ni sufrir algún otro tipo de percance que los su medio ambiente pueda traerles en ciertas temporadas.

En algunos modelos teóricos-computacionales, se toma en cuenta la memoria del animal y la dinámica del ambiente, cuyos recursos pueden variar con el tiempo, cantidad de árboles con frutos, porcentaje de frutos de buena calidad, etc., sin embargo su análisis matemático se vuelve complicado porque se necesita el ajuste de muchos parámetros que requiere el modelo matemático.

Por eso, el objetivo de Anuar Sánchez es construir un modelo simple de forrajeo que requiera poca computación en el modelo de búsqueda aleatoria, que incluya el uso de memoria (imperfecta), que no necesite de ajustes finos en parámetros (que son intrínsecos del modelo matemático) y que el animal modelo sea capaz de realizar una explotación eficiente de recursos en distintos ambientes.

"Queremos saber qué pasa si si se considera un animal que olvida con el tiempo y saber si le favorece o le perjudica en algo", explica el joven investigador.

Perder la memoria… ¿para bien?

Por tal motivo, Anuar Sánchez se basó en el modelo del Boyer-Solis-Romo, que usan una modificación del caminante aleatorio para simular las trayectorias que siguen los animales, y crea su primer modelo, en el que incluyó el uso de memoria de los animales, un ambiente sin alimento (para generar que se desplace el animal), y un factor de decaimiento de memoria. En modelos subsecuentes modificó al ambiente, colocando fuentes de alimento alternas, es decir, producen alimento temporalmente.

Entre los resultados de la investigación encontró que el animal se vuelve un mejor explotador de recursos pierde memoria con el paso del tiempo. Así mismo, con ésta característica se resuelve el dilema exploración-explotación (en el que el animal no sabe si quedarse en un sitio y conformarse con el alimento que ahí encuentre o buscar otras opciones que puedan favorecerlo, con el riesgo de no encontrar nada mejor)ser un mejor explotador de recursos significa que le benefician.

La trayectoria pintada de azul es la que siguen los animales hipotéticos en el modelo que incluye la pérdida de memoria. Foto: Facilitada por Anuar Sánchez.

Hasta este momento, Sánchez obtuvo un modelo simple que muestra sub-difusión, porque muestra que el caminante explora muy lentamente su medio ambiente, explota los recursos del ambiente de manera óptima, localiza sitios con alimento y se adapta a los cambios en ese ambiente y, sobre todo, los parámetros no necesitan tener valores exactos para que el caminante siga explotando óptimamente los recursos.

La importancia de este tipo de investigaciones es que "si entendemos cómo se mueven los animales, podemos entender parte de los ecosistemas, y posiblemente conocer bajo qué condiciones los animales sobrevivir o extinguirse. Con un modelo como este podríamos evaluar ciertos ecosistemas basándonos en los caminos que siguen los animales que lo habitan y así poder atenderlos oportunamente en caso de ser necesario, para evitar más extinciones", resalta Sánchez, quien en poco tiempo podría llevar su modelo a un sistema real para saber qué tanto se apegan sus cálculos a los comportamientos de animales reales.