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Los patrones de movimiento en la naturaleza: vuelos de Lévy en el caminar de insectos sociales

Sofía Flores Fuentes
03/11/2021

La naturaleza se desenvuelve entre patrones y constantes que los científicos descifran, describen y explican, en un esfuerzo por comprender lo que ocurre y nos maravilla a nuestro alrededor. En este tenor, un grupo multidisciplinario de investigadores, entre ellos el doctor Octavio Miramontes Vidal, del Departamento de Sistemas Complejos del Instituto de Física de la UNAM, ha documentado la existencia de patrones colectivos coherentes en el movimiento de un insecto social muy peculiar: las termitas; así como un comportamiento social particular nunca antes visto.

El trabajo titulado “Scale-free movement patterns in termites emerge from social interactions and preferential attachments” es un estudio experimental con sustento teórico innovador, específicamente para la física y la biología, por la descripción de los vuelos de Lévy en una comunidad de termitas, un comportamiento social que puede ser entendido desde la perspectiva de la física de los sistemas complejos.

Además, el grupo de investigación observó una conducta llamada “atracción preferencial”, debido a que los individuos tienen a sus favoritos entre la comunidad de insectos y es con ellos con los que interactúan preferentemente. Este es el primer trabajo a nivel mundial que habla y reporta este fenómeno en estos insectos sociales. Sumado a esto, la novedad del trabajo se encuentra en el desarrollo de un software propio que permitió dar seguimiento automatizado al movimiento de los individuos en una agrupación experimental.

En rojo se muestran las trayectorias de las termitas con 1, 10, 13, 16 y 29 obstáculos, colocados en una configuración aleatoria y mostrados en negro, en posición y tamaño real. Figura del artículo de Paiva, et al. (2021).

En el artículo arbitrado, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), el grupo de científicos pertenecientes a instituciones de investigación localizadas en México, Reino Unido y Brasil, describe la movilidad de las termitas cuando se encuentran aisladas y en grupos de hasta 29 individuos, en cajas de Petri con o sin obstáculos. Concretamente, se analiza cómo las interacciones sociales influencian el movimiento de individuos en un contexto social.

“La auto organización es una fuerza muy importante en la biología y en todo el universo”, menciona el doctor Octavio Miramontes, quien desarrolló parte de su trabajo académico junto con Brian Goodwin en el Reino Unido y Germinal CochoƔ en México, dos de los precursores del estudio de la biología desde la aproximación de los sistemas complejos. “Podemos observar patrones de movimiento especiales en los monos araña, en las aves marinas, en las hormigas y en las abejas, pero también en la movilidad de las bacterias o de los espermatozoides, en las células cancerosas, en el crecimiento de los árboles en un bosque o el arrastre de las hojas en un río e inclusive en humanos.”

Los tipos de movimiento en cuestión son los vuelos de Lévy, un patrón matemático que contempla la actividad aparentemente errática de un elemento y que conforma una manera muy eficiente de movilidad; de ahí que el estudio de los vuelos de Lévy considere la cantidad de pasos dados y el tamaño de los mismos, largos y cortos, a través de la observación de una distribución matemática conocida como ley de potencias.

Antes de este trabajo, los análisis de los vuelos de Levy realizados en distintos organismos, como hormigas o termitas, se habían desarrollado siguiendo el movimiento de individuos en solitario. Sin embargo, al ser organismos sociales, el análisis en aislamiento resulta poco representativo de lo que ocurre en la realidad.

“Experimentalmente, analizar el movimiento de un individuo se dificulta en su contexto social”, explica el doctor Miramontes, al agregar que los primeros estudios en esta área comenzaron con termitas aisladas; es ahora que se ha aumentado el tamaño del grupo social. “Las conductas aparecen o se facilitan cuando hay una interacción social, a lo que se le conoce como facilitación social”.

De ahí que este trabajo sea el primero en el mundo en mostrar el fenómeno de la atracción preferencial en termitas, un tema que tendrán que ser analizando a profundidad, pues hasta ahora se desconoce su causa. “Nuestro modelo teórico, predecía que debería existir un número bajo de individuos favoritos en la comunidad; de esta interacción es que habrían de surgir los vuelos de Lévy, algo que constatamos de manera experimental”, comenta el investigador del Departamento de Sistemas Complejos del IFUNAM.

Para el análisis del movimiento de las termitas, insectos sociales por naturaleza, los investigadores desarrollaron un software que les permitió seguir, automáticamente en video, el movimiento de una termita en particular cuando se localiza rodeada de otras. “Una de las aportaciones de este trabajo es que desarrollamos este software con el que, luego de distinguir a una de las termitas para poder identificarla, se puede rastrear el movimiento del individuo en cuestión a lo largo del tiempo, aunque se encuentre en medio de un grupo de individuos. Esto no existía hasta ahora”, mencionó el doctor Miramontes Vidal.

Aunque la pandemia detuvo por dos años la publicación de este artículo, finalmente el grupo de trabajo del que el doctor Miramontes forma parte pudo dar a conocer estos hallazgos. “Publicar en esta revista es difícil por ser de mucho prestigio, además de que con la pandemia se le dio preferencia a temas relacionados con el SARS-CoV-2”, comentó el investigador, quien destacó a este artículo como el segundo consecutivo de su carrera en ser publicado en la revista PNAS.