Publicado el: 11 de marzo de 2025 / Actualización del: 11 de marzo de 2025 - Autor: Konrad Wolfenstein
Investigación de ennegrecimiento y enjambre con realidad virtual: los científicos alemanes analizan los saltamontes - Imagen: xpert.digital
La investigación de realidad vr revela nuevas estructuras en saltamontes
Avance en saltamontes: teorías a largo plazo refutadas
El saltamontes del desierto ha tenido una reputación aterradora por los tiempos bíblicos. Con raves de hasta 50 millones de personas, este tipo de insecto puede causar daños devastadores al comer áreas enteras de desnudos y así poner en peligro la seguridad nutricional. Ahora los investigadores de la Universidad de Konstanz y el Instituto Max Planck de Biología del Comportamiento han obtenido un conocimiento innovador sobre la organización de estos enjambres y han refutado muchos años de teorías. Con la ayuda de una innovadora tecnología de realidad virtual, los científicos pudieron demostrar que los enjambres de saltamontes son fundamentalmente diferentes de lo que se suponía anteriormente. Este estudio publicado en la reconocida revista especialista "Science" pone modelos explicativos anteriores al revés y proporciona información importante que podrían contribuir a la mejor predicción y combate de saltamontes.
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El fenómeno de los saltamontes y su significado global
Los saltamontes del desierto (Schistocerca gregaria) se encuentran entre los ejemplos más impresionantes de comportamiento colectivo en la vida silvestre. El vuelo que no puede volar, así que las ninfas llamadas, inicialmente viven como individuos locales. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, se unen para formar enormes raves y comienzan a caminar, no sin rumbo, sino en un movimiento coordinado, como si fueran controlados centralmente. Estos enormes colectivos de insectos pueden incluir hasta 50 millones de animales y, por lo tanto, representan uno de los colectivos de animales más grandes de nuestro planeta.
Los efectos de tales saltamontes son devastadores. Según los investigadores, amenazan el sustento de alrededor de cada décima persona en todo el mundo. Un ejemplo concreto de esto proporcionó la plaga masiva de saltamontes en el Cuerno de África entre 2019 y 2020, que devastó la producción agrícola y provocó una hambruna. La investigación científica de los mecanismos que conducen a la formación y movimiento de tales enjambres no solo es de interés teórico, sino que también tiene una importancia práctica considerable para la seguridad nutricional global.
La teoría anterior: los saltamontes como una "partícula autónoma"
Durante décadas, el comportamiento colectivo de los saltamontes se ha explicado con la ayuda de un concepto de la física teórica. En este modelo, los insectos son vistos como "participantes autopropulsados" (partículas autodenominadas), que alinean sus posiciones y direcciones de movimiento en sus vecinos inmediatos. Esta teoría supone que es suficiente si los individuos solo "entran en una fila" con sus vecinos directos para crear un movimiento coherente en todo el enjambre.
Otro elemento central de esta explicación anterior fue la suposición de que la densidad de los animales es un factor decisivo para la transición del movimiento flotante desordenado. Según esta hipótesis, la transición a un movimiento coordinado comienza tan pronto como hay suficientes animales en un espacio limitado. Esta teoría parecía tan convincente que sirvió durante décadas como un modelo estándar para explicar los movimientos colectivos en la vida silvestre.
Curiosamente, la investigación previa dirigida por Iain Couzin, quien también está involucrada en el estudio actual, ya había proporcionado otros hallazgos sorprendentes sobre el comportamiento del enjambre de los saltamontes. Su equipo descubrió que el canibalismo podría ser un factor impulsor para los movimientos de senderismo: los saltamontes avanzan para no ser comidos por detrás. Esta realización ya indicaba que un comportamiento más complejo podría desempeñar un papel que las meras reacciones físicas.
El enfoque de investigación innovador: la realidad virtual revela los secretos del enjambre
Para comprender mejor las complejas interacciones en los créditos del Grasshopper, el equipo de investigación alrededor de Iain Couzin del colectivo de excelencia en la Universidad de Constance y el Instituto Max Planck para la Biología del Comportamiento en un enfoque revolucionario: realidad virtual (VR). "Como se sabe, es difícil reconocer los mecanismos de interacción en grupos móviles de animales", explica Couzin. "Los individuos se influyen entre sí y también están influenciados por el comportamiento de los demás, en una interacción compleja".
Para resolver este problema, los investigadores desarrollaron una sofisticada configuración de realidad virtual. Se colocaron pastos vivientes individuales en una pelota móvil, similar a una cinta de correr para que pudieran moverse libremente. A su alrededor, los científicos proyectaron hasta 64 saltamontes virtuales fotorrealistas, de modo que los verdaderos insectos creían que estaban en un enjambre natural. Este método innovador permitió a los investigadores verificar con precisión qué información de la hierba viva estaba disponible, cuántos otros animales estaban en su entorno y en qué dirección estaban.
En un experimento particularmente revelador, los investigadores colocaron saltamontes reales entre dos enjambres virtuales de tres dimensiones. Esta disposición de prueba les permitió probar si los animales realmente reaccionan al comportamiento de sus vecinos directos, como se suponía anteriormente, y se moverían con ellos como un enamoramiento uniforme.
Resultados sorprendentes: un cambio de paradigma en la investigación del enjambre
Los resultados de los experimentos fueron sorprendentes y cuestionaron fundamentalmente la teoría anterior. Contrariamente a la expectativa de los investigadores, los verdaderos saltamontes no se movieron como parte de un enjambre grande y uniforme en la misma dirección. En cambio, giraron en la dirección de uno de los enjambres virtuales y corrieron específicamente a ellos.
Esta observación mostró a los científicos que la "reacción optomotora" que llama la SO, un reflejo innato que hace que los saltamontes sigan las impresiones sensoriales del movimiento, no es la causa del movimiento colectivo coordinado. De hecho, los investigadores no encontraron evidencia de que los saltamontes alineen su posición y dirección de movimiento en función de sus vecinos.
"Los animales individuales no son partículas", explica Iain Couzin. "Tenemos que ver a los saltamontes como sujetos cognitivos y actuales que observan su entorno y, sobre esta base, tomar sus decisiones a dónde van a continuación". Los investigadores ahora suponen que el desarrollo de un enjambre depende mucho más de cada saltamontes individual de lo que se suponía anteriormente.
Los experimentos también mostraron que los animales a veces se desviaban del curso de la articulación, incluso si tenían dos enjambres al lado de ellos que corrían en la misma dirección. Además, el equipo no encontró evidencia de que la densidad de los individuos, como se suponía anteriormente, era el factor desencadenante para el movimiento del enjambre.
Importancia práctica para combatir los saltamontes
Los nuevos hallazgos tienen implicaciones prácticas de mayor alcance. Una mejor comprensión de los mecanismos fundamentales de la formación y el movimiento del enjambre podría ayudar a predecir el comportamiento de los insectos y desarrollar estrategias más efectivas para combatir los rangos de hierba.
En vista del hecho de que los saltamontes amenazan el sustento de todas las personas, la importancia de esta investigación no debe subestimarse. Los efectos devastadores de la plaga de saltamontes en el Cuerno de África entre 2019 y 2020, lo que condujo a fallas y hambrunas de cosecha, ilustran la necesidad urgente de una mejor predicción y mecanismos de control.
A través de la realización de que los saltamontes no actúan simplemente como una partícula física, sino que como actores cognitivos individuales con sus propios procesos de toma de decisiones, se abren nuevos enfoques para controlar los estragos. En lugar de confiar exclusivamente en medidas de control a gran escala, las estrategias futuras podrían estar orientadas a comprender e influir en los procesos de toma de decisiones individuales.
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Instrucciones de investigación futuras y el "Centro de Computación Visual del Colectivo"
Los hallazgos innovadores solo representan el comienzo de una nueva comprensión del comportamiento colectivo. Este centro, que estará entre las instalaciones más modernas para investigar el comportamiento grupal, está destinado a observar enjambres de animales en entornos 3D holográficos virtuales y analizar sus movimientos.
Al mismo tiempo, el equipo alrededor de Couzin también investiga la toma de decisiones espaciales para varias especies animales. Un estudio publicado recientemente en PNAS muestra cómo los animales procesan la complejidad de su entorno al reducir el mundo a decisiones sucesivas entre solo dos opciones. Estos hallazgos indican que los principios geométricos básicos podrían explicar cómo y por qué los animales se mueven como lo hacen, un enfoque que también puede aplicarse a la comprensión de los saltamontes.
Una nueva era para investigar el comportamiento colectivo
La investigación de los científicos de la Universidad de Konstanz y el Instituto Max Planck de Biología del Comportamiento marca un punto de inflexión para comprender el comportamiento colectivo en la vida silvestre. Al cuestionar la teoría establecida de las "partículas autodenominadas", abren una nueva perspectiva, los saltamontes y otros animales como tomadores de decisiones individuales, cuyo comportamiento colectivo resulta de procesos cognitivos complejos.
El uso de tecnología de realidad virtual innovadora ha demostrado ser la clave del éxito. Permitió a los investigadores descifrar la complejidad previamente impenetrable de los colectivos de animales y obtener información fundamental sobre la organización de los enjambres. Estos hallazgos no solo podrían revolucionar nuestra comprensión teórica del comportamiento colectivo, sino también ofrecer soluciones prácticas para combatir los saltamontes que amenazan la seguridad nutricional en todo el mundo.
El trabajo del equipo alrededor de Iain Couzin, que ya ha sido galardonado con el prestigioso Premio Wilhelm Leibniz para su investigación en el campo del comportamiento colectivo, subraya la importancia de la investigación interdisciplinaria en la interfaz de la biología, la informática y la física. Muestra impresionantemente cómo las tecnologías modernas pueden ayudarnos a descifrar los fascinantes secretos de la naturaleza y, al mismo tiempo, desarrollar soluciones prácticas para los problemas globales apremiantes.
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