Inteligencia de enjambre e investigación de enjambres con realidad virtual: científicos alemanes analizan enjambres de langostas – Imagen: Xpert.Digital
Una investigación en realidad virtual revela nuevas estructuras en enjambres de langostas
Avance en la investigación sobre la langosta: se refutan teorías de larga data
La langosta del desierto ha tenido una reputación temible desde tiempos bíblicos. Con enjambres de hasta 50 millones de individuos, esta especie de insecto puede causar estragos devorando regiones enteras, poniendo así en peligro la seguridad alimentaria. Ahora, investigadores de la Universidad de Constanza y del Instituto Max Planck de Comportamiento Animal han obtenido información revolucionaria sobre la organización de estos enjambres, desmintiendo teorías arraigadas. Mediante tecnología innovadora de realidad virtual, los científicos pudieron demostrar que los enjambres de langostas se organizan de forma fundamentalmente diferente a lo que se creía anteriormente. Este estudio, publicado en la prestigiosa revista "Science", revoluciona los modelos explicativos existentes y proporciona información importante que podría contribuir a una mejor predicción y control de las plagas de langostas.
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El fenómeno de las plagas de langostas y su importancia global
Las langostas del desierto (Schistocerca gregaria) se encuentran entre los ejemplos más impresionantes de comportamiento colectivo en el reino animal. Estos insectos jóvenes, no voladores y llamados ninfas, viven inicialmente como individuos aislados. Sin embargo, en ciertas condiciones, se congregan en enormes enjambres y comienzan a migrar, no sin rumbo fijo, sino en un movimiento coordinado, como si estuvieran controlados centralmente. Estos vastos enjambres de insectos pueden estar compuestos por hasta 50 millones de individuos, lo que los convierte en uno de los colectivos animales más grandes de nuestro planeta.
Los efectos de estas plagas de langostas son devastadores. Los investigadores estiman que amenazan el sustento de aproximadamente una de cada diez personas en todo el mundo. Un ejemplo concreto fue la plaga masiva de langostas que azotó el Cuerno de África entre 2019 y 2020, que devastó la producción agrícola y desencadenó una hambruna. Por lo tanto, la investigación científica sobre los mecanismos que conducen a la formación y el movimiento de estas plagas no solo reviste interés teórico, sino también una considerable importancia práctica para la seguridad alimentaria mundial.
La teoría anterior: Las langostas como “partículas autopropulsadas”
Durante décadas, el comportamiento colectivo de los enjambres de langostas se ha explicado mediante un concepto de la física teórica. En este modelo, los insectos se consideran "partículas autopropulsadas" que alinean sus posiciones y direcciones de movimiento con sus vecinos inmediatos. Esta teoría asume que basta con que los individuos se alineen únicamente con sus vecinos inmediatos para generar un movimiento coherente en todo el enjambre.
Otro elemento clave de esta explicación previa fue la suposición de que la densidad animal es un factor crucial en la transición del movimiento de enjambre desordenado al ordenado. Según esta hipótesis, la transición al movimiento coordinado comienza en cuanto suficientes animales se reúnen en un espacio reducido. Esta teoría resultó tan convincente que sirvió como modelo estándar para explicar los movimientos colectivos en el reino animal durante décadas.
Curiosamente, investigaciones previas dirigidas por Iain Couzin, quien también participa en el estudio actual, ya habían aportado otros datos sorprendentes sobre el comportamiento de enjambre de las langostas. Su equipo descubrió que el canibalismo podría ser un factor determinante en sus movimientos migratorios: las langostas avanzan para evitar ser devoradas por detrás. Este hallazgo ya sugería que podrían estar involucrados comportamientos más complejos que las meras reacciones físicas.
El enfoque de investigación innovador: la realidad virtual revela los secretos del enjambre.
Para comprender mejor las complejas interacciones dentro de los enjambres de langostas, el equipo de investigación dirigido por Iain Couzin, del Clúster de Excelencia "Comportamiento Colectivo" de la Universidad de Constanza y el Instituto Max Planck de Comportamiento Animal, empleó un enfoque revolucionario: la realidad virtual (RV). "Es notoriamente difícil discernir los mecanismos de interacción en grupos móviles de animales", explica Couzin. "Los individuos se influyen mutuamente y, a la vez, son influenciados por el comportamiento de los demás, en una interacción compleja".
Para resolver este problema, los investigadores desarrollaron un sofisticado sistema de realidad virtual (RV). Se colocaron saltamontes vivos individuales sobre una esfera móvil, similar a una cinta de correr, lo que les permitía moverse libremente. A su alrededor, los científicos proyectaron hasta 64 saltamontes virtuales fotorrealistas, de modo que los insectos reales creyeran estar en un enjambre natural. Este innovador método permitió a los investigadores controlar con precisión la información disponible para el saltamontes vivo: cuántos otros animales se encontraban en su proximidad y en qué dirección se movían.
En un experimento particularmente revelador, los investigadores colocaron langostas reales entre dos enjambres virtuales tridimensionales. Esta configuración experimental les permitió comprobar específicamente si los animales reaccionarían al comportamiento de sus vecinos inmediatos, como se suponía previamente, y se moverían con ellos como un enjambre unificado.
Resultados sorprendentes: un cambio de paradigma en la investigación de enjambres
Los resultados de los experimentos fueron sorprendentes y cuestionaron radicalmente la teoría existente. Contrariamente a las expectativas de los investigadores, las langostas reales no se movieron en la misma dirección como parte de un enjambre grande y uniforme. En cambio, se dirigieron hacia uno de los enjambres virtuales y se dirigieron directamente hacia él.
Esta observación demostró a los científicos que la llamada "respuesta optomotora" —un reflejo innato que hace que las langostas sigan las impresiones sensoriales de movimiento— no es la causa del movimiento colectivo coordinado. De hecho, los investigadores no encontraron ninguna evidencia de que las langostas alineen su posición y dirección de movimiento con sus vecinas.
“Los animales individuales no son partículas”, explica Iain Couzin. “Debemos considerar a las langostas como sujetos cognitivos y activos que observan su entorno y, con base en ello, toman decisiones sobre su próximo destino”. Los investigadores ahora asumen que la formación de un enjambre depende mucho más de cada langosta de lo que se creía anteriormente.
Los experimentos también demostraron que los animales a veces se desviaban del rumbo común, incluso cuando dos enjambres los acompañaban moviéndose en la misma dirección. Además, el equipo no encontró evidencia de que la densidad de individuos, como se suponía previamente, sea el factor desencadenante del movimiento en enjambre.
Implicaciones prácticas para combatir las plagas de langostas
Los nuevos hallazgos tienen implicaciones prácticas de gran alcance. Una mejor comprensión de los mecanismos fundamentales de la formación de enjambres y el movimiento podría ayudar a predecir el comportamiento de los insectos y a desarrollar estrategias más eficaces para combatir las plagas de langostas.
Dado que las plagas de langostas amenazan el sustento de aproximadamente una de cada diez personas, la importancia de esta investigación es innegable. El devastador impacto de la plaga de langostas en el Cuerno de África entre 2019 y 2020, que provocó malas cosechas y hambrunas, subraya la urgente necesidad de mejorar los mecanismos de pronóstico y control.
El descubrimiento de que las langostas no actúan simplemente como partículas físicas, sino como agentes cognitivos individuales con sus propios procesos de toma de decisiones, abre nuevas perspectivas para el control de enjambres. En lugar de depender únicamente de medidas de control a gran escala, las estrategias futuras podrían centrarse más en comprender e influir en los procesos individuales de toma de decisiones.
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Futuras líneas de investigación y el “Centro de Computación Visual de Colectivos”
Estos hallazgos revolucionarios representan solo el comienzo de una nueva comprensión del comportamiento colectivo. Para impulsar este campo de investigación, Iain Couzin creó el «Centro de Computación Visual de Colectivos» en Constanza. Este centro, que se convertirá en una de las instalaciones más modernas para la investigación del comportamiento grupal, observará enjambres de animales en entornos virtuales holográficos 3D y analizará sus movimientos.
Paralelamente, el equipo de Couzin también investiga la toma de decisiones espaciales en diversas especies animales. Un estudio reciente publicado en PNAS muestra cómo los animales procesan la complejidad de su entorno al reducir el mundo a decisiones sucesivas entre tan solo dos opciones. Estos hallazgos sugieren que los principios geométricos fundamentales podrían explicar cómo y por qué los animales se mueven como lo hacen, un enfoque que también podría aplicarse para comprender las plagas de langostas.
Una nueva era en el estudio del comportamiento colectivo
La investigación de científicos de la Universidad de Constanza y el Instituto Max Planck de Comportamiento Animal marca un punto de inflexión en la comprensión del comportamiento colectivo en el reino animal. Al cuestionar la teoría, ya consolidada, de las "partículas autodirigidas", abre una nueva perspectiva que considera a los saltamontes y a otros animales como tomadores de decisiones individuales cuyo comportamiento colectivo resulta de procesos cognitivos complejos.
El uso de tecnología innovadora de realidad virtual ha sido clave para el éxito. Ha permitido a los investigadores descifrar la complejidad, hasta entonces impenetrable, de los colectivos animales y obtener conocimientos fundamentales 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 las plagas de langostas que amenazan la seguridad alimentaria mundial.
El trabajo del equipo de Iain Couzin, quien ya recibió el prestigioso Premio Gottfried Wilhelm Leibniz por su investigación en el campo del comportamiento colectivo, subraya la importancia de la investigación interdisciplinaria en la intersección de la biología, la informática y la física. Demuestra de forma impresionante cómo las tecnologías modernas pueden ayudarnos a desentrañar los fascinantes secretos de la naturaleza, a la vez que desarrollamos soluciones prácticas a problemas globales acuciantes.
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