Gli sciami di insetti all’apparenza sono sistemi disordinati e caotici. Gli sciami che osserviamo volare sui prati sono spesso di specie diverse, ma ci appaiono tutti uguali. Sembrerebbe, dunque, che nonostante le specificità degli individui che ne fanno parte il gruppo abbia delle proprietà collettive specifiche.
Sciami di moscerini e stormi di uccelli sono esempi di quelli che si chiamano comportamenti collettivi biologici.
Uno studio, “Natural swarms in 3.99 dimensions”, pubblicato su Nature Physics dal gruppo Collective Behavior in Biological Systems (CoBBS), composto da ricercatori dell’Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Isc) e del Dipartimento di fisica della Sapienza Università di Roma, ha identificato le proprietà collettive specifiche di uno sciame d’insetti grazie a un approccio teorico mutuato dalla fisica dei sistemi complessi interagenti.
Traiettorie tridimensionali del volo dei moscerini all’interno di uno sciame. © Gruppo CoBBS
In questo modo i ricercatori sono riusciti a caratterizzare per la prima volta il comportamento collettivo di un sistema biologico.
«All’interno di uno sciame, gli insetti si comportano in modo altamente coordinato e fortemente correlato. Alla base di questa coordinazione vi è un meccanismo imitativo: ogni moscerino tende a voler imitare il comportamento dei propri vicini» spiega Stefania Melillo, ricercatrice Cnr-Isc e afferente al gruppo CoBBS.
Sciami di insetti e sistemi fisici come i magneti sono estremamente simili: in ambedue i casi gli agenti – atomi o animali – provano ad allinearsi gli uni agli altri. Nei magneti questo allineamento permette di generare un campo magnetico stabile, nel caso degli animali l’allineamento permette al gruppo intero di coordinarsi anche a grandi distanze. A differenza degli atomi, però, gli animali possono muoversi liberamente nello spazio e mostrano una “inerzia comportamentale”, una sorta di “pigrizia” che porta i singoli moscerini a non allinearsi istantaneamente al comportamento dei vicini. Questi due ingredienti sono centrali nel determinare il comportamento collettivo dello sciame.
Setup sperimentale per l’acquisizione dei dati in vivo sul moto degli sciami di insetti. © Gruppo CoBBS
L’innovazione della ricerca, tuttavia, sta non solo nei risultati, ma anche nel metodo usato. È infatti la prima volta che un approccio mutuato dalla fisica dei sistemi interagenti predice i comportamenti collettivi di un sistema biologico con tale accuratezza.
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