La teoría del caos también se manifiesta en enjambres de insectos, según han descubierto investigadores de la Universidad Carlos III y la Universidad Complutense, ambas en Madrid. Estos enjambres reflejan patrones típicos de sistemas aleatorios y desarrollan dentro de ellos un «caos sin escala» hasta ahora desconocido.
Una nueva investigación ha comprobado que los comportamientos naturales aparentemente caóticos que se observan en los enjambres de insectos muestran patrones similares a los que exhiben los fenómenos meteorológicos, el movimiento de ciertos cuerpos celestes o la evolución de un ecosistema, entre otros procesos naturales.
Específicamente, encontró que el «efecto mariposa» descrito por la teoría del caos ocurre en enjambres y manadas de animales, y en particular en insectos.
El efecto mariposa es una característica de los sistemas caóticos, que son aquellos que exhiben un comportamiento dinámico aparentemente aleatorio.
efecto mariposa
El efecto mariposa indica que cualquier pequeña variación en las condiciones iniciales de un sistema caótico conduce a una amplificación de sus efectos a corto y mediano plazo.
Esto indica que, contrariamente a lo que pueda parecer, un sistema aleatorio contiene patrones: hay orden incluso en el caos.
Un proverbio chino refleja bien este fenómeno cuando dice: el batir de las alas de una mariposa se siente al otro lado del mundo. Así, se inspira en el efecto físico que lleva su nombre para explicar la teoría del caos que describe los patrones ocultos de la naturaleza.
Patrones de caos y enjambre
La nueva investigación, desarrollada por investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) y la Universidad Complutense de Madrid (UCM), y publicada en la revista Physical Review E, ha descubierto patrones ocultos en el comportamiento caótico de los enjambres que forman los insectos, ya sea en un espacio cerrado o en un espacio abierto.
Los autores de este trabajo entienden que la formación de enjambres se debe a la tendencia de dos insectos que se detectan a volar juntos y a un potencial armónico, una especie de fuerza motriz que acerca a los insectos según una constante de proporcionalidad entre los fuerza y desplazamiento. . Es como el patrón del caos en enjambres de insectos.
La investigación también ha observado que en estos enjambres se producen cambios de fase entre estados caóticos, típicos de los sistemas dinámicos aleatorios.
Un cambio de fase ocurre cuando las condiciones de un sistema cambian drásticamente, como cuando el agua cambia de un estado líquido a un estado sólido cuando se congela, explican estos autores.
cambios de fase
Los investigadores comprobaron al respecto que, para valores bajos de confinamiento, el movimiento de los insectos en el enjambre es caótico (sus movimientos cambian mucho si varían las condiciones iniciales).
Y que el cambio de fase se produce cuando el enjambre se divide en varios grupos que, sin embargo, están muy relacionados entre sí, porque hay insectos que pasan de unos a otros.
En la línea crítica entre las fases de este cambio, la distancia máxima entre dos insectos en el enjambre que sienten la influencia del otro es proporcional al tamaño del enjambre, incluso si el número de insectos en el enjambre crece indefinidamente, pudo determinar esta investigación.
Esta propiedad se llama «caos sin escala» y no había sido descubierta hasta ahora, dicen los investigadores, quienes a través de esta investigación han corroborado su existencia.
Caos ininterrumpido
“A medida que aumenta la cantidad de insectos, la línea crítica se mueve hacia la contención cero. Lo que sucede es que la distancia máxima entre dos insectos que todavía se sienten mutuamente influenciados es proporcional al tamaño del enjambre. No importa cuántos insectos le pongamos. Y esto representa una novedad absoluta que hemos descubierto”, explica en nota de prensa Luis L. Bonilla, director del Instituto Gregorio Millán Barbany de la UC3M.
En concreto, lo que predicen estos matemáticos mediante simulaciones numéricas es que ciertos enjambres de insectos (en concreto, una clase de pequeñas moscas) tienen un comportamiento caótico sin escamas, lo que da como resultado ciertas leyes de potencia con exponentes similares a los que se miden en la naturaleza.
También desarrollaron una teoría de campo medio simplificada, que permite estudiar el comportamiento de modelos complejos utilizando aproximaciones que los simplifican. Esta teoría apoya el cambio de fase del caos sin escamas en estos comportamientos de insectos.
amplias repercusiones
Les auteurs soulignent que leur travail ne se limite pas au monde des insectes, car la formation de troupeaux ou d’essaims est l’une des manifestations de la soi-disant «matière active», composée de quelque chose comme des individus automoteurs qui constituent un todo. .
Este ingrediente activo puede tomar la forma de un enjambre de insectos, pero también de un rebaño de ovejas, una bandada de pájaros, un banco de peces, pero también bacterias en movimiento, los melanocitos (las células que distribuyen los pigmentos en la piel) o sistemas artificiales como granos irregulares o semillas agitadas periódicamente.
“En algunos de estos sistemas intervienen mecanismos de formación de rebaños, por lo que los resultados que hemos obtenido se pueden vincular a la biología, al estudio de las células, y más allá, al estudio de tumores y otras enfermedades”, explica Rafael González Albaladejo. . , otro de los autores.
paradojas
Esta encuesta revela al menos dos paradojas. En primer lugar, los insectos, especie a la que pertenece la mariposa, no pueden escapar al efecto de la teoría del caos que lleva su nombre. Y segundo: la omnipresencia de la mariposa en la naturaleza, incluso como recurso para las matemáticas, contrasta con su progresiva desaparición física, contra la que advierte constantemente el biólogo evolutivo y ecologista alemán Josef H. Reichholf. El caos está en todas partes y nunca deja de sorprendernos.
Referencia
Caos sin escamas en el patrón de flocado confinado de Vicsek. R. González-Albaladejo, A. Carpio and LL Bonilla. física Rdo. E107, 014209; DOI del 17 de enero: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.107.0142092023.DOI:
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