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Estudian búsqueda de especies que siguen patrón matemático

Publicado por @Shinji_Harper el lunes, 17 septiembre 2012
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Oaxaca, México.- En sus recorridos para llegar a un sitio lejano o para encontrar alimento en un ecosistema vecino, albatros, monos y humanos pueden seguir patrones matemáticos llamados vuelos de Lévy. Así lo ha confirmado un grupo de científicos estudioso de las estrategias de búsqueda.

Podría parecer coincidencia, pero al analizar las rutas de esas especies con ecuaciones y modelos de cómputo, todas muestran ciertos patrones matemáticos fractales, afirmaron Octavio Miramontes y Denis Boyer, investigadores del Instituto de Física (IF) y del Centro de Ciencias de la Complejidad (C3) de la UNAM.

Ambos físicos, junto con el biólogo Frederic Bartumeus, del Centro de Estudios Avanzados de Blanes, España, publicaron un artículo sobre el tema en la prestigiada revista PLoS ONE.

Albatros, “trampas” y un debate abierto

Los albatros son un caso especial en biología y física, pues son aves que vuelan miles de kilómetros en un viaje de forrajeo, por eso se les llama “albatros viajeros”.

“Antes de las tecnologías GPS, los científicos se preguntaban cómo volaban tanto y a dónde iban. Paralelamente, hace unos 20 ó 30 años en física se resolvió un problema conocido como de “trampas”, en el que un caminante recorre al azar cierto camino, hasta que encuentra un sitio específico (la trampa).

“Entonces, se sugirió que las rutas de esos, y otros animales, podrían ser explicadas como un problema de trampas, donde la distribución de distancias recorridas sigue un vuelo de Lévy, y gracias a ello, las trayectorias de búsqueda son óptimas”, explicó Miramontes.

En 1996, se publicó un estudio en la conocida revista científica Nature, donde se mostró con rastreadores de satélites que, en efecto, los albatros realizaban vuelos de Lévy. “La teoría predecía y las observaciones con tecnología lo demostraban. Eso se tomó como ejemplo para otros animales, incluidos humanos, y se comenzó a observar con ayuda de sistemas GPS”, recordó.

Pero en 2007, se analizaron de nuevo los datos originales de los albatros, y se asentó que las conclusiones previas eran erróneas. “Esto descorazonó a muchos investigadores y se vino abajo un caso paradigmático. Desde entonces, hay una polémica importante sobre si hay o no vuelos de Lévy en las trayectorias de los animales”, añadió.

En la UNAM, Miramontes y Boyer contestaron de inmediato ese artículo. “No fue aceptado, pero demostramos que había un error conceptual en el reanálisis. Desde 2007 hasta ahora, hemos construido argumentos más cuidadosos”, precisó.

Su estudio de 2012, que consideran contundente, se publicó en PLoS ONE y podría cerrar ese debate. “En el artículo mostramos que esos vuelos no son incompatibles con los de Lévy, y pueden ser el resultado de una interacción del animal con su medio”, dijo.

Denis Boyer indicó que, según la distribución espacial de los recursos, ese recorrido puede ser una propiedad emergente. “Depende de la interacción”, detalló el físico de origen francés.

Análisis del campo al cómputo

Para su análisis, los científicos validaron datos de campo de esas y otras aves y desarrollaron modelos computacionales para reafirmar la información.

Boyer destacó que lo patrones se caracterizan por distribuciones de probabilidad que tienen colas largas, es decir, desviaciones estándares muy grandes y de tipo no gaussianas. Además, tienen propiedades fractales (una geometría que se repite a varias escalas de longitud).

“Existe una enorme diversidad de especies que hacen vuelos de Lévy, como abejas, tortugas, atunes y tiburones. También se observa en microorganismos como plancton, y en diversos ecosistemas, a escalas muy distintas”, acotó.

En su primer trabajo sobre el tema, realizado en 2004, los físicos observaron a un grupo de monos araña en Yucatán, que hacen esos traslados mientras buscan alimento en la selva.

Más tarde, hicieron la investigación con los albatros, y este año publicaron, con otros colegas del CRIM-UNAM, un estudio sobre ecología humana, luego de examinar a una comunidad campesina de Guerrero, en la región de La Montaña.

“Hace unos meses publicamos un artículo en el que mostramos que el ambiente de una comunidad de Guerrero es muy degradado y provoca que la movilidad sea ineficiente, no óptima, porque eso se relaciona con la distribución de los recursos. En esa zona el bosque ha sido destruido, y por ello, la forma de movilidad de esa comunidad es ineficaz, algo que no pasa con los albatros, que buscan recursos oceánicos con cierta abundancia”, indicó Miramontes.

Aplicaciones potenciales

Realizar una búsqueda requiere una estrategia óptima para localizar eficientemente un objetivo. “Ya sea un animal que rastrea comida, un equipo de rescate que pretende encontrar un avión accidentado en el océano, o un algoritmo que intenta ubicar información en una base de datos; todos los casos demandan una estrategia eficiente y óptima”, reiteró.

Entonces, el estudio de estrategias de búsqueda óptima puede ayudar a entender patrones espaciales de flujo génico, dispersión de enfermedades infecciosas, migraciones a gran escala y la dinámica de las influencias culturales.

Entender los vuelos de Lévy también tiene importantes aplicaciones tecnológicas, por ejemplo, disponer con eficiencia de recursos informáticos masivos en los teléfonos celulares y computadoras móviles interconectadas, finalizó.

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