Los pájaros acuden. Las langostas pululan. Escuela de peces. Dentro de conjuntos de organismos que parecen poder volverse caóticos, de alguna manera emerge el orden. Los comportamientos colectivos de los animales difieren en sus detalles de una especie a otra, pero se adhieren en gran medida a principios de movimiento colectivo que los físicos han elaborado durante siglos. Ahora, utilizando tecnologías que estuvieron disponibles recientemente, los investigadores han podido estudiar estos patrones de comportamiento más de cerca que nunca.

En este episodio, el ecologista evolutivo Ian Couzin conversaciones con el coanfitrión Steven Strogatz sobre cómo y por qué los animales exhiben comportamientos colectivos, reuniéndose en bandadas como una forma de cálculo biológico y algunas de las ventajas ocultas de vivir como parte de un grupo autoorganizado en lugar de como un individuo. También analizan cómo una mejor comprensión de las plagas enjambres, como las langostas, podría ayudar a proteger la seguridad alimentaria mundial.

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Expediente académico

[Reproducciones temáticas]

STEVEN STROGATZ: En todo el reino animal, desde pequeños mosquitos hasta peces, pájaros, gacelas e incluso primates como nosotros, las criaturas tienden a organizarse en grandes patrones en movimiento que persiguen un objetivo colectivo aparentemente espontáneo. A menudo, ninguna criatura individual parece actuar como líder y orquestar estos movimientos de masas. Más bien, los animales simplemente se alinean sin problemas.

Y aunque parezca que tales sistemas se hundirían en el caos o la inestabilidad, estos colectivos de alguna manera logran moverse de maneras que parecen extraordinariamente bien coordinadas y decididas, como puede atestiguar cualquiera que haya observado un murmullo de estorninos o un banco de peces. Pero ¿cuál es la fuerza impulsora detrás de este comportamiento?

Soy Steve Strogatz y este es "The Joy of Why", un podcast de Quanta revista donde mi coanfitrión Jana Levin y me turno para explorar algunas de las preguntas más importantes sin respuesta en matemáticas y ciencias actuales.

[El tema termina]

En este episodio, llegaremos al meollo de por qué los animales se congregan, forman enjambres y se agrupan. ¿Cómo están proporcionando nuevas ideas las últimas tecnologías, como la inteligencia artificial y las cámaras 3D? ¿Y qué nos puede decir el estudio de la dinámica de los grupos animales sobre nosotros mismos, tanto individualmente como colectivos?

Aquí para arrojar luz sobre estos misterios está el ecologista evolutivo. Ian Couzin. Iain es director del Departamento de Comportamiento Colectivo del Instituto Max Planck de Comportamiento Animal y profesor titular en la Universidad de Konstanz. Entre los muchos honores que ha recibido se encuentran el Premio Explorador Emergente de National Geographic, el Premio Lagrange, el máximo honor en el campo de las ciencias complejas, y el Premio Leibniz, el máximo honor de investigación de Alemania. Iain, estamos muy felices de tenerte con nosotros hoy.

IAIN COUZIN: Es genial estar aquí, Steve.

ESTROGATZ: Bueno, estoy muy feliz de verte de nuevo. Somos viejos amigos y será un verdadero placer escuchar lo último en comportamiento colectivo. Pero comencemos. Supongo que deberíamos hablar de ¿quiénes son tus especímenes? ¿Podrías contarnos un poco sobre algunos de los animales y la variedad de formas que adopta su comportamiento colectivo en los sistemas que has estudiado?

COUZIN: Bueno, esa es una de las cosas más sorprendentes de estudiar el comportamiento colectivo. Es que es fundamental para tantos procesos de la vida en nuestro planeta que literalmente estudiamos una variedad de organismos, desde el animal más simple del planeta, llamado placozoa; es un filo basal, posiblemente el animal multicelular más simple en el planeta; es un enjambre de células, miles de células, que se mueven como una bandada de pájaros o un banco de peces, pasando por los invertebrados, como las hormigas, que tienen un comportamiento coordinado sorprendente, o las langostas, que forman algunos de los enjambres más grandes y devastadores, hasta los vertebrados, como los cardúmenes. peces, aves en bandadas, ungulados pastores y primates, incluidos nosotros mismos: los humanos.

ESTROGATZ: Entonces, realmente parece abarcar toda la gama, desde... tengo que admitir que nunca había oído hablar de esto, ¿lo entendí bien: los placozoos?

COUZIN: Placozoos, sí. Esta pequeña criatura fue encontrada arrastrándose sobre el cristal de los acuarios, acuarios tropicales. Puedes verlo a simple vista. Mide aproximadamente un milímetro, tal vez un milímetro y medio si es muy grande. Y, ya sabes, observar esta extraordinaria criatura solo recientemente ha llamado la atención de los científicos.

Y eso se debe en gran medida a que este pequeño y extraño enjambre de células en realidad tiene la complejidad genética que asociaríamos con un organismo mucho más sofisticado. Por ejemplo, tiene una amplia gama de neurotransmisores, pero no tiene neuronas.

[STROGATZ se ríe]

Tiene lo que se llama Hox genes Hox Los genes están en la biología del desarrollo asociados con planes corporales complejos. No tiene un plan corporal complejo. Y entonces tal vez puedas pensar, bueno, esta criatura pudo haber evolucionado para volverse más complicada y luego volver a evolucionar para simplificarse, y por lo tanto mantuvo estas características de complejidad.

Pero los investigadores genéticos publicaron una especie de artículo histórico en la revista Naturaleza eso demostró, no, en realidad, este es uno de los La mayoría de los grupos primarios de células.. Y por supuesto, el comportamiento colectivo, qué ejemplo más bonito que las células uniéndose para formar un organismo. ¿Sabes? Ésta es una de las razones por las que estudiamos esto: tratar de comprender cómo el comportamiento colectivo fue fundamental para los orígenes de la vida compleja en nuestro planeta.

ESTROGATZ: Hombre, esta es una etapa temprana de la entrevista y ya me estás volviendo loco. También me estás descarrilando de lo que pensé que te iba a hablar. Esto es tan interesante y tan nuevo para mí que estoy atónito.. Quiero volver a esta parte de la historia porque es tan... quiero decir, es realmente sorprendente que hayan... ¿Te escuché bien, que tienen cosas asociadas con tener un sistema nervioso, pero no tienen sistema nervioso? ¿Y tienen genes biológicos de desarrollo como si necesitaran desarrollar un plan corporal completamente complicado como una mosca de la fruta, pero no tienen un cuerpo así?

COUZIN: Exactamente. Y así, realmente podrían darnos una pista sobre los orígenes de la inteligencia. Nuestro estudio particular, que publicamos este año, mostramos que el plan corporal que tienen realmente se comporta de manera muy parecida a una bandada de pájaros o un banco de peces, con células que interactúan localmente con otras y tienden a alinear su dirección de viaje.

Entonces se sienten atraídos el uno por el otro. Están conectados entre sí como una lámina elástica, pero también tienden a ser móviles. Tienen cilios, pequeños cilios en su base, para que puedan fluir a lo largo del entorno. Y las fuerzas que aplican a sus vecinos más cercanos hacen que se alineen entre sí.

Y entonces, si rastreamos estas células bajo un microscopio, observamos la alineación y la atracción de los individuos, usamos prácticamente las mismas tecnologías, los mismos modelos, el mismo pensamiento que usamos para comportamiento colectivo en bandadas de aves o bancos de peces o otros tipos de grupos pero aplícalo a estos animales.

Y esta es una de las cosas que encuentro más notable sobre el comportamiento colectivo, es que a pesar de que las propiedades del sistema, ya sea una célula o un pájaro, son muy diferentes, cuando miras la acción colectiva, las propiedades colectivas, las matemáticas que subyacen a esto, en realidad pueden resultan ser muy similares. Y entonces podemos encontrar estas, algo así como lo que se llaman propiedades universales que conectan estos sistemas diferentes y aparentemente dispares.

ESTROGATZ: Bueno, por supuesto, ahora estás hablando mi idioma, ya que, ya sabes, eso es lo que me llevó a mi propia fascinación por el comportamiento colectivo, es que existen esos principios matemáticos universales que parecen aplicarse hacia arriba y hacia abajo en la escala de células a Bueno, claro, siempre nos gusta ponernos en lo más alto.

Pero bueno, usted ha planteado muchas cuestiones diferentes en las que debemos pensar. Permítanme intentar volver al principio, aunque me encantaría quedarme aquí con ustedes con los Placozoa.

Entonces, por ejemplo, mencionaste palabras como “bandadas” y “escuelas”, y a veces escuchamos a la gente hablar de “enjambres”, como ocurre con los insectos. ¿Hay alguna razón por la que tengamos tres palabras diferentes para lo mismo? ¿No son realmente lo mismo cuando hablamos de grupos colectivos? ¿Hay alguna razón por la que no deberíamos hablar de cardúmenes de pájaros o enjambres de peces?

COUZIN: No, creo que hemos desarrollado estas palabras y diferentes idiomas tienen palabras diferentes. En alemán, que es un idioma repleto de muchas palabras, en realidad tienen relativamente pocas. Mientras que en inglés tenemos muchísimas palabras diferentes. Como, ya sabes, por ejemplo, un grupo de cuervos se llama asesinato de cuervos.

[STROGATZ se ríe]

Usted mismo utilizó antes una palabra maravillosa: "murmullo" de estorninos. Y creo que es eso, la belleza, la belleza cautivadora de las multitudes, las escuelas y los enjambres, lo que ha dado origen a estas maravillosas palabras que pueden asociarse con ejemplos particulares.

Y entonces, creo que es algo muy útil, porque antes estaba enfatizando los puntos en común, los puntos en común matemáticos, pero también hay diferencias. Hay una diferencia entre un enjambre de células y un enjambre de pájaros. Y así, para comprender estos sistemas, debemos considerar los principios en común, pero también los que difieren entre los sistemas. Y en cierto modo, el lenguaje captura algo de eso para nosotros en la forma en que los humanos los hemos segregado o dividido naturalmente en diferentes categorías.

ESTROGATZ: Interesante. Supongo que mencionaste “enjambre de células” y “enjambre de insectos”, y dijiste que podría haber algunas diferencias aunque usemos la misma palabra. ¿Cuáles son las cosas que debemos distinguir entre esos ejemplos?

COUZIN: Sí, creo que lo realmente emocionante es por qué hay puntos en común, porque las diferencias son tan profundas. Un animal tiene cerebro. Está asimilando información sensorial compleja y tratando de tomar decisiones sobre su entorno. Los animales son capaces, en promedio, de comportamientos mucho más complejos y sofisticados que las células.

Pero las células, por supuesto, tienen procesos internos complejos. Pero sus interacciones están dominadas en mayor medida por fuerzas físicas, por la escala en la que actúan y las tensiones que se forman, las tensiones físicas que se forman dentro del agregado celular.

Mientras que los animales, las interacciones entre las aves en una bandada, son invisibles. No tienen forma física. Y entonces uno puede pensar inicialmente, bueno, entonces es sólo una analogía. De hecho, diría que hasta hace unos cinco o diez años también pensaba que era sólo una analogía. Pensé que estas diferencias debían ser muy importantes. Pero lo que estamos empezando a comprender es que la característica común que comparten es la computación.

Es que estos elementos se están reuniendo para calcular su entorno de maneras que no pueden calcular por sí solos. Cada individuo, incluso si tiene un cerebro humano muy complejo y camina por el mundo, a menos que tenga interacciones sociales con otros, o incluso más, ya sabes, construye sobre la complejidad cultural que heredamos cuando Nacemos en nuestras vidas, entonces somos muy limitados.

Y entonces, están estas preguntas profundas y fascinantes que recién estamos comenzando a abordar sobre la computación y el surgimiento de vida compleja.

ESTROGATZ: Un punto de vista tan interesante. No sabía qué palabra ibas a decir cuando dijiste que hay algo que todos tienen en común. No podía adivinarlo, pero me gusta: la computación.

Entonces, ya sabes, me hace pensar en una cosa famosa de la que la gente puede haber visto películas en YouTube o en la televisión, donde hay una bandada de pájaros (tal vez sea un estornino) y un halcón o algo así viene acercándose. el rebaño. Tal vez deberías darnos una descripción visual de lo que sucede a continuación, y ¿por qué pienso que hay algo que ver con el cálculo en este ejemplo?

COUZIN: Bueno, quiero decir, si miras a estos grupos, ya sabes, cuando tienes estos depredadores presentes y atacando a estos grupos, ya sea un banco de peces o una bandada de pájaros, ves al grupo comportándose como una especie de fluido ondulante. Ves estas ondas de luz cruzando el grupo o ondas de densidad cruzando el grupo.

Y lo que esto indica es que los individuos pueden propagar información sobre la ubicación de ese depredador muy rápidamente a través de interacciones sociales. Entonces, los individuos que ven al depredador, por ejemplo, tal vez solo unos pocos lo vean inicialmente. Pero al girar, y luego este comportamiento es copiado por otros, el cambio de densidad, el cambio de giro, se propaga extremadamente rápidamente.

Y si usamos (estoy seguro de que llegaremos a esto más adelante) si usamos herramientas de imágenes avanzadas para cuantificar, medir, estas ondas de giro, el resultado es una onda de propagación que es aproximadamente 10 veces más rápida que la velocidad máxima. del propio depredador. De modo que los individuos pueden responder a un depredador que ni siquiera ven.

Entonces, el grupo y los individuos del grupo (porque la selección, la selección natural, actúa sobre los individuos) normalmente, en realidad pueden responder a estímulos que no detectan.

Es un poco como una neurona que transmite información a través de señales eléctricas. En este caso no se trata de señales eléctricas. En realidad, es la densidad y el giro de los individuos lo que se filtra a través del grupo, pero les da a los individuos que están lejos información sobre dónde está la amenaza, para que puedan comenzar a alejarse de ella muy rápidamente.

ESTROGATZ: Creo que este es un ejemplo visual muy hermoso de lo que significaría la computación en este contexto. Que podemos ver estas olas de pánico o evasión fluyendo a través del rebaño. Es tan interesante que es mucho más rápido de lo que los individuos podrían hacer por sí solos y, supongo, más rápido de lo que el depredador puede lograr por sí solo.

COUZIN: Una de las razones por las que es probable que esto suceda, por la que creemos que es así, es porque el grupo, la selección natural, aunque actúa sobre los individuos, lo que importa es su aptitud, hay un beneficio colectivo para todos si se comportan en cierta forma.

Esto nuevamente se relaciona con lo que hemos aprendido de los sistemas físicos, específicamente los sistemas físicos. cerca de una transición de fase. Entonces, un sistema que está cerca de una transición entre diferentes estados, como entre un sólido y un líquido, ya sabes, si estás congelando agua y de repente pasa a un estado sólido, el comportamiento colectivo de ese sistema es bastante notable cerca de eso. punto de transición, esta bifurcación, que por supuesto es su propia área de estudio. Y esto es algo que ahora sabemos, ahora tenemos evidencia muy fuerte, de que la selección natural empuja a los sistemas cerca de estos puntos de bifurcación debido a las propiedades colectivas, las notables propiedades colectivas, que se exhiben.

Cuando medimos estas propiedades por primera vez, parecía que los individuos estaban desafiando las leyes de la física. La información se estaba filtrando muy rápidamente.

Y a principios del siglo XX, Edmundo Selous, que era un darwinista confirmado, pero, ya sabes, también algo cautivado por la fascinación por la telepatía en la era victoriana, asumió que debía haber transferencia de pensamiento, lo describió, o telepatía entre pájaros que les permitía comunicarse tan rápidamente.

Y, por supuesto, la gente piensa: "Bueno, eso es ridículo, por supuesto que no puede haber telepatía". Pero en realidad, y esto tal vez sea un poco controvertido, creo que todavía no tenemos una buena comprensión de las modalidades sensoriales y la forma en que esta información se filtra tan exquisitamente rápidamente a través del sistema.

Por supuesto, no estoy sugiriendo que haya telepatía. Pero estoy sugiriendo que sintonizar un sistema, sintonizar un sistema colectivo cerca de este punto crítico, cerca de este punto de bifurcación, podría dar lugar a propiedades colectivas notables que, para un observador, parecen fantásticas, para un observador, parecen fantásticas. extraño. Porque la física en estos regímenes es extraña, fantástica, asombrosa, aunque sea comprensible para la ciencia.

ESTROGATZ: Así que me pregunto, en el caso del comportamiento colectivo, si la naturaleza ajusta a una bandada para que esté cerca de algún tipo de punto de inestabilidad o criticidad. ¿Estás sugiriendo que eso es parte de lo que lo hace tan efectivo?

COUZIN: Sí, eso es exactamente lo que estoy sugiriendo. Y así, por ejemplo, ya sabes, una vez más, una situación muy documento reciente En los últimos años que publicamos, preguntamos, ya sabes, ¿qué tal si obtenemos lo mejor de todos los mundos? ¿Qué pasa si, ya sabes, en condiciones generales quieres ser estable, quieres ser robusto? Pero a veces quieres volverte hipersensible. Y así, en la selección natural, los sistemas biológicos tienen que equilibrar este sorprendente y aparentemente contradictorio estado de ser a la vez robusto y sensible. ¿Cómo se puede ser a la vez robusto y sensible?

Y entonces, creemos que, ya sabes, ajustar el sistema cerca de este punto crítico en realidad permite que eso suceda porque si el sistema se desvía, en realidad se estabiliza. Pero a medida que es empujado hacia ese punto crítico, se vuelve increíblemente flexible y sensible a las entradas, por ejemplo, las entradas relacionadas con ese depredador. Entonces, si un banco de peces está lejos de ese punto crítico (por ejemplo, si están muy alineados entre sí) y detectan un depredador, en realidad se necesita mucho esfuerzo para voltear a todos estos individuos. Están respondiendo tan fuertemente entre sí que es difícil que esa información externa cambie su comportamiento.

Si, por el contrario, están muy desordenados y todos se mueven en diferentes direcciones, entonces un individuo que cambia de dirección difícilmente puede ser percibido por los demás y, por lo tanto, no se propaga a través del sistema.

Y así, en este tipo de punto intermedio, en realidad pueden optimizar su capacidad de comportarse como grupo y ser flexibles, pero para transmitir información. Y esta es una teoría de la física que ha existido desde hace mucho tiempo, pero solo en los últimos años se ha utilizado la tecnología de visión por computadora para rastrear animales en grupos y preguntar, ¿cómo cambias, ya sabes, tus interacciones cuando, por ejemplo, el mundo? ¿Se vuelve más riesgoso?

Como biólogos siempre pensaríamos: “Bueno, si el mundo se vuelve más riesgoso y peligroso, me volveré más sensible a los insumos. Estaré más nervioso y será más probable que dé una falsa alarma”. Y eso es cierto para los animales aislados. Es cierto para los humanos cuando nos comportamos de forma aislada. Pero probamos esto en grupos de animales, grupos que han evolucionado dentro del contexto del colectivo, y descubrimos que eso no es cierto para ellos.

Lo que hacen es cambiar la red, la red de conectividad, de cómo fluye la información a través del sistema. Y lo ajustan para optimizar este tipo de equilibrio entre flexibilidad y robustez, es decir, lo incorporan a este régimen crítico como habíamos predicho.

ESTROGATZ: ¿En qué tipos de animales se realizaron estos estudios?

COUZIN: Por eso trabajamos principalmente con bancos de peces pequeños porque tienen que resolver el mismo tipo de problemas (evitar a los depredadores, encontrar un hábitat adecuado) y, sin embargo, son manejables en un entorno de laboratorio. Entonces, los peces en realidad tienen una sustancia química, que se llama schreckstoff, que en alemán significa literalmente "cosas aterradoras". Y schreckstoff se libera naturalmente, si un depredador ataca a un pez, tiene que liberar esta sustancia química.

Entonces podemos poner schreckstoff en el agua, por lo que no hay ubicación de un depredador, pero el juicio de los individuos sobre este entorno cambia, el mundo se ha vuelto más riesgoso.

Entonces, ¿qué haces? ¿Cambias lo que sucede en tu cerebro? ¿Cambias tu forma de interactuar con el medio ambiente? ¿Te asustas más, que es lo natural que pensamos que hacen los animales?

O, si te imaginas, en un sistema de red, en un sistema colectivo, ¿cambias la topología de esa red, la red social, la forma en que te comunicas con los demás? Porque eso también puede cambiar la capacidad de respuesta a las amenazas, debido a esta ola de giro de la que hablamos antes.

Y entonces lo que encontramos fue que los individuos no cambian. Lo que pasa es que la red cambia. Los individuos se mueven para cambiar la estructura de esa red, y es eso lo que hace que el grupo de repente se vuelva más sensible y más flexible.

La gente solía, por ejemplo, tener un proxy, que es que los individuos que están cerca unos de otros deben interactuar más fuertemente. Pero, como puedes pensar en tu vida diaria, podrías estar sentado al lado de un completo extraño en el autobús y, en promedio, no estar fuertemente conectado socialmente con él. Por tanto, la red social que experimentan los individuos puede ser muy diferente de la que es fácil de medir.

Entonces lo que hemos hecho es... bueno, es bastante complicado. Pero lo que podemos hacer es reconstruir el mundo desde su perspectiva. Y utilizamos una técnica que proviene de los videojuegos y los gráficos por computadora llamada raycasting, donde proyectamos rayos de luz sobre la retina de los individuos para que podamos ver una especie de representación computarizada de lo que ven en cada momento. Pero lo que no sabemos es cómo diablos procesan eso.

Y nuevamente, podemos usar métodos de aprendizaje automático, porque cada cerebro ha evolucionado para hacer lo mismo. Se necesita información sensorial compleja, como la gente que nos escucha hoy. Es una información acústica compleja, pero pueden estar conduciendo o tal vez cocinando, por lo que también tienen información visual y olfativa compleja, pero su cerebro tiene que tomar toda esta complejidad y reducirla a lo que se llama reducción de dimensionalidad, a una decisión o en "¿qué voy a hacer a continuación?" Y sabemos muy, muy poco sobre cómo hacen esto los animales reales.

Pero podemos reconstruir sus campos visuales y luego podemos usar el mismo tipo de técnicas para reducir la dimensionalidad, para comprender cómo reduce el cerebro esta complejidad a las decisiones de movimiento.

Y los peces que estudiamos tienen una cantidad muy pequeña de neuronas en la parte posterior del cerebro que dicta todos sus movimientos. Entonces el cerebro tiene que asimilar toda esta complejidad, tiene que reducirla y tiene que tomar decisiones. Y creo que es una pregunta maravillosa en biología: ¿cómo hacen eso los cerebros?

ESTROGATZ: En primer lugar, puedo decir que necesito leer sus artículos con más frecuencia. ¿Dijiste algo acerca de hacer brillar luces en las retinas de los peces para luego ver lo que están viendo, o para tener la sensación de que sabes lo que están mirando? ¿Escuché eso bien?

COUZIN: Sí, en realidad no está brillando literalmente una luz. Todo está hecho digitalmente. Así que imagina que tienes un banco de peces en una instantánea en el tiempo, en un momento congelado en el tiempo. Nuestro software rastrea la posición y también la postura corporal de cada uno de esos peces. Y lo que podemos hacer es crear una versión informática tridimensional de esa escena, como en un videojuego. Entonces podemos preguntarnos ¿qué ve cada individuo? Entonces podemos poner cámaras en los ojos de las personas.

Y entonces, el raycasting es un poco como el raytracing, que se usa en gráficos por computadora, que son simplemente los caminos de la luz que caen sobre la retina. Y hacemos todo esto digitalmente, para que podamos crear una analogía digital de la realidad. Luego podemos observar cómo caería la luz sobre la retina en esa escena virtual, una especie de escena virtual fotorrealista. Y eso nos da la primera capa: ¿Cuál es la información que llega al individuo?

Y luego, por supuesto, la gran pregunta que queremos hacer es: ¿cómo procesa eso el cerebro? ¿Cómo elimina el cerebro esa complejidad y cómo toma decisiones? ¿Cómo, por ejemplo, las bandadas fluidas y los bancos de peces se mueven con tanta facilidad y belleza con tan pocas colisiones y, sin embargo, los automóviles en una carretera tienden a tener dificultades para tener un movimiento colectivo? Quiero decir, ¿hay algo que podamos aprender de milenios de selección natural que luego podamos aplicar a los vehículos y a los robots?

Así que también hay un elemento aplicado para tratar de entender esto. Quiero entenderlo en gran medida porque lo encuentro fascinante, pero también porque en ciertos casos se traduce en aplicaciones reales.

ESTROGATZ: Volveremos en seguida.

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ESTROGATZ: Bienvenido de nuevo a "La alegría del por qué".

Me gustaría volver a algo que dijiste en la introducción cuando recorrías las escalas desde los celulares hasta los primates, y así sucesivamente. Puede que la gente no esté tan familiarizada con el ejemplo de las langostas, y me pregunto si podríamos hablar sobre algunos de los aspectos del mundo real o incluso económicos de las bandadas de langostas, porque las langostas tienen un gran impacto en el mundo, mayor que el que yo tenía. comprendió. Quiero decir, estoy mirando algunas estadísticas aquí en mis notas que, durante los años de plaga, las langostas invaden más de una quinta parte de la cobertura terrestre del mundo.

COUZIN: Sí.

ESTROGATZ: ¿Puedes creerlo? Y afectar el sustento de una de cada 10 personas en el planeta. Entonces, ¿podría hablarnos un poco sobre ese tipo de investigación y cómo se relaciona con cuestiones de seguridad alimentaria mundial?

COUZIN: Sí, tienes toda la razón. Y esto me parece bastante sorprendente. Sabes, como acabas de decir, afectan a una de cada 10 personas en nuestro planeta debido a la escasez de alimentos y la seguridad alimentaria. Y a menudo lo hacen en países, como Yemen y Somalia, que tienen problemas importantes, conflictos importantes y guerras civiles, etc.

Pero también debido al cambio climático, la variedad de langostas se está expandiendo en gran parte de su área de distribución. Y quiero decir que, en este momento, este año Afganistán se enfrenta a una crisis importante en su cuenca alimentaria. Hace un par de años, fue Madagascar. Uno o dos años antes, Kenia tenía el enjambre más grande en 70 años.

Entonces, ¿por qué, con todas las tecnologías modernas que tenemos para monitorear, los enjambres se están volviendo más feroces y severos? Y una de las razones es el cambio climático. Es que, ya sabes, lo que sucede con estos enjambres es que, a las langostas, puede resultar sorprendente para los oyentes saber esto, pero a las langostas en realidad no les gusta estar cerca unas de otras. Son saltamontes verdes tímidos y crípticos a los que les gusta que los dejen solos. Entonces, si tienen mucha comida, simplemente están aislados unos de otros. Se evitan unos a otros. Sólo cuando se ven obligados a unirse hacen la transición.

Por eso normalmente son lo que se llama solitarios, debido a su estilo de vida solitario. Pero si se ven obligados a unirse, han evolucionado hacia la transición. Son una especie de Jekyll y Hyde del mundo de los insectos. Han evolucionado para hacer una transición bastante repentina, en una hora, conductualmente, a una forma gregaria, donde comienzan a marchar uno hacia el otro, siguiéndose unos a otros.

Otra cosa que la gente quizá no sepa es que las langostas en realidad no tienen alas durante los primeros meses de su vida. Y por eso, cuando nacen las langostas, no pueden volar. Son estas ninfas que no vuelan. Sólo cuando son adultos tienen alas.

Y entonces, lo que está sucediendo aquí es que cuando las lluvias llegan a África, por ejemplo, o a la India, o a otras áreas, entonces se puede tener una vegetación exuberante, y la pequeña población de langostas puede proliferar como este tipo de saltamontes crípticos, pueden crecer en el tamaño de la población. Ahora, a medida que esa población crece, comen cada vez más y, a menudo, también puede haber una sequía inminente.

Ahora, si tienes una alta densidad de población y de repente la comida desaparece, entonces lo que hacen las langostas es evolucionar para hacer la transición a esta forma gregaria, donde comienzan a marchar juntas. Comienzan a moverse todos juntos. Estos enjambres pueden estar formados por miles de millones de individuos; hasta donde se puede ver, todas las langostas marchan al unísono, como si tuvieran un propósito común. Y una vez que les crecen alas, pueden emprender el vuelo. Y luego se pone aún peor, porque pueden acceder a los vientos alisios u otras condiciones ambientales, donde pueden trasladarse como enjambres masivos a lo largo de cientos o incluso miles de kilómetros. Por eso, este es uno de los comportamientos colectivos más grandes y devastadores que tenemos en nuestro planeta.

ESTROGATZ: Vaya, no puedo decir que esté muy familiarizado con la idea de las langostas marchando. Estamos acostumbrados a pensar en ellas como estas nubes, ya sabes, pululando en el aire. Pero cuéntanos un poco más sobre la marcha, porque sí recuerdo vagamente algunas investigaciones sorprendentes tuyo con el aspecto caníbal de las langostas, ¿es esa la palabra correcta?

COUZIN: Sí, eso fue en 2008, y... pero tienes razón, ya sabes, estas enormes bandadas o enjambres o nubes de langostas que transitan a través de grandes distancias, ya sabes, no sabemos mucho sobre ellas porque no teníamos la tecnología para estudiar eso. De hecho, todavía no tenemos la tecnología para estudiar eso. Entonces no es que no sea importante, es increíblemente importante.

Pero también sabemos que lo que precede a estos enjambres voladores... quiero decir, el enjambre volador es un poco como un incendio forestal que ya está fuera de control. Ahora realmente vas a tener problemas para controlarlo. Pero si puedes controlarlo antes de que les crezcan alas, ya sabes, cuando estén formando estos enjambres en el desierto o en estos entornos antes de eso, entonces hay un gran potencial.

Y por eso, por razones prácticas, nos centramos en estos enjambres sin alas. Y de hecho, aunque tienes razón, comencé a estudiarlos a mediados de la década de 2000, ahora estoy volviendo a las langostas y ahora las estoy estudiando nuevamente.

Acabamos de crear el primer enjambre propiamente dicho del mundo dentro de un entorno de laboratorio, a principios de este año, donde rastreamos 10,000 langostas en un entorno de imágenes de 15 por 15 por 8 metros que construimos aquí específicamente para ese propósito, aquí. en Constanza. Así que es gracioso que lo menciones, porque mi investigación ahora regresa a este mismo sistema.

Pero sí, como dijiste, lo que descubrimos fue que estos insectos, bueno, ¿por qué marchan juntos? ¿Por qué? Ya sabes, inicialmente pensamos que debían ser como bancos de peces y bandadas de pájaros. Debe tratarse de información. Debe tratarse de inteligencia colectiva. Bueno, estábamos equivocados. Y éste es entonces el gran peligro. Si ves, ya sabes, un enjambre de hormigas que se mueve en círculo, moviéndose en una especie de molino, y ves un banco de peces, por ejemplo, girando en forma de toro o una especie de patrón parecido a un donut, o ves Como un torbellino, todos estos son patrones que parecen iguales, pero pueden estar impulsados ​​por fenómenos muy, muy diferentes.

Y creo que me engañaron al pensar, ya sabes, cuando ves un movimiento colectivo, deben ser procesos similares los que subyacen a él. Pero en el caso de las langostas, no se trataba de este tipo de hipótesis de transferencia de información. En realidad, fue el hecho de que en estos ambientes desérticos, cuando de repente la comida escasea, hay una escasez desesperada de nutrientes esenciales, especialmente en el desierto: proteínas, sal y agua.

¿Y qué es mejor para ti en este tipo de entorno tan duro que otro individuo? Porque tienen una composición nutricional perfectamente equilibrada. Entonces, lo que hacen los individuos es sentirse atraídos unos por otros y tienden a canibalizarse unos a otros. Así que han evolucionado para seguir a los que se alejan, para intentar morderles en la parte trasera, en la parte trasera del abdomen, de la que es muy difícil defenderse. La cabeza está fuertemente blindada, pero la parte trasera del abdomen es un punto débil por razones obvias, tiene que haber un orificio allí.

Y entonces se enfocan en eso, pero también evitan ser el objetivo de otros. Y el resultado de seguir a aquellos que se alejan de ustedes y alejarse de aquellos que se acercan a ustedes da como resultado que todo el enjambre comience a marchar juntos a través de este ambiente desértico.

Y también se benefician de la advección, al salir juntos de zonas pobres en nutrientes. Porque, ya sabes, si pones a un humano en el desierto, un humano tenderá a desorientarse y a moverse en círculos. Lo mismo con una langosta. Pero si los pones en un enjambre, el alineamiento colectivo, la sincronía entre los individuos, ya sabes, cientos de millones de individuos alineándose entre sí, pueden marchar de una manera muy dirigida fuera de estos ambientes pobres en nutrientes. Y también pueden hundir a los depredadores. Ya sabes, los depredadores simplemente no pueden hacer mucho espacio aquí.

ESTROGATZ: De hecho, me hace preguntarme, mientras hablamos de todos estos ejemplos, ¿cómo llegó a interesarse en todo esto en los viejos tiempos? ¿Mencionaste que esto fue en 2008?

COUZIN: Sí, ese era ese documento de 2008.

ESTROGATZ: Sí, estabas ocupado en esto incluso antes de eso, ¿verdad?

COUZIN: Sí, hice mi doctorado. a finales de los noventa sobre las hormigas. Me fascinaba el comportamiento de las hormigas. Y para ser honesto, comenzó con una pasión por la naturaleza y una obsesión simplemente por la historia natural y por observar lo que nos rodea.

Cuando era niño, pensaba que debía haber un experto que entendiera por qué se forman los enjambres, por qué los bancos de peces y por qué los pájaros se reúnen. Pensé que esto debe ser algo que todo el mundo estudie.

Yo era artista cuando era niño. Estaba muy interesado en la escritura creativa, la poesía y el arte. Y así, al principio me sentí atraído por la belleza pura, la fascinación por la belleza de estos.

Y en la escuela secundaria, no era un gran estudiante de ciencias. Estaba haciendo cerámica y pintando. Y cuando fui a la universidad, recuerdo que mi papá me dijo: “Sabes, hijo, debes hacer lo que se te da bien. Haz inglés o arte. No eres un científico, eres un naturalista, ¿sabes? Y tenía razón. Tenía toda la razón.

Y fue entonces cuando obtuve una licenciatura en biología, y supe en la primera lección de mi conferencia de biología que esto era lo correcto para mí, simplemente lo sabía. Y descubrí que existe todo este mundo de la física estadística. Estos artículos se publicaron en ese momento y me dejaron boquiabierto porque eran autores que veían principios matemáticos profundos en todos los sistemas.

Mi doctorado. El asesor dijo, ya sabes, para conseguir un trabajo, debes convertirte en el experto mundial en una especie de hormiga, y entonces podrás ser valioso. Pero estaba leyendo este trabajo de científicos que hacían exactamente lo contrario. Estaban estudiando todo, desde los sistemas físicos hasta los sistemas biológicos, y veían estos principios. Y además, los patrones, las estructuras y los resultados que estaban encontrando eran simplemente hermosos por naturaleza. Y entonces pensé, esto tiene que ser correcto. Esta tiene que ser la forma correcta de hacer ciencia. Y entonces, en ese momento, me sentí atraído por el mundo de la física.

ESTROGATZ: ¿Alguna vez tuviste el placer de hablar con tu papá después sobre tu cambio de dirección?

COUZIN: Nunca pensé que mi papá recordara esto. Y luego, cuando me ascendieron de profesor asistente a profesor titular en la Universidad de Princeton, recibí una llamada telefónica del director del departamento que me dijo: "Felicitaciones, profesor Couzin". Y, ya sabes, quedé completamente impresionado, así que, por supuesto, llamé a mi mamá y a mi papá, y mi papá contestó el teléfono y luego dijo: "Y pensar que te llamé naturalista". Esa es la única vez, décadas después. Nunca supe que él siquiera recordaba esta discusión.

ESTROGATZ: Bueno, es una buena historia, es una muy buena historia. Nos gusta hablar sobre grandes preguntas sin respuesta en este programa, entonces, ¿cuáles cree que son algunas de las preguntas más importantes sin respuesta sobre las bandadas, las escuelas y el comportamiento colectivo en general?

COUZIN: Bueno, absolutamente lo hago. Y esto me lleva al tema que tanto me entusiasma ahora. De nuevo, al principio de mi carrera pensé que el cerebro, por supuesto, es una maravillosa entidad de computación colectiva, uno de los ejemplos más bellos. ¿Cómo toma decisiones el cerebro? Y es una colección de neuronas y, por supuesto, tenemos enjambres de hormigas, o de langostas, o bandadas de pájaros, o bancos de peces, todos estos diferentes componentes interactuando entre sí. Entonces, ¿hay algo que conecte profundamente estos diferentes sistemas, o no? Y lo que me fascina en este momento es la toma de decisiones colectiva, y especialmente la toma de decisiones colectiva en el espacio.

Entonces, ¿cómo representa el cerebro el espacio-tiempo? ¿Y qué importancia tiene eso en términos de decisiones? ¿Y qué tiene eso que ver con el comportamiento colectivo de los animales? Lo que me di cuenta hace unos cinco años es que creo que hay una profunda similitud matemática, y creo que hay principios geométricos profundos, sobre cómo el cerebro representa el espacio y también el tiempo.

Y una de las cosas más interesantes aquí es el uso nuevamente de las matemáticas. Sabes, dejé las matemáticas cuando tenía 16 años y acabo de pasar un año sabático en el Instituto Isaac Newton de Ciencias Matemáticas de la Universidad de Cambridge como miembro distinguido. Sin embargo, no puedo resolver una ecuación, ¿sabes?

Así es, pero me encanta el hecho de poder trabajar con matemáticos increíbles. Y al trabajar con físicos, matemáticos y biólogos, y al realizar experimentos con animales en realidad virtual, hemos creado un conjunto de tecnologías aquí. Así que no podemos poner unos auriculares como Meta Quest 3 en un pez que mide menos de un centímetro de largo. Pero podemos crear entornos virtuales, inmersivos y holográficos, de modo que podamos controlar completamente la entrada. Podemos controlar completamente las relaciones causales.

Si, ya sabes, te estoy influenciando y tú me estás influenciando, y luego hay un tercer individuo, ¿me están influenciando directamente o a través de ti? ¿O ambos? ¿O un cuarto individuo o un quinto? Y en nuestros entornos de realidad virtual, podemos poner a estos individuos en lo que llamamos Matrix, como en la película, donde cada individuo está en su propio mundo holográfico e interactúa en tiempo real con hologramas de otros individuos.

Pero en este mundo podemos jugar con las reglas de la física. Podemos jugar con las reglas del espacio y el tiempo para comprender mejor cómo las integra el cerebro.

Y esto realmente me sorprende porque podemos demostrar que el cerebro no representa el espacio de una manera euclidiana. Representa el espacio en un sistema de coordenadas no euclidiano. Y luego podemos mostrar matemáticamente por qué esto es tan importante, que es que cuando empiezas a lidiar con tres o más opciones, entonces deformar el espacio-tiempo, haciendo que el espacio no sea euclidiano, puede reducir dramáticamente la complejidad del mundo en una serie de bifurcaciones. Y cerca de cada bifurcación, amplifica las diferencias entre las opciones restantes. Entonces existe esta hermosa estructura interna.

Y entonces, creemos que tenemos esta teoría universal de cómo el cerebro toma decisiones espaciales a las que nunca hubiéramos podido llegar sin observar una variedad de organismos como peces, langostas y moscas dentro de este tipo de entornos de realidad virtual, y eso es lo que me entusiasma mucho.

[Reproducciones temáticas]

ESTROGATZ: Bueno, no puedo esperar a escuchar todo esto mientras lo resuelves. Podría seguir contigo todo el día, pero creo que es hora de decirte gracias. Hemos estado hablando con el ecologista evolutivo Iain Couzin sobre bandadas, enjambres, escolarización y todo tipo de comportamiento colectivo. Iain, ha sido un gran placer aprender sobre lo que estás haciendo y las maravillas de la naturaleza que has ayudado a descubrir para todos nosotros. Muchas gracias.

COUZIN: Ha sido un placer. Gracias, Steve.

[El tema continúa sonando]

ESTROGATZ: Gracias por su atención. Si estás disfrutando de “The Joy of Why” y aún no estás suscrito, presiona el botón suscribir o seguir donde estás escuchando. También puedes dejar una reseña del programa. Ayuda a las personas a encontrar este podcast.

“La alegría del por qué” es un podcast de Quanta revista, una publicación editorial independiente apoyada por la Fundación Simons. Las decisiones de financiación de la Fundación Simons no influyen en la selección de temas, invitados u otras decisiones editoriales en este podcast o en Quanta revista.

“La alegría del porqué” es producida por Producciones PRX. El equipo de producción está formado por Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler y Merritt Jacob. La productora ejecutiva de PRX Productions es Jocelyn Gonzales. Morgan Church y Edwin Ochoa brindaron asistencia adicional.

Desde Quanta revista, John Rennie y Thomas Lin brindaron orientación editorial, con el apoyo de Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana y Madison Goldberg.

Nuestro tema musical es de APM Music. A Julian Lin se le ocurrió el nombre del podcast. El arte del episodio es de Peter Greenwood y nuestro logotipo es de Jaki King y Kristina Armitage. Un agradecimiento especial a la Escuela de Periodismo de Columbia y a Bert Odom-Reed de Cornell Broadcast Studios.

Soy su anfitrión, Steve Strogatz. Si tiene alguna pregunta o comentario para nosotros, envíenos un correo electrónico a GME@dhr-rgv.com. Gracias por su atención.