Un nuevo método para predecir los puntos de inflexión, el momento en el que se produce un cambio repentino en sistemas complejos en red, puede ofrecer información que prevenga el trastorno por colapso de colonias (CCD), un fenómeno en el que desaparece la mayoría de las abejas obreras de una colonia, amenazando la economía agrícola a nivel mundial.

En 2015-2016, Los apicultores estadounidenses perdieron el 44 por ciento de sus colonias de abejas melíferas, según una encuesta financiada en parte por el Departamento de Agricultura de EE. UU.

El papel, "Predecir puntos de inflexión en redes mutualistas mediante la reducción de dimensiones, "publicado esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias como un artículo de investigación extendido ( PNAS Plus ), fue desarrollado por un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Arizona y universidades en China, los Estados Unidos., y el Reino Unido

Los investigadores utilizaron como sistema modelo 59 redes empíricas de plantas y polinizadores (interacciones de polinización entre abejas y plantas) de una variedad de continentes y zonas climáticas. y llegó a un modelo bidimensional que puede predecir con precisión la aparición de puntos de inflexión en cada sistema en red. Un punto de inflexión en una red de plantas polinizadoras es cuando todas las poblaciones de polinizadores (abejas y plantas) disminuyen a cero.

Los sistemas en red van desde los ecosistemas y el clima de la tierra hasta los económicos, sistemas sociales y de infraestructura como la red eléctrica. Puntos de inflexión, o "cambios de fase, "ocurren cuando los componentes de un sistema comienzan a interactuar de una manera diferente, manifestándose como un cambio repentino en el comportamiento de todo el sistema.

Los ejemplos comunes de puntos de inflexión incluyen cuando el agua caliente alcanza la temperatura a la que comienza a hervir o cuando una sustancia se derrite de un sólido a un líquido.

"En una red de plantas polinizadoras, un punto de inflexión es el valor crítico de un determinado parámetro, como el número de especies de abejas eliminadas o la tasa de mortalidad de las especies de abejas, en el que las poblaciones de todas las especies de abejas y plantas disminuyen abruptamente hasta valores cercanos a cero, "explicó el autor principal del artículo, Ying Cheng Lai, un profesor de electricidad, Ingeniería informática y energética en ASU. "El colapso simultáneo de todas las poblaciones de abejas y plantas se produce porque están mutuamente conectadas e interactúan entre sí de una manera muy no lineal".

Una vez que se predice un punto de inflexión, Se pueden desarrollar estrategias de control para retrasar o incluso prevenir su aparición. "Por ejemplo, podemos centrarnos en una especie de abeja en particular y proteger su abundancia introduciendo más abejas para mantener la población en un nivel estable, ", dijo Lai." O podemos hacer políticas para eliminar el uso de ciertos pesticidas que son dañinos para esta especie de abejas ".

Para cada red real, el equipo calculó dos funciones típicas de resiliencia y las comparó con las del modelo 2D reducido correspondiente. "Encontramos un buen acuerdo general para las 59 redes mutualistas empíricas, lo que lleva a la conclusión de que nuestro modelo 2D puede predecir con precisión la ocurrencia de un punto de inflexión incluso en presencia de perturbaciones aleatorias, "Dijo Lai.

El modelo reducido puede servir como paradigma para comprender y predecir la dinámica del punto de inflexión en el mundo real para proteger a los polinizadores. y el principio general es ampliamente aplicable para abordar los problemas de resiliencia y sostenibilidad en otras disciplinas de la ciencia y la ingeniería.

"La ocurrencia de un punto de inflexión es motivo de gran preocupación, ya que puede provocar un colapso repentino y total del sistema, ", explicó Lai." Predecir el punto de inflexión y comprender los procesos dinámicos responsables son esenciales para formular estrategias de control efectivas para retrasar o incluso evitar que ocurra. Esto será de gran valor para proteger y mantener sistemas complejos que son de vital importancia para la sociedad moderna y la vida humana ".