En toda la naturaleza, los animales, desde enjambres de insectos hasta mamíferos pastores, pueden organizarse en movimientos aparentemente coreografiados. Durante las últimas dos décadas, los científicos han descubierto que estos movimientos coordinados surgen cuando cada animal sigue reglas simples sobre dónde se encuentran sus vecinos.
Ahora, los científicos que estudian el pez cebra han demostrado que sus vecinos también podrían moverse al mismo ritmo. El equipo reveló que los peces que nadaban en parejas se turnaban para moverse; y sincronizaron el tiempo de estos movimientos en un proceso bidireccional conocido como reciprocidad. Luego, en experimentos de realidad virtual, el equipo pudo confirmar que la reciprocidad era clave para impulsar el movimiento colectivo:al implementar esta regla rítmica, pudieron recrear el comportamiento natural de escolarización en peces y congéneres virtuales.
El estudio publicado en Nature Communications fue dirigido por científicos del Grupo de Excelencia en Comportamiento Colectivo de la Universidad de Konstanz y el Instituto Max Planck de Comportamiento Animal en Alemania (MPI-AB).
Los resultados proporcionan más detalles mecanicistas a nuestra comprensión de cómo los animales se autoorganizan en colectivos en movimiento. "Demostramos que se necesitan dos peces para bailar el tango", dice el primer autor Guy Amichay, quien realizó el trabajo mientras era estudiante de doctorado en MPI-AB.
"Los peces coordinan el ritmo de sus movimientos con el de sus vecinos, y viceversa. Este acoplamiento rítmico bidireccional es una fuerza importante, pero pasada por alto, que mantiene a los animales en movimiento".
Los animales que se mueven en sincronía son los ejemplos más notorios de comportamiento colectivo en la naturaleza; sin embargo, muchos colectivos naturales se sincronizan no en el espacio sino en el tiempo:las luciérnagas sincronizan sus destellos, las neuronas sincronizan sus disparos y los humanos en las salas de conciertos sincronizan el ritmo de las palmas.
Amhay y el equipo estaban interesados en la intersección de los dos; tenían curiosidad por ver qué sincronía rítmica podría existir en el movimiento animal.
"Hay más ritmo en el movimiento de los animales de lo que cabría esperar", dice Amichay, quien ahora es investigador postdoctoral en la Universidad Northwestern, EE. UU. "En el mundo real, la mayoría de los peces no nadan a velocidades fijas, sino que oscilan".
Utilizando parejas de peces cebra como sistema de estudio, Amichay analizó su natación para describir el patrón preciso de movimiento. Descubrió que los peces, aunque se movían juntos, no nadaban al mismo tiempo. Más bien, se alternaban de manera que uno se movía y luego el otro, "como dos piernas caminando", dice.
Luego, el equipo investigó cómo los peces lograban alternarse. Generaron un modelo computacional con una simple regla general:duplicar el retraso de tu vecino.
El siguiente paso fue probar este modelo computacionalmente o in silico. Pusieron a un agente a golpear con movimientos fijos, como un metrónomo. El otro agente respondió al primero implementando la regla rítmica del "doble retraso".
Pero en esta interacción unidireccional, los agentes no se movían en el patrón alterno observado en los peces reales. Sin embargo, cuando ambos agentes respondieron entre sí, reprodujeron el patrón de alternancia natural. "Ésta fue la primera indicación de que la reciprocidad era crucial", afirma Amichay.
Pero reproducir el comportamiento natural en una computadora no fue donde terminó el estudio. El equipo recurrió a la realidad virtual para confirmar que el principio que descubrieron también funcionaría en peces reales.
"La realidad virtual es una herramienta revolucionaria en los estudios del comportamiento animal porque nos permite sortear la maldición de la causalidad", afirma Iain Couzin, orador del Grupo de Excelencia sobre Comportamiento Colectivo de la Universidad de Konstanz y director del MPI-AB. /P>
En la naturaleza, muchos rasgos están relacionados y por eso es extremadamente difícil identificar la causa del comportamiento de un animal. Pero usando la realidad virtual, Couzin dice que es posible "perturbar con precisión el sistema" para probar el efecto de un rasgo particular en el comportamiento de un animal.
Se colocó un solo pez en un entorno virtual con un avatar de pez. En algunas pruebas, se puso al avatar a nadar como un metrónomo, ignorando el comportamiento del pez real. En estas pruebas, el pez real no nadaba en el patrón alterno natural con el avatar. Pero cuando se configuró al avatar para que respondiera al pez real, en una relación recíproca de dos vías, recuperaron su comportamiento alternativo natural.
Compañeros que toman turnos
"Es fascinante ver que la reciprocidad está impulsando este comportamiento de turnos en los peces nadadores", dice el coautor Máté Nagy, quien dirige el Grupo de Investigación de Comportamiento Colectivo MTA-ELTE en la Academia de Ciencias de Hungría, "porque no siempre es así en osciladores biológicos." Las luciérnagas, por ejemplo, se sincronizarán incluso en interacciones unidireccionales.
"Pero para los humanos, la reciprocidad entra en juego en casi cualquier cosa que hagamos en pareja, ya sea bailar, hacer deporte o conversar", dice Nagy.
El equipo también proporcionó evidencia de que los peces que estaban acoplados en el momento de sus movimientos tenían vínculos sociales más fuertes. "En otras palabras, si tú y yo estamos unidos, estaremos más en sintonía entre nosotros", dice Nagy.
Los autores dicen que este hallazgo puede cambiar drásticamente la forma en que entendemos quién influye en quién en los grupos de animales. "Solíamos pensar que en un grupo ocupado, un pez podía verse influenciado por cualquier otro miembro que pudiera ver", dice Couzin. "Ahora vemos que los vínculos más destacados podrían darse entre socios que eligen sincronizarse rítmicamente".
Más información: Guy Amichay et al, Revelando el mecanismo y la función subyacentes al acoplamiento temporal por pares en el movimiento colectivo, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48458-z
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Sociedad Max Planck
