(a) Ilustración de un agente (representado aquí como un pez) en una orientación aleatoria en el primer paso de tiempo (=0, azul) y pasando al estado de sobresalto (=1, rojo). Cuando se asusta directamente de una amenaza, los agentes reaccionan reorientando instantáneamente hacia una dirección de referencia, con algo de ruido (2). Sin pérdida de generalidad, la dirección de referencia se establece en cero grados. (b) Ilustración de dos agentes. Cuando se asusta indirectamente por señales sociales, los agentes se mueven en la dirección promedio de sus vecinos asustados. En esta ilustración, solo se muestra la diferencia de orientación entre dos agentes, junto con el ruido (1) que se suma a la diferencia de orientación, que representa el ruido en la capacidad del agente para sentir la orientación de su vecino. Crédito:Instituto Americano de Física (AIP)
A medida que el pánico se extiende, todo un banco (colectivo) de peces responde a una amenaza entrante en cuestión de segundos, aparentemente como un solo cuerpo, para cambiar de rumbo y evadir a un depredador amenazante. En esos pocos segundos, la información infundida por el pánico, más técnicamente conocida como la respuesta de sobresalto, se propaga a través del colectivo, advirtiendo a los peces dentro del grupo que de otro modo no tendrían forma de detectar tal amenaza. Las formas en que se difunde esta información y el papel que desempeña la dinámica de posición pueden ayudarnos a planificar mejor para las emergencias.
Amanda Chicoli es bióloga postdoctoral en la Carnegie Institution for Science en Baltimore, y se asoció con Derek Paley, profesor en el departamento de ingeniería aeroespacial de la Universidad de Maryland, College Park, estudiar y modelar esta transmisión de información. Su trabajo aparece en la revista de esta semana. Caos .
"La idea inicial de este proyecto surgió de mi investigación de doctorado en comportamiento colectivo, mi propia experiencia en biología sensorial de peces, y la experiencia del Dr. Paley en sistemas de oscilador acoplado, "dijo Chicoli. Sistemas de osciladores acoplados, como péndulas atadas o resortes conectados, por ejemplo, se utilizan a menudo para modelar sistemas más complejos en la ciencia, desde moléculas hasta cardúmenes de peces.
Superficialmente, un solo banco de peces, o incluso una red de manantiales coincidentes, puede parecer simple. Pero los factores que intervienen en la respuesta del grupo pueden volverse complejos con mucha facilidad. En este estudio, Chicoli y Paley observaron la orientación de los peces dentro de la colección, y la influencia que puede tener en lo bien que todo el grupo escapa de una amenaza.
"Uno de los principales objetivos de este estudio fue investigar el papel de la polarización (alineación) en la transmisión de información y la respuesta colectiva a una amenaza. El modelo predice una propagación más rápida de la información sobre amenazas en grupos que están fuertemente alineados, y respuestas más lentas pero más precisas en grupos que se alinean solo después de que se ha detectado una amenaza, "dijo Chicoli.
De hecho, es esta alineación (mientras nada) lo que caracteriza una reunión social de peces, o un cardumen de peces, como un banco de peces. Aunque puede parecer intuitivo que un banco de peces tenga una alineación común para propósitos tales como la evasión rápida, pero demostrar esto no es tan claro.
"En general, se cree que la alineación en los bancos de peces está involucrada en la defensa de los depredadores, sin embargo, es difícil probar esto directamente con métodos experimentales, "dijo Chicoli, describiendo sus métodos. "El modelo incorpora varios procesos teóricos de toma de decisiones:la decisión sobre qué dirección tomar, si responder a una amenaza en absoluto, y con quién interactuar ".
El modelo específico utilizado, llamado modelo susceptible-infectado-eliminado (SIR), En realidad, fue uno de los más utilizados para calcular cómo se propagan las enfermedades y se demostró que se aplica con precisión a los bancos de peces.
"Se eligió el modelo SIR porque es un modelo probabilístico de transmisión de enfermedades (o información) a través de un grupo. Muchos procesos biológicos, incluyendo el sobresalto de un depredador, son de naturaleza probabilística, ", Dijo Chicoli." Hay alguna probabilidad de notar al depredador, alguna probabilidad de responder, y alguna probabilidad de escapar. Estas probabilidades también se pueden observar experimentalmente en los niveles de comportamiento fisiológico ".
"Hasta donde yo sé ... este es el primer estudio que modela directamente la transmisión de información en la educación, "Chicoli también dijo." Los resultados de probar nuestro modelo sugieren que el grado de alineación en grupos de peces puede implicar una compensación de velocidad-precisión; también podrían interpretarse en términos de procesos de toma de decisiones en grupos ".
Específicamente, su trabajo reveló y cuantificó la relación entre varias configuraciones de orientación y la precisión y velocidad de las respuestas. Encontraron algunas correlaciones sorprendentes.
"No esperábamos encontrar respuestas más precisas en los grupos que inicialmente estaban orientados al azar. Tampoco esperábamos que la mayor probabilidad de responder a la amenaza externa investigada correspondiera a que respondieran menos personas, ", dijo Chicoli." Este resultado se debe a la naturaleza de nuestro modelo de sobresalto, que se basa en la propagación de enfermedades. Dado que los individuos no vuelven a sobresaltarse, si demasiados agentes se sobresaltan sin difundir la información, los sobresaltos desaparecen antes de propagarse y menos individuos reaccionan en general ".
En cuanto al impacto potencial para las personas, particularmente en situaciones de emergencia, Estos y los resultados futuros pueden proporcionar información valiosa al diseñar y planificar dichos eventos.
Chicoli dijo, "En tono rimbombante, el modelo puede ser relevante para investigar cómo responderán los individuos al movimiento de otros en un grupo para decidir en qué dirección viajar o qué ruta de salida seguir. Por ejemplo, si tuviera una gran multitud todos dirigiéndose a una puerta de salida, cuando hay dos puertas disponibles, ¿Seguiría un individuo al grupo o elegiría la puerta disponible sin multitud? "
Buscando seguir trabajando, la relativa simplicidad del modelo ofrece muchas formas en las que se puede escalar y mejorar, tanto en el contexto de los bancos de peces como en términos más generales en términos de comportamiento animal. Información, después de todo, es la moneda más fundamental de la naturaleza.
"En versiones futuras, Sería útil incluir capacidades sensoriales y limitaciones para diferentes especies de interés para evaluar cómo esto afecta los resultados. e investigar el papel de diferentes modalidades sensoriales en la transmisión de información, "Dijo Chicoli.
"El modelo puede usarse para variar el tamaño del grupo y el número de individuos informados en el espacio de parámetros para evaluar las condiciones bajo las cuales los individuos informados tienen la mayor influencia. Se ha demostrado previamente que un pequeño número de individuos informados provoca una respuesta de ambos pequeños y largo."
En una era que se centra cada vez más no solo en aumentar el volumen de información disponible, sino también a las formas en que se mueve esa información, Es posible que aún haya más posibilidades de aplicación de estos esfuerzos.
