venerdì 19 settembre 2014

Il volo degli storni


Il volo di uno stormo di storni, e in particolare la trasmissione delle informazioni tra i membri del gruppo che ne consentono i cambiamenti di direzione, ha molte somiglianze con il comportamento quantistico degli atomi che si osserva nella materia condensata in fenomeni critici, come per esempio il cambiamento di stato che permette la transizione dell'elio liquido allo stato di superfluido, in cui l'elio scorre praticamente senza attrito.
 È il risultato di uno studio pubblicato su “Nature Physics” a firma di Alessandro Attanasi e colleghi della Sapienza Università di Roma e dell'Istituto dei sistemi complessi del CNR di Roma.


In natura, molti animali vivono in società o in gruppi, e le decisioni su quali comportamenti collettivi debbano essere seguiti nelle varie situazioni è estremamente rilevante.
 Per esempio, nel caso in cui un gruppo sia minacciato da un predatore, è importante che durante la fuga venga mantenuta la coesione del gruppo. Questo significa che deve esserci un meccanismo efficace e affidabile non solo per decidere in che direzione fuggire, ma anche per fare in modo che l'informazione sui cambiamenti di direzione si propaghi molto rapidamente a tutti i membri del gruppo.
 Finora le ricerche non hanno chiarito in che modo gruppi di animali possano raggiungere un alto grado di affidabilità.
 Uno dei modelli studiati per chiarire questo aspetto è lo stormo di uccelli, in particolare di storni (Sturnus vulgaris).
 In quest'ultimo studio, Attanasi e colleghi hanno filmato, usando tre diverse videocamere, il volo di uno stormo composto da circa 400 storni. Dall'analisi delle riprese, i ricercatori hanno poi ricavato le traiettorie in tre dimensioni dei singoli uccelli in funzione del tempo.
 Innanzitutto, Attanasi e colleghi hanno scoperto che un ristretto numero di uccelli, tra loro vicini durante il volo in formazione, cambiano direzione per primi. L'informazione sulla direzione successivamente raggiunge tutti gli altri membri nell'arco di circa mezzo secondo. La distanza percorsa dall'informazione aumenta linearmente nel tempo: questo significa che la velocità dell'informazione attraverso lo stormo è pressoché costante e raggiunge il valore di 20-40 metri al secondo. Inoltre, la velocità di propagazione può variare in misura significativa tra uno stormo e un altro.
 Da un punto di vista teorico, lo stormo ha di solito dimensioni rilevanti e l'informazione deve attraversare un certo numero di passaggi intermedi.
 In queste condizioni, ci si aspetterebbe un certo grado di attenuazione, con una conseguente dispersione degli uccelli in posizione più periferica e una perdita di coesione dello stormo. Tutto questo però non si verifica: l'analisi delle riprese video ha mostrato che la propagazione dell'informazione avviene con una dissipazione trascurabile.
 La mancanza di dissipazione è la chiave per arrivare a una formalizzazione matematica del modo in cui avviene il trasporto dell'informazione nello stormo.
 In primo luogo, questa mancanza di dispersione consente di escludere che si tratti di un un trasporto di tipo diffusivo, paragonabile cioè alla dispersione di una goccia d'inchiostro un bicchiere d'acqua. Inoltre, permette anche di escludere che l'informazione si propaghi come un suono, per effetto di fluttuazioni della densità dello stormo che, come si è verificato, non hanno influenza sulla propagazione.
 Piuttosto, le fluttuazioni che si propagano durante un cambiamento di direzione riguardano l'orientamento nello spazio che ciascun membro del gruppo deve mantenere durante il volo, regolandosi rispetto agli uccelli vicini.

 Sviluppando questi dati con l'aiuto di considerazioni fisico-matematiche generali, Attanasi e colleghi hanno definito una serie di equazioni che descrivono egregiamente il comportamento degli storni. Si tratta di equazioni matematiche simili a quelle usate per descrivere le transizioni di fase, per esempio il passaggio dell'acqua liquida allo stato solido, o altri fenomeni critici squisitamente di natura quantistica, come quelli che interessano l'elio superfluido, che dipendono dalle interazioni tra l'orientazione degli spin degli atomi che costituiscono il materiale e che permettono all'elio in questo stato di avere di fatto viscosità nulla e quindi scorrere senza attrito.


Al di là dei tecnicismi matematici, i risultati gettano una luce sull'evoluzione di un comportamento collettivo adattativo di estrema importanza per la sopravvivenza di degli uccelli.

 Fonte: http://www.lescienze.it/
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