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Come ballano i moscerini

(Sapienza Università di Roma) – Osservando uno sciame di moscerini si ha l’impressione che ognuno si muova in maniera casuale, attratto da un punto di riferimento come una pozzanghera o un lampione. Tuttavia l’apparenza inganna: dove sembra regnare un gran disordine, si nasconde invece una forte correlazione fra i movimenti.

Irene Giardina del dipartimento di Fisica della Sapienza, insieme al gruppo CoBBS (Collective Behaviour in Biological Systems) guidato da Andrea Cavagna dell’Istituto Sistemi Complessi (ISC-CNR), nel recente studio [1] pubblicato su Nature Physics, spiega come i dati sperimentali, raccolti dall’analisi delle traiettorie dei moscerini, raccontino tutta un’altra verità, mostrando quindi l’utilità di un approccio di fisica statistica per la comprensione dei fenomeni collettivi in biologia.

I ricercatori, dopo aver acquisito delle sequenze di immagini stereoscopiche dei percorsi dei singoli moscerini e dopo averle convertite in traiettorie 3D, tramite un software di tracking opportunamente sviluppato, hanno svolto su di esse un’analisi statistica.

Il team, ha così osservato le correlazioni spazio-temporali tra le velocità di movimento dei moscerini: cioè ha calcolato quantitativamente l’influenza di un singolo individuo del “gruppo” sul comportamento di un altro individuo dello stesso gruppo, a un certo tempo e in una certa posizione.

Attraverso l’analisi statistica si comprende, sia quanto sono grandi le regioni all’interno di uno sciame in cui i moscerini si comportano in maniera coordinata, sia come le relazioni di mutua influenza tra i moscerini vanno a decadere nel tempo.

Tale tempo di decadimento cambia in ogni sciame analizzato e, come hanno mostrato i ricercatori, sciami con regioni coordinate più grandi hanno tempi di decadimento più lunghi.

Inoltre è stato osservato che, al netto di questo fenomeno, le correlazioni spazio-temporali di tutti gli sciami hanno lo stesso andamento, dunque obbediscono a “leggi di scala“, una proprietà fondamentale per potere descrivere tutti gli sciami in maniera universale e modellizzare i comportamenti dei gruppi.

“Lo studio – spiega Irene Giardina –  rappresenta un importante passo nell’applicazione di metodi della fisica statistica anche a sistemi biologici e inoltre fornisce solidi risultati sperimentali con cui qualsiasi teoria futura degli sciami e dei movimenti collettivi in materia attiva dovrà confrontarsi”.

Il gruppo CoBBS [2] è un gruppo congiunto dell’Istituto dei Sistemi Complessi del CNR (UOS Sapienza) e del Dipartimento di Fisica. Il CoBBS studia fenomeni di ‘flocking’ e ‘swarming’ partendo da esperimenti sui sistemi reali e sviluppando teorie e modelli basate sui dati.

Riferimenti: Dynamic scaling in natural swarms; A. Cavagna, D. Conti, C. Creato, L. Del Castello, I. Giardina, T.S. Grigera, S. Melillo, L. Parisi, M. Viale, Nature Physics [1]