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Ricerca ISC-CNR: gli sciami di moscerini obbediscono a leggi di scala

Ricerca ISC-CNR: gli sciami di moscerini obbediscono a leggi di scala

Il comportamento degli sciami di moscerini non sarebbe casuale: lo rivelano i dati sperimentali dei ricercatori dell’ISC-CNRIstituto dei Sistemi Complessi del Consiglio Nazionale delle Ricerche, in un articolo pubblicato su Nature Physics.

La ricerca è stata condotta dal gruppo CoBBSCollective Behaviour in Biological Systems, guidato da Andrea Cavagna dell’ISC-CNR in collaborazione con il Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Roma La Sapienza.

Partendo da sequenze di immagini stereoscopiche acquisite durante una sistematica campagna sperimentale, e attraverso lo sviluppo di algoritmi di computer vision, il gruppo CoBBS è riuscito a ricostruire, per decine di eventi di swarming, le traiettorie tridimensionali percorse da ogni singolo moscerino.

La successiva analisi statistica di queste traiettorie ha evidenziato come le correlazioni spazio-temporali tra le velocità dei moscerini, calcolate in sciami differenti, possano essere in realtà tutte riscalate usando un singolo tempo caratteristico che cresce con la lunghezza di correlazione dello sciame.

L’esponente critico dinamico con il quale cresce questo tempo è ben diverso dai valori ricavati mediante semplici simulazioni fuori dall’equilibrio di modelli di particelle auto-propellenti. Questo significa che, nel linguaggio della fisica statistica, gli sciami di moscerini vivono in una nuova classe di universalità dinamica.

L’evidenza sperimentale riguardo la presenza di modi di rilassamento non dissipativi, dimostra in maniera inequivocabile come, per descrivere la dinamica dello sciame, sia necessario considerare effetti inerziali che fino a questo momento sono stati trascurati nella modellizzazione di questi sistemi biologici: la mancanza di un regime puramente dissipativo è quindi un chiaro segno di propagazione dell’informazione all’interno degli sciami naturali.

È interessante notare che questi modi propagatori si trovano nella regione in cui il regime idrodinamico diventa inaccessibile, ed è questo che rende il “dynamical scaling” particolarmente rilevante per i sistemi biologici fortemente correlati.

Generalizzando infatti ai fenomeni di non-equilibrio le usuali leggi di scala, quella dinamica non è limitata al regime idrodinamico e può quindi fare previsioni che escludano la regione di grande lunghezza d’onda.

È fortemente plausibile che diversi sistemi biologici vivano in tale regime quasi critico e che quindi possano condividere la stessa strana condizione degli sciami di moscerini.

Fonte CNR
Data pubblicazione 13/07/2017
Tag Scienze della vita , Scienze fisiche e ingegneria
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