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El comportamiento del rebaño de vacas es forraje para el análisis de sistemas complejos


La imagen de las vacas que pastan en un campo ha evocado durante mucho tiempo una nostalgia romántica sobre un ritmo relajado de la vida rural.


por el Instituto Americano de Física


Sin embargo, con una inspección más cercana, los investigadores han reconocido que lo que parece ser un rebaño disperso al azar que come pasto pacíficamente es, de hecho, un sistema complejo de individuos en un grupo que enfrentan tensiones diferentes. Un equipo de matemáticos y un biólogo ha construido un modelo matemático que incorpora una función de costo al comportamiento en un rebaño para comprender la dinámica de dichos sistemas.

La investigación de sistemas complejos analiza cómo los sistemas muestran comportamientos más allá de aquellos capaces de componentes individuales de forma aislada. Este campo rápidamente emergente puede usarse para dilucidar fenómenos observados en muchas otras disciplinas, incluidas la biología, la medicina, la ingeniería, la física y la economía.

«La ciencia de sistemas complejos busca comprender no solo los componentes aislados de un sistema dado , sino también cómo interactúan los componentes individuales para producir un comportamiento grupal ‘emergente’ «, dijo Erik Bollt, director del Centro Clarkson de Ciencia de Sistemas Complejos y profesor de matemáticas. y de ingeniería eléctrica e informática.

Bollt realizó el trabajo con su equipo, dirigido por el becario postdoctoral Kelum Gajamannage, que se informó esta semana en la revista Chaos .

«Las vacas que pastan en un rebaño es un ejemplo interesante de un sistema complejo», dijo Bollt. «Una vaca individual realiza tres actividades principales a lo largo de un día normal. Come, permanece en pie mientras lleva a cabo algunos procesos digestivos y luego se acuesta a descansar».

Si bien este proceso parece bastante simple, también existe un equilibrio de la dinámica de grupo en el trabajo.

«Las vacas se mueven y comen en manadas para protegerse de los depredadores», dijo Bollt. «Pero dado que comen a diferentes velocidades, el rebaño puede avanzar antes de que las vacas más lentas hayan terminado de comer. Esto deja a estas vacas más pequeñas enfrentando una elección difícil: continuar comiendo en un grupo más pequeño y menos seguro, o moverse con hambre con el grupo más grande . Si el conflicto entre alimentarse y mantenerse al día con un grupo se vuelve demasiado grande, puede ser ventajoso que algunos animales se dividan en subgrupos con necesidades nutricionales similares «.

Bollt y sus colegas incorporan una función de costos en su modelo para capturar estas tensiones. Esto agrega complejidad matemática a su trabajo, pero se hizo evidente que era necesario después de discutir el comportamiento de las vacas con su coautora, Marian Dawkins, bióloga con experiencia en la investigación de vacas.

«Algunos hallazgos de la simulación fueron sorprendentes», dijo Bollt. «Uno podría haber pensado que habría dos grupos estáticos de vacas, los que comen rápido y los que comen lentamente, y que las vacas dentro de cada grupo llevaban a cabo sus actividades de manera sincronizada. En cambio, encontramos que también había vacas que se movían hacia atrás y adelante entre los dos «.

«La causa principal es que este complejo sistema tiene dos ritmos competitivos», dijo Bollt. «El grupo de animales de gran tamaño tenía un ritmo más rápido y el grupo de animales de pequeño tamaño tenía un ritmo más lento. Para ponerlo en contexto, una vaca podría encontrarse en un grupo, y después de un tiempo el grupo es demasiado rápido. Entonces se mueve al grupo más lento, que es demasiado lento, pero mientras se mueve entre los dos grupos, la vaca se expone más al peligro de los depredadores, causando una tensión entre la necesidad de comer de la vaca y su necesidad de seguridad «.

El modelo existente y la función de costo podrían usarse como base para estudiar otros animales de pastoreo. En el futuro, incluso puede haber margen para incorporarlo en estudios sobre el comportamiento humano en grupos. «La función de costos es una herramienta poderosa para explorar los resultados en situaciones donde hay tensiones individuales y grupales en juego», dijo Bollt.


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