21/06/2017
Osservando uno sciame di moscerini, si ha l'impressione che ognuno segua una dinamica pressoché casuale attorno a qualche punto di riferimento, come una pozzanghera o un lampione. Ma in un recente articolo pubblicato su Nature Physics, ricercatori dell'ISC-CNR mostrano come i dati sperimentali raccontino tutta un'altra verita'.
Il gruppo CoBBS (Collective Behaviour in Biological Systems), guidato da Andrea Cavagna dell'Istituto dei Sistemi Complessi (ISC-CNR) in collaborazione con il Dipartimento di Fisica dell'Universita' degli Studi di Roma "La Sapienza", ha recentemente pubblicato diversi risultati relativi al comportamento di sciami di moscerini.
Partendo da sequenze di immagini stereoscopiche acquisite durante una sistematica campagna sperimentale, e attraverso lo sviluppo di algoritmi di computer vision, il gruppo CoBBS e' riuscito a ricostruire, per decine di eventi di swarming, le traiettorie tridimensionali percorse da ogni singolo moscerino.
La successiva analisi statistica di tale traiettorie ha evidenziato come le correlazioni spazio-temporali tra le velocita` dei moscerini, calcolate in sciami differenti, possano essere in realta` 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 e' 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 universalita` 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 tali sistemi biologici: la mancanza di un regime puramente dissipativo e' quindi un chiaro segno di propagazione dell'informazione all'interno degli sciami naturali.
E' interessante notare che tali modi propagatori si trovano nella regione in cui il regime idrodinamico diventa inaccessibile, e 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.
E' 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.
Il gruppo CoBBS e' composto da:
Andrea Cavagna, Irene Giardina, Daniele Conti, Stefania Melillo, Leonardo Parisi e Massimiliano Viale.
Per informazioni:
Andrea Cavagna
CNR - Istituto dei sistemi complessi
Via dei Taurini, 19, 00185 - Roma
andrea.cavagna@gmail.com
+39 06 4993 7460
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