Más de 100 hormigas fueron analizadas en laboratorio para reconstruir su desplazamiento con una red neuronal

Aunque el estudio tradicional de las hormigas se centra en el comportamiento grupal, una reciente investigación eligió observar el desplazamiento de la especie de patas largas a nivel individual dentro de condiciones controladas en laboratorio.

De acuerdo con lo publicado por Phys.org, científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) crearon un modelo físico que permite explicar de qué manera estos insectos exploran y se mueven en ambientes desconocidos.

La selección de la especie Anoplolepis gracilipes por parte del equipo se debió a que se trata de una especie invasora con una proliferación cada vez mayor en entornos urbanos globales, según la investigación científica publicada en PLOS Computational Biology.

El análisis se apoyó en observaciones de ejemplares recolectados en distintos puntos del campus de Okinawa, al sur de Japón, entre ellos estacionamientos, senderos y zonas de descanso. Los científicos reunieron más de 100 hormigas y las colocaron de forma individual en recintos de laboratorio para registrar su exploración.

Un enfoque sobre la conducta individual

Phys.org detalló que el estudio fue realizado por investigadores de la unidad de Física No Lineal y de No Equilibrio de OIST, entre ellos el estudiante de doctorado Jack Featherstone.

“Las hormigas son muy famosas por sus interacciones colectivas, mediadas por feromonas u otros sistemas de comunicación sofisticados, pero el movimiento individual de una hormiga es el elemento fundamental que hace posible este comportamiento colectivo”, afirmó Featherstone.

Esa idea orientó el diseño del trabajo: aislar a cada ejemplar y observar cómo responde ante un entorno desconocido sin interferencias. Featherstone sostuvo que la vida representa uno de los sistemas más complejos para la ciencia y que, en las últimas décadas, los físicos comenzaron a trasladar métodos cuantitativos usados en fenómenos no vivos para explorar la conducta de los animales.

Del movimiento a las matemáticas

Tras los experimentos, los investigadores entrenaron una red neuronal para analizar las grabaciones en video de las hormigas. Ese sistema identificó la posición de distintas partes del cuerpo de cada ejemplar mientras avanzaba por el recinto. Con esos datos, el equipo obtuvo trayectorias espaciales que luego sometió a análisis cuantitativo.

Esa reconstrucción permitió pasar de la observación visual a una descripción matemática del desplazamiento. El objetivo no consistía solo en saber por dónde caminaban, sino en detectar patrones que ayudaran a explicar cómo exploran un espacio nuevo cuando se encuentran solas.

El hallazgo central del trabajo fue que la mejor vía para modelar esos datos apareció en el uso de modelos estocásticos, es decir, enfoques que incorporan componentes aleatorios.

Ese enfoque, conocido por su importancia en el estudio de la difusión y del movimiento de partículas pequeñas, parte de la idea de que una conducta general no aleatoria puede surgir de múltiples aportes individuales de carácter aleatorio.

Un modelo para anticipar conductas en otros entornos

Featherstone explicó que la conducta de cualquier animal depende de una cantidad muy grande de variables, desde la actividad neuronal hasta las condiciones del entorno. “Intentar medir cada factor que podría ser relevante aquí es imposible”, sostuvo.

Frente a ese límite, el enfoque estocástico permite examinar el comportamiento macroscópico sin necesidad de describir cada detalle microscópico.

El modelo propuesto combina varias técnicas que suelen utilizarse en estudios sobre movimiento bacteriano o procesos de difusión, esto permitió reproducir varias características presentes en las trayectorias observadas en el laboratorio. A partir de allí, los autores también pudieron derivar predicciones matemáticas y computacionales sobre cómo podrían responder en ambientes nuevos.

La capacidad predictiva aparece como uno de los puntos de mayor interés del trabajo. Los investigadores esperan emplearla para analizar cómo interactúa A. gracilipes con otras especies, ya sea como depredadora o como presa.

La investigación también ofrece una base para examinar cómo estímulos externos, como alimento, agua, depredadores u obstáculos, alteran el patrón de exploración.

Alcance del estudio y posibles aplicaciones

Los autores consideran este trabajo como una de las descripciones más rigurosas del comportamiento exploratorio de los insectos, con la posibilidad adicional de simular movimientos semejantes a los de un ejemplar real.

Esa línea podría ayudar a otros equipos a entender cómo encaja la locomoción dentro del resto de la vida de estos insectos. En el futuro, este marco podría contribuir a comprender mejor y contener a las hormigas invasoras, una cuestión ligada a la expansión global de estas.

En esa misma línea, la investigación parte del hecho de que A. gracilipes ya coloniza con más frecuencia entornos urbanos, lo que refuerza el interés por conocer sus patrones de navegación.