La forma en que se apiñan es tan matemáticamente perfecta que los matemáticos no pueden diseñar una mejor manera
Los animales han evolucionado de innumerables formas para protegerse del frío. Las ballenas se aíslan con grasa. Los bisontes se congregan cerca de manantiales geotérmicos. Los osos negros se refugian en cuevas. Y los pingüinos emperador, que enfrentan las temperaturas bajo cero y los vientos huracanados de la Antártida, se apiñan.
“Un grupo de pingüinos parece un caos organizado”, dice François Blanchette, matemático de la Universidad de California, Merced. “Cada pingüino actúa individualmente, pero el resultado final es una distribución equitativa del calor para toda la comunidad”.
Resulta que los pingüinos se agrupan con un alto grado de eficiencia matemática, como descubrieron Blanchette y su equipo. Más recientemente, Daniel Zitterbart, físico de la Institución Oceanográfica Woods Hole en Massachusetts, ayudó a desarrollar e instalar cámaras de alta resolución para observar el comportamiento de acurrucarse sin ser molestado. El equipo de Zitterbart determinó recientemente qué condiciones hacen que los pingüinos se apiñen y están investigando la posibilidad de que el comportamiento matemático de los pingüinos pueda, con el tiempo, revelar secretos sobre la salud de la colonia.
En el fondo del mundo, cientos de miles de pingüinos emperador emergen del mar cada abril para caminar más de 50 millas hasta sus colonias tierra adentro. Después de la reproducción, las hembras regresan al mar en busca de alimento mientras que los machos se quedan atrás, cada uno incubando un solitario huevo en una bolsa sobre sus pies. Sin nidos ni comida, desafían a los elementos acurrucándose juntos en una bolsa de hielo estable para maximizar el calor ambiental y minimizar la exposición.
Aunque puede parecer que los vientos dominantes empujan a un grupo de pingüinos a lo largo del hielo, la verdad tiene más matices. Blanchette y el modelo de su equipo dejaron en claro que los pájaros no se mueven al unísono. Los pingüinos en el centro del grupo, donde las temperaturas pueden alcanzar los sofocantes 100 grados Fahrenheit (unos 38°C), en su mayoría permanecen inmóviles.
Un pájaro que se encuentra en el lado de barlovento del grupo pronto se ve obligado a trasladarse a su más cálido lado de sotavento. A medida que más aves abandonan el lado de barlovento, los pingüinos del centro pronto se encuentran expuestos. A su debido tiempo, estos pingüinos también parten hacia el lado de sotavento.
Las agrupaciones suelen durar unas pocas horas, durante las cuales los pingüinos pueden realizar múltiples rotaciones desde el frío exterior de la agrupación hasta su cálido interior. En el proceso, cada individuo da prioridad a su propia calidez, sin embargo, todos comparten el calor del grupo.
Los pingüinos parecen saber lo que los matemáticos aprendieron hace mucho tiempo: el más denso conjunto de formas en un plano es una cuadrícula hexagonal. Según el modelo de Blanchette, los pájaros se ordenan como si cada uno estuviera parado en su propio hexágono en una cuadrícula.
La mayoría de las agrupaciones comienzan como manchas deformes. Luego, el flujo del viento y la temperatura alrededor del grupo hacen que un primer pingüino, generalmente el más frío en el lado de barlovento, se mude. Este pingüino, conocido como el impulsor, se balancea en busca de nuevos vecinos en la relativa calidez del lado de sotavento del grupo.
El impulsor selecciona a los pingüinos fronterizos del lado de sotavento con la menor pérdida de calor como sus nuevos vecinos, asumiendo su nuevo lugar sin molestar a los demás. (Puede elegir o no un lugar que maximice su nuevo número de vecinos; en este modelo, lo único que le importa es encontrar los pingüinos con la menor pérdida de calor).
A medida que se instala, uno o más de sus nuevos vecinos pueden estar ahora ubicados en el interior del grupo, sin haberse mudado nunca. Mientras tanto, en el lado de barlovento, el impulsor que dejó vacante su antiguo lugar puede haber expuesto a un pingüino que antes era interior al borde helado.
A medida que más pingüinos se embarcan en misiones de búsqueda de calor, el límite del grupo cambia constantemente. Con el tiempo, se van definiendo las ásperas formas del grupo. La mancha original se transforma en un objeto geométrico regular: una forma oblonga con lados rectos y extremos redondeados.
Sin saberlo, los pájaros han tropezado con una disposición casi perfecta. Blanchette dice que su equipo trató de pensar en una mejor manera en que los pingüinos pudieran acurrucarse, "pero siempre involucró a un ser omnisciente que les diría a dónde ir".
Sin embargo, en primer lugar ¿qué impulsa a los pingüinos a agruparse? Para investigar, el equipo de Zitterbart diseñó e instaló un robusto observatorio controlado a distancia en Atka Bay, Antártida, y desarrolló un paquete de software que les ayudase a interpretar los datos. El trabajo de este observatorio complementa las observaciones de los investigadores en el lugar y ha permitido al equipo de Zitterbart desarrollar modelos matemáticos que pronostican con precisión las agrupaciones de pingüinos.
"Para nosotros, la parte relevante es, '¿Cómo se siente el pingüino?'", Dice Zitterbart. "Porque cómo se siente el pingüino dicta cómo se comporta el pingüino. Y medimos el comportamiento". Para hacer esto, su equipo desarrolló una noción de "temperatura aparente", que refleja cómo la temperatura ambiente, la humedad, la velocidad del viento y la radiación solar afecta la percepción de un pingüino de la temperatura, un concepto análogo al factor de sensación térmica para los humanos.
También debían tener en cuenta qué tan avanzados estaban los pingüinos en el ciclo de reproducción. Al principio del ciclo, las aves están más gordas debido a la búsqueda reciente de alimento, lo que les permite comenzar a acurrucarse a temperaturas relativamente más frías. Hacia el final del ciclo, las aves están más escuálidas, sus reservas de grasa se agotaron durante los meses de frío, por lo que tienden a comenzar a acurrucarse a temperaturas más cálidas.
El equipo de Zitterbart ha recopilado suficientes datos para hacer predicciones cada vez más precisas basadas en todos estos factores. Por ejemplo, dependiendo del punto en el ciclo de reproducción, podrían pronosticar una temperatura aparente de -44.5 grados Fahrenheit como el punto de inflexión en el que los pingüinos tendrán un 50 por ciento de posibilidades de acurrucarse - lo que significa que a esa temperatura, se espera que las aves pasen de una configuración suelta a un grupo denso.
Zitterbart cree que los grupos de pingüinos son tan matemáticamente precisos que la temperatura aparente a la que hacen la transición a un grupo sirve como una medida indirecta del contenido promedio de grasa y las reservas de energía de los pingüinos.
"En lugar de pesar a cada pingüino individualmente", dice, "es como si pesáramos 25.000 pingüinos al mismo tiempo".
Su equipo está trabajando ahora para determinar si la temperatura de acumulación inicial también revela cambios en la salud de la colonia a lo largo del tiempo. Las aves que tienen acceso a cantidades estables de alimento durante muchos años deben llegar a sus zonas de reproducción anuales con las mismas reservas de energía y aislamiento de grasa todos los años. Por lo tanto, la temperatura aparente a la que se apiñan (según el punto del ciclo de reproducción) también debe ser constante a lo largo del tiempo.
Esto ofrece una poderosa herramienta de observación. Zitterbart da una hipótesis: si los pingüinos comienzan a acurrucarse a temperaturas aparentes más altas de lo esperado, podría significar que un suministro de alimentos alterado o el cambio climático ha perjudicado su éxito de búsqueda de alimento.
"Todo lo que tendríamos que hacer es tomar fotografías de pingüinos acurrucados, lo que, en comparación con tomar un barco de investigación y conducir y pescar, sería mucho menos dinero", dice Zitterbart. "Tenemos una década de datos en los que estamos tratando de trabajar para sacar esta información. Esta es un área de ciencia activa".
