(C) Einat Couzin-Fuchs, Inga Petelski, Yannick Günzel, Felix B. Oberhauser
Uno sciame di locuste del deserto che si muove compatto, come un’unica entità, è uno spettacolo tanto affascinante quanto inquietante: ma che cosa determina i loro movimenti? Per decenni la scienza ha cercato di spiegare il comportamento di questi insetti (e di altri animali migratori) attraverso modelli teorici basati su principi fisici, ma un recente studio pubblicato sulla rivista Science sembra aver messo in discussione il passato.
Quasi vent’anni fa, sempre su Science era apparso un famoso studio che proponeva un’analogia molto suggestiva per descrivere il movimento collettivo degli sciami di locuste: quella delle particelle. Un’immagine affascinante ed efficace, che ha influenzato profondamente il modo in cui abbiamo interpretato il comportamento di gruppo di molti animali in natura. La premessa era semplice: gli animali in movimento collettivo si comportano come “particelle auto-propulse”, interagendo tra loro in modo simile a tanti piccoli magneti che si allineano.
Oggi invece un gruppo di ricerca dell’Università di Costanza in Germania (di cui fanno parte, curiosamente, anche alcuni autori del vecchio articolo) ci offre una prospettiva completamente nuova. Attraverso una combinazione di osservazioni sul campo, esperimenti di laboratorio e ingegnose simulazioni, hanno scoperto che le locuste non seguono il modello delle particellare ma ci sono meccanismi sensoriali e cognitivi complessi alla base delle interazioni tra questi insetti. Non si tratta di semplice attrazione o repulsione, ma di una vera e propria elaborazione di informazioni che guida il loro comportamento di gruppo, quasi un’espressione di intelligenza collettiva.
Oltre l'idea delle particelle auto-propulse
Il nuovo studio appena pubblicato mette in discussione l’interpretazione del comportamento collettivo degli sciami di animali secondo cui gli individui sono considerati come particelle auto-propulse. Questo modello prevedeva che la densità fosse il fattore chiave per il passaggio dal caos al movimento ordinato: quando un numero sufficiente di individui si riunisce, emerge spontaneamente un ordine collettivo. Invece, il team di ricerca del Cluster of Excellence “Collective Behaviour” dell’Università di Costanza ha dimostrato che le locuste, quando marciano in grandi gruppi (composti anche da milioni di individui), non si comportano come semplici particelle.
Attraverso una combinazione di studi sul campo durante l’invasione di locuste della specie Schistocerca gregaria in Africa orientale del 2020, esperimenti di laboratorio e simulazioni in realtà virtuale, i ricercatori hanno scoperto che il coordinamento degli sciami non dipende dalla densità né da un allineamento esplicito tra gli individui. Al contrario, il movimento collettivo delle locuste sembra essere guidato da meccanismi molto più complessi, che coinvolgono i sensi (soprattutto la vista) e le funzioni cognitive.
Video degli esperimenti condotti dal team dell'Università di Costanza
La realtà virtuale svela nuove dinamiche
Utilizzando tecnologie avanzate di realtà virtuale 3D immersiva, all’Università di Costanza hanno ricreato sciami virtuali di locuste per osservare le interazioni di singoli esemplari a cui venivano proposti stimoli visivi controllati. Questo approccio innovativo ha permesso di testare rigorosamente ipotesi che sarebbero difficili da verificare in sciami naturali, offrendo una comprensione più profonda dei meccanismi che regolano il movimento collettivo di questi insetti.
Gli esperimenti hanno dato risultati sorprendenti: contrariamente ai modelli tradizionali basati sulla fisica teorica, le locuste non si limitano a seguire il movimento circostante come particelle auto-propulse, ma reagiscono selettivamente agli stimoli visivi coerenti e prendono decisioni direzionali basate su un’elaborazione cognitiva interna. Questo processo è mediato da una rete neurale (chiamata “attrattore ad anello”) che consente agli individui di rappresentare le direzioni dei vicini e di raggiungere un consenso interno sulla direzione del movimento.
Per esempio, in un esperimento di realtà virtuale, singole locuste sono state poste tra due sciami virtuali, entrambi in marcia nella stessa direzione. Secondo i modelli classici, gli insetti avrebbero dovuto seguire la corrente e muoversi nella direzione generale degli sciami. Tuttavia, i ricercatori hanno osservato che gli insetti si giravano verso uno sciame oppure l’altro e cercavano di raggiungere quello scelto, dimostrando una capacità decisionale autonoma piuttosto che un semplice allineamento passivo.
Un altro elemento fondamentale emerso dallo studio tedesco riguarda la densità del gruppo. Mentre i modelli tradizionali prevedevano che l’aumento della densità fosse il fattore chiave per la transizione dal caos al movimento ordinato, gli esperimenti hanno dimostrato che l’allineamento delle locuste avviene in risposta a segnali visivi coerenti, indipendentemente dalla densità. Quindi la qualità delle informazioni sembra vincere sulla quantità.
Cambio di paradigma e implicazioni più ampie
I risultati di questa nuova ricerca sfidano le ipotesi consolidate sul movimento collettivo e propongono un nuovo quadro cognitivo per spiegare come emerge l’ordine nei gruppi animali. Le locuste studiate non si muovono come semplici particelle, ma processano informazioni visive e prendono decisioni autonome.
La realtà virtuale si è rivelata uno strumento potente per indagare i comportamenti complessi degli sciami, aprendo nuove prospettive sia per la biologia che per applicazioni tecnologiche come il coordinamento dei veicoli a guida autonoma o la robotica degli sciami. Quest’ultima è una branca della robotica che studia gli insetti sociali (come formiche e api) per provare a costruire un gran numero di macchine semplici in grado di mostrare un comportamento collettivo complesso.
Inoltre, le implicazioni potrebbero allargarsi in diversi campi, poiché i principi cognitivi che regolano il movimento delle locuste potrebbero anche essere applicati alla progettazione di algoritmi per l’intelligenza artificiale. O ancora, comprendere meglio il comportamento degli sciami potrebbe aiutare a sviluppare strategie più efficaci per controllare le invasioni delle locuste, che ogni anno minacciano la sicurezza alimentare di milioni di persone.