FÍSICA

Cómo usar las matemáticas para frenar invasiones

Analizando el comportamiento de las especies invasoras, un equipo ha hallado posibles vías para que su propia evolución las detenga.

La invasión de sapos de caña es un problema en Australia
La invasión de sapos de caña es un problema en Australia Wikimedia Commons

Los organismos que intentan continuamente extenderse por nuevos territorios, como las células cancerígenas o las malas hierbas invasivas, parece que consiguen una dispersión acelerada, una dispersión que les proporciona un suministro constante de nuevos recursos. Pero el bioinformático de la Universidad de Boston Kirill Korolev argumenta en un artículo publicado en Physical Review Letters que las invasiones espaciales pueden ralentizarse, e incluso detenerse completamente, dependiendo del grado de cooperación entre los invasores. Los resultados de este estudio podrían ayudar a los investigadores a combatir las invasiones biológicas, como las plagas de la agricultura o los tumores malignos.

Han analizado los organismos invasivos con métodos matemáticos

Las especies invasoras que se dispersan rápida y extensivamente en un huésped o en un área se ven  beneficiadas por condiciones favorables (nuevos recursos, nuevos hábitats y una competencia reducida entre los individuos de la especie) que, a su vez, promueven una dispersión aún más rápida. Esta supervivencia del más apto y el más rápido se ha observado repetidamente en la naturaleza; casos famosos son la invasión de los sapos de caña en el noreste de Australia y la proliferación de cerdos domésticos asilvestrados (razorbacks) en distintos países, incluido España.

Sin embargo, y en contra de lo que cabría esperar, los datos observacionales y los resultados teóricos apuntan a que la selección que favorece una dispersión rápida y extensa se ve limitada a organismos que funcionan de manera no cooperativa, esto es, que cada individuo va, a efectos prácticos, por libre.

Por otra parte, la cooperación es algo común. Las células cancerígenas reciben factores de crecimiento (proteínas) unas de otras y los lobos dependen de la manada para la caza cooperativa y la defensa frente a depredadores. Con todo, los grupos cooperativos se ven sometidos a fuerzas contrapuestas: necesitan un mínimo de densidad de población para sobrevivir (umbral de Allee) pero, con recursos limitados, no pueden ser muy numerosos. Por tanto el comportamiento invasivo de especie cooperativas es complejo y está poco estudiado.

En la invasión cada individuo va, a efectos prácticos, por libre

Esto es lo que ha hecho Korolev precisamente: estudiar organismos invasivos que son cooperativos usando métodos matemáticos y simulaciones por ordenador. Y ha encontrado que si una especie muy cooperativa se dispersa demasiado rápido puede terminar con la muerte frecuente de sus individuos, ya que la densidad de éstos disminuye por debajo umbral de Allee. De hecho, un resultado similar se obtiene si se realizan las simulaciones con múltiples mutaciones de un gen que surge en la población y que hace que la expansión sea más rápida: si la especie es cooperativa la evolución darwiniana termina consiguiendo que la especie deje de expandirse.

Podría existir una vía para que la selección natural frene las metástasis

La capacidad para desacelerar o incluso parar las invasiones de nuevos espacios podría ser algo muy útil. Por ejemplo, si los investigadores pudiesen intervenir en la bioquímica de las células tumorales de forma que aumentase el umbral de Allee, la selección natural podría parar las metástasis. Esto podría ser más efectivo que matar células cancerígenas con quimioterapia que puede inducir resistencia al fármaco. Otro ejemplo, este sí llevado a cabo contra un insecto invasor (la polilla gitana asiática), y que consiguió eliminar los insectos de las zonas de baja densidad, empleó feromonas artificiales que evitaron que los machos encontrasen a las hembras (una forma de aumentar el umbral de Allee).   

Estos resultados enfatizan la necesidad de investigar no solo a los organismos aislados sino también a los mecanismos que emplean para extenderse, para poder actuar sobre ellos.

Referencia: Kirill Korolev (2015) Evolution Arrests Invasions of Cooperative Populations Phys Rev. Lett. DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.208104

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de laCátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.


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