Cicale sciamanti, commercianti di borsa e la saggezza della folla

Questo rumoroso fenomeno si ripete in tutta la parte orientale e sud-orientale degli Stati Uniti, quando emergono 17 covate distinte in anni sfalsati. Nella primavera del 2024, si prevedono miliardi di cicale quando due diverse covate – una che appare ogni 13 anni e un’altra ogni 17 anni – emergeranno simultaneamente.

Precedenti ricerche avevano suggerito che le cicale emergono quando la temperatura del suolo raggiunge i 18°C, ma anche all’interno di una piccola area geografica, le differenze nell’esposizione al sole, nella copertura fogliare o nell’umidità possono portare a variazioni di temperatura.

Ora, in un articolo pubblicato sulla rivista Revisione fisica Ei ricercatori dell’Università di Cambridge hanno scoperto come sciami di cicale sincroni possano emergere nonostante queste differenze di temperatura.

I ricercatori hanno sviluppato un modello matematico per il processo decisionale in un ambiente con variazioni di temperatura e hanno scoperto che la comunicazione tra le ninfe delle cicale consente al gruppo di raggiungere un consenso sulla temperatura media locale che poi porta a sciami su larga scala. Il modello è strettamente correlato a quello che è stato utilizzato per descrivere le “valanghe” nei processi decisionali come quelle tra gli operatori del mercato azionario, che portano ai crolli.

I matematici sono rimasti affascinati dalla comparsa di cicli di 17 e 13 anni in varie specie di cicale e hanno precedentemente sviluppato modelli matematici che mostravano come la comparsa di numeri primi così grandi sia una conseguenza delle pressioni evolutive per evitare la predazione. Tuttavia, il meccanismo attraverso il quale gli sciami emergono in modo coerente in un dato anno non è stato compreso.

Nello sviluppare il loro modello, il team di Cambridge si è ispirato a ricerche precedenti sul processo decisionale che rappresentano ciascun membro di un gruppo mediante una “rotazione” simile a quella di un magnete, ma invece di puntare verso l’alto o verso il basso, i due stati rappresentano la decisione di “rimanere” o “emergere”.

La temperatura locale sperimentata dalle cicale è quindi come un campo magnetico che tende ad allineare le rotazioni e varia lentamente da luogo a luogo sulla scala di centinaia di metri, dalle cime soleggiate delle colline alle valli ombreggiate di una foresta. La comunicazione tra le ninfe vicine è rappresentata da un’interazione tra gli giri che porta all’accordo locale dei vicini.

I ricercatori hanno dimostrato che in presenza di tali interazioni gli sciami sono grandi e riempiono lo spazio, coinvolgendo ogni membro della popolazione in una gamma di ambienti a temperatura locale, a differenza del caso senza comunicazione in cui ogni ninfa è sola, rispondendo a ogni sottile variazione del microclima.

La ricerca è stata condotta dal Professor Raymond E Goldstein, dal Professore Alan Turing di Sistemi Fisici Complessi presso il Dipartimento di Matematica Applicata e Fisica Teorica (DAMTP), dal Professor Robert L Jack del DAMTP e dal Dipartimento di Chimica Yusuf Hamied, e dalla Dott.ssa Adriana I Pesci , un ricercatore associato senior in DAMTP.

“Per un matematico applicato, non c’è niente di più interessante che trovare un modello capace di spiegare il comportamento degli esseri viventi, anche nei casi più semplici”, ha detto Pesci.

I ricercatori affermano che, sebbene il loro modello non richieda alcun particolare mezzo di comunicazione tra le ninfe sotterranee, la segnalazione acustica è un candidato probabile, dati i suoni assordanti che gli sciami emettono una volta che emergono dal sottosuolo.

I ricercatori sperano che la loro congettura riguardo al ruolo della comunicazione stimoli la ricerca sul campo per verificare l’ipotesi.

“Se la nostra congettura secondo cui la comunicazione tra le ninfe gioca un ruolo nell’emergenza dello sciame fosse confermata, fornirebbe un esempio lampante di come l’evoluzione darwiniana possa agire a beneficio del gruppo, non solo dell’individuo”, ha detto Goldstein.

Questo lavoro è stato sostenuto in parte dal Complex Physical Systems Fund.