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Irene e Andrea, una premiata ditta (di fisici) che studia il valzer dei moscerini

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Irene e Andrea, una premiata ditta (di fisici) che studia il valzer dei moscerini

Di Ombretta Grasso

Prima fu l’incanto. Poi la scienza. «Eravamo affascinati dalle bellissime manifestazioni di stormi in volo, dalle danze che disegnano in cielo al tramonto. Ci siamo chiesti come facessero a coordinarsi in modo così sorprendente, a non avere mai una collisione, a volare tutti nella stessa direzione». Perfette coreografie che ipnotizzano, i voli degli storni, la loro magica capacità di muoversi all’unisono e di propagare le informazioni in gruppi di migliaia di uccelli sono al centro delle ricerche di una geniale coppia di studiosi, la catanese Irene Giardina, professoressa associata presso il Dipartimento di Fisica della Sapienza di Roma, e Andrea Cavagna, dirigente di ricerca dell’Istituto dei Sistemi Complessi del Cnr, che negli ultimi anni ha studiato il valzer dei moscerini, i ghirigori delle zanzare ma soprattutto le evoluzioni degli storni.

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Insieme nella vita e nel lavoro, la coppia - due figli e numerose pubblicazioni insieme - ha appena ricevuto il Max Delbruck Prize in Biological Physics, il premio più prestigioso nella fisica dei sistemi biologici, per aver scoperto alcuni dei meccanismi fondamentali del comportamento collettivo nei gruppi animali. I primi italiani, o meglio, i primi non statunitensi, a ottenerlo. La motivazione sottolinea «l’incisiva combinazione di osservazione, analisi e teoria nel chiarire gli affascinanti problemi di fisica statistica alla base del comportamento collettivo dei sistemi naturali, quali gli stormi di uccelli e gli sciami di insetti». Gli storni aprono disegni d’infinito e osservati con gli occhi della scienza rivelano molte sorprese. «Da fisici teorici ci occupavamo di materia condensata, atomi o molecole che interagiscono dando luogo a formazioni complesse – spiega la prof. Giardina - Abbiamo applicato un approccio di meccanica statistica a gruppi di animali, tante entità individuali che interagiscono tra di loro e danno origine a un comportamento collettivo, per cercare di comprendere quali siano le regole che gli individui devono seguire per avere questo comportamento e come possiamo descriverlo e quantificarlo».

Coreografie ricostruite passo dopo passo grazie alla fisica statistica attraverso un approccio innovativo. «Appollaiati sul tetto del Museo di Palazzo Massimo a Roma per anni, con tre diverse telecamere, abbiamo fatto riprese degli stormi in volo trasformandole in traiettorie 3D per raccogliere dati – prosegue il prof. Cavagna - Esistevano già moltissimi modelli e teorie, ma senza dati sperimentali con cui confrontarsi. Gli esperimenti precedenti riguardavano gruppi di sette - dieci animali, noi abbiamo sviluppato tecniche in grado di fare esperimenti su gruppi anche di cinquemila uccelli. Questo ci ha consentito di raccogliere dati importanti per sviluppare modelli basati non semplicemente sull’osservazione qualitativa, ma quantitativa. E determinare la posizione e la velocità di ogni singolo individuo e la sua interazione con gli altri».

04 e per i primi tre anni non abbiamo pubblicato nulla: li abbiamo passati tutte le sere sul tetto per ottenere i dati. Oggi non avrei più la fibra per farlo…», sorride Cavagna. Da quella massa di dati molte informazioni. «In uno stormo ogni individuo cerca di allineare il proprio volo a quello dei vicini, è un meccanismo imitativo di coordinazione locale ma conduce a una coordinazione collettiva – spiega Irene Giardina – Ed è un meccanismo indipendente dalle distanze degli uccelli nello spazio, ma dipendente dal loro ordine di vicinanza. L’aspetto interessante è che è un processo autogenerato: non c’è un uccello leader che guida il gruppo, l’ordine è autogenerato dalle interazioni locali tra gli individui». «Si pensava che la forza sociale fra gli animali decadesse con l’aumentare della distanza, noi abbiamo trovato una situazione diversa – interviene Cavagna - un singolo individuo non interagisce con tutti gli altri ma con sette-otto uccelli. Non importa la distanza, tengono sotto controllo un numero fisso di vicini. Ci siamo chiesti come facciano migliaia di uccelli a coordinarsi in questa maniera fantastica interagendo soltanto con sette-otto vicini per volta. Il segreto di questo miracolo è la correlazione, un trasferimento indiretto di comunicazione, una sorta di telefono senza fili: si parla solo con il vicino ma si propaga a tutti. La cosa più sorprendente? Che le equazioni matematiche che usiamo per descrivere questi sistemi sono le stesse per l’elio superfluido».

«Abbiamo indagato il meccanismo dinamico di questo adattamento ai vicini, per spiegare che cos’è che li mette in grado di coordinarsi in maniera così rapida ed efficace su larga scala, lo stormo riesce a mantenere la coesione anche quando si espande e si contrae o quando viene attaccato da un predatore», aggiunge la Giardina. “Stormi di uccelli neri come esuli pensieri nel vespero migrar”, cantava Carducci. «La funzione di queste danze in cielo è molto dibattuta dai biologi, un’ipotesi è che facciano queste evoluzioni per attirare altri gruppi e segnalare la presenza dei dormitori sugli alberi». Uccelli, insetti, pesci, mammiferi, anche gli esseri umani hanno comportamenti collettivi. «Tanti studi in questo campo, ma non fatti dal nostro gruppo – replica Cavagna – Alcuni ricercatori studiano le onde di panico per capire i prodromi del tipo di eventi che si possono verificare, per esempio, nel pellegrinaggio alla Mecca». «C’è un grande interesse multidisciplinare, per esempio nella robotica, sui meccanismi collettivi - aggiunge Giardina - un archetipo del “controllo distribuito”, cioè un sistema per controllare un gruppo generato all’interno del gruppo stesso».

Fondatori nel 2005 del Cobbs lab (Collective Behaviour in Biological Systems), presso il Dipartimento di Fisica della Sapienza, con circa quindi ricercatori, i loro progetti sono finanziati dall’European Research Council. Sono laureati in Fisica, Giardina a Pavia, Cavagna alla Statale di Milano con tesi alla Sissa di Trieste, per entrambi un dottorato a Roma con Giorgio Parisi - tra i fisici italiani più stimati nel mondo, presidente dell’accademia dei Lincei, in questi giorni protagonista della cronaca per i suoi interventi sul Covid – e anni di studi all’estero: Oxford, Parigi e Manchester. Cervelli in fuga rientrati in Italia nel 2001. «Dal punto di vista scientifico abbiamo trovato grande entusiasmo, ma all’inizio anche molta instabilità sulle posizioni - racconta Giardina - All’estero ci sono più fondi e la possibilità di una carriera più rapida. In questi anni ci sono stati tentativi di migliorare queste problematiche, ma il numero di ricercatori e la percentuale del Pil dedicata alla ricerca sono ancora tra i più bassi in Europa. L’Italia forma molto bene i giovani ricercatori ma non riesce a trattenerli o a richiamarli dall’estero». E anche la coppia nel 2014 è stata tentata di trasferirsi negli Usa «dopo la proposta allettante di una università». Per le donne è ancora più difficile? «Un problema complesso e delicato. I numeri sono ancora bassi, e l’asimmetria nella distribuzione di genere aumenta man mano che si cresce nella gerarchia accademica. Bisogna continuare a promuovere lo studio delle materie scientifiche tra le ragazze».

Un percorso lungo in cui i momenti più belli «sono quelli in cui abbiamo capito di aver trovato qualcosa di interessante». Il futuro? Scienza e poesia ancora a braccetto: in volo tra le spettacolari acrobazie dei democratici storni.

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