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Geometría fractal para descifrar los mensajes ocultos del plumaje

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Geometría fractal para descifrar los mensajes ocultos del plumaje

El patrón corporal de color juega un papel fundamental en la vida de los animales, ya sea camuflándolos frente a  depredadores o presas, o por el contrario, haciéndolos llamativos y bien visibles para llamar la atención de potenciales parejas o disuadir a posibles competidores.

En las últimas décadas se han hecho grandes avances en el estudio de la función y evolución de muchas de estas coloraciones. La inmensa mayoría de esos trabajos se han centrado en las características del color (tono, saturación) o en el tamaño de la zona coloreada. Sin embargo, en muchas ocasiones los patrones de color de los animales consisten en marcas y diseños que varían no sólo en su color o tamaño, sino sobre todo en su forma y distribución a lo largo del cuerpo. Escamas, pelo y plumas a menudo están pigmentados y dispuestos de tal forma que dan lugar a diseños moteados, a rayas o con formas irregulares, pero su función apenas es conocida. Esto se debe en buena medida a la imposibilidad de describir dichos patrones de forma objetiva y capturar su variabilidad de manera lo suficientemente precisa como para poder estudiarlos.

 Geometría fractal para describir patrones complejos

¿Cómo podríamos describir y cuantificar estos patrones complejos?¿Existe algún tipo de información biológica codificada en ellos? Si es así ¿cómo podríamos descifrarla? Para tratar de responder a este tipo de preguntas, hemos recurrido a un campo que, en un principio, podría parecer bastante ajeno a la biología animal: la geometría fractal. La geometría fractal es una rama de las matemáticas que se estudia los fractales, objetos matemáticos que son demasiado irregulares y complejos como para ser descritos por la geometría Euclídea convencional. Otro rasgo característico de los fractales es que son autosimilares, es decir, que su forma se repite infinitamente, sea cual sea la escala a la que se observen. Los fractales han ganado popularidad en las últimas décadas entre el gran público debido a la belleza de sus representaciones gráficas, que a menudo transmiten una sensación mezcla de caos y orden.

Más allá del interés puramente matemático de la geometría fractal, muchos fenómenos y objetos naturales, como la forma de línea costera, la estructura del paisaje o el desarrollo de las raíces de una planta, pueden cuantificarse mediante su dimensión fractal, que es una de las herramientas empleada para describir los fractales. ¿Podría la dimensión fractal del diseño de color de un animal desenmascarar algún tipo de información contenida en este? Para explorar esta cuestión, usamos como modelo de estudio una especie de ave muy común en la península ibérica: la perdiz roja (Alectoris rufa). Tanto machos como hembras de perdiz roja muestran en su plumaje un llamativo babero negro que se extiende desde la garganta hasta la parte superior del pecho. La forma de este babero, que combina regiones completamente pigmentadas con otras moteadas, es extremadamente variable entre individuos, pero resulta difícil de describir con herramientas convencionales.

En una primera aproximación observacional, encontramos que la dimensión fractal del babero se relacionaba positivamente con la condición física y la inmunocompetencia del individuo. En una segunda fase, manipulamos experimentalmente la condición física de algunas aves durante la muda, mientras que otras se alimentaron sin restricción. Al final del verano, cuantificamos la dimensión fractal del babero de todas las perdices del estudio y encontramos que aquellas cuya condición física había sido mermada habían desarrollado unos baberos significativamente menores al resto. De esta forma demostramos la existencia de un vínculo causal entre condición física y la dimensión fractal de este ornamento del plumaje.

 ¿Una visión fractal de la belleza?

 Aunque este estudio se ha realizado en aves, abre un amplio abanico de posibilidades para el estudio de las coloraciones y los diseños complejos en prácticamente cualquier especie animal. Una de las virtudes de la geometría fractal es su capacidad para capturar la variabilidad en forma y complejidad a diferentes escalas, lo cual encaja perfectamente con la forma en que se crea cualquier diseño animal: una suma de procesos fisiológicos coordinados a varias escalas, desde la síntesis de los pigmentos en las células, pasando por su acumulación en pelo, plumas o escamas, hasta la disposición de estos últimos en el cuerpo para crear la apariencia final del animal. Cualquier alteración de esta cadena de procesos (como la producida por la merma nutricional de nuestro experimento) se podría traducir en una alteración de la dimensión fractal del diseño final que delataría a los individuos de menor calidad.

En cierto modo, podríamos decir que existe información biológica sobre los individuos en sus patrones de color, y que esta se encuentra cifrada en un “código fractal”. Pero, ¿hasta qué punto pueden los animales descifrar ese código? Hasta la fecha, ningún estudio ha puesto a prueba la capacidad de los animales para detectar o no la dimensión fractal de los patrones de color. Sin embargo, existen evidencias de que los humanos somos capaces de detectar la dimensión fractal de imágenes, ya sean representaciones reales o abstractas, lo que influye en nuestras preferencias y criterios de belleza. Estudios futuros deberán determinar la capacidad de especies de distintos grupos taxonómicos para percibir la dimensión fractal de sus patrones, así como sus posibles preferencias o no hacia ellos.

 

Los resultados de este estudio acaban de ser publicados en la revista Proceedings of the Royal Society B, en un artículo firmado por: Lorenzo Pérez-Rodríguez, Roger Jovani, Francois Mougeot, titulado " Fractal geometry of a complex plumage trait reveals bird´s quality". El PDF puede descargarse en el panel izquierdo de esta página.

 

Imágenes

  • Variabilidad en el patrón del babero en la perdiz roja (Alectoris rufa) (Foto: L....
  • Fractal de Mandelbrot (Imagen: Wolfgang Beyer)
  • Fractal generado por ordenador (Imagen: Wolfgang Beyer)
  • Fractal generado por ordenador (Imagen: Wolfgang Beyer)
  • Perdiz roja mostrando su babero negro (Foto: Rafael Palomo)
  • Medición de la dimensión fractal del babero (Foto: Lorenzo Pérez-Rodríguez)