A imagem de vacas pastando em um campo há muito evoca uma nostalgia romântica sobre o ritmo tranquilo da vida rural. Com uma inspeção mais detalhada, Contudo, pesquisadores reconheceram que o que parece ser um rebanho disperso aleatoriamente comendo grama pacificamente é na verdade um sistema complexo de indivíduos em um grupo enfrentando tensões diferentes. Uma equipe de matemáticos e um biólogo construiu agora um modelo matemático que incorpora uma função de custo ao comportamento desse rebanho para entender a dinâmica de tais sistemas.

A pesquisa de sistemas complexos examina como os sistemas exibem comportamentos além daqueles capazes de componentes individuais isolados. Este campo emergente pode ser usado para elucidar fenômenos observados em muitas outras disciplinas, incluindo biologia, Medicina, Engenharia, física e economia.

"A ciência de sistemas complexos busca entender não apenas os componentes isolados de um determinado sistema, mas como os componentes individuais interagem para produzir comportamento de grupo 'emergente', "disse Erik Bollt, diretor do Centro Clarkson de Ciência de Sistemas Complexos e professor de matemática e de engenharia elétrica e da computação.

Bollt conduziu o trabalho com sua equipe, de autoria principal do colega de pós-doutorado Kelum Gajamannage, que foi relatado esta semana no jornal Caos .

"Vacas pastando em um rebanho é um exemplo interessante de um sistema complexo, "disse Bollt." Uma vaca individual realiza três atividades principais ao longo de um dia normal. Ele come, fica parado enquanto realiza alguns processos digestivos, e então se deita para descansar. "

Embora este processo pareça bastante simples, há também um equilíbrio da dinâmica de grupo no trabalho.

"As vacas se movem e comem em rebanhos para se protegerem de predadores, "disse Bollt." Mas como eles comem em velocidades variadas, o rebanho pode seguir em frente antes que as vacas mais lentas terminem de comer. Isso deixa essas vacas menores enfrentando uma escolha difícil:continuar comendo em uma menor, grupo menos seguro, ou passe fome com o grupo maior. Se o conflito entre alimentar e manter um grupo se torna muito grande, pode ser vantajoso para alguns animais se dividirem em subgrupos com necessidades nutricionais semelhantes. "

Bollt e seus colegas incorporam uma função de custo em seu modelo para capturar essas tensões. Isso adiciona complexidade matemática ao seu trabalho, mas ficou claro que era necessário depois de discutir o comportamento das vacas com seu co-autor, Marian Dawkins, um biólogo com experiência em pesquisa de vacas.

"Algumas descobertas da simulação foram surpreendentes, "Bollt disse." Alguém poderia ter pensado que haveria dois grupos estáticos de vacas - os comedores rápidos e os comedores lentos - e que as vacas dentro de cada grupo realizavam suas atividades de forma sincronizada. Em vez disso, descobrimos que também havia vacas que iam e vinham entre os dois. "

"A principal causa é que este sistema complexo tem dois ritmos concorrentes, "Bollt também disse." O grupo de animais de grande porte tinha um ritmo mais rápido e o grupo de animais de pequeno porte tinha um ritmo mais lento. Para colocá-lo em contexto, uma vaca pode se encontrar em um grupo, e depois de algum tempo o grupo é muito rápido. Em seguida, ele passa para o grupo mais lento, que é muito lento, mas enquanto se move entre os dois grupos, a vaca se expõe mais ao perigo dos predadores, causando uma tensão entre a necessidade de alimentação da vaca e sua necessidade de segurança. "

O modelo existente e a função de custo podem ser usados ​​como base para estudar outros animais de pastoreio. No futuro, pode até haver espaço para incorporá-lo em estudos sobre o comportamento humano em grupos. "A função de custo é uma ferramenta poderosa para explorar os resultados em situações onde há tensões individuais e em nível de grupo em jogo, "disse Bollt.