Matemáticas y ritmos de vida | Ciencias y Matemáticas


Tiago Pereira da Silva *

Al anochecer en el sudeste asiático, los viajeros pueden ver un espectáculo completamente gratis. En la pista, en la jerga paulista. Miles de luciérnagas encienden y apagan juntas sus lucecitas, creando un concierto verdaderamente maravilloso.

Bueno, en realidad, es un poco como la samba de São Paulo: algunas luciérnagas no están sincronizadas, pero el hecho de que miles de ellas parpadeen juntas parece mágico. Este fenómeno es bien conocido y desde hace más de 300 años atrae a viajeros de todo el mundo.

Pero, ¿por qué montones de agua estos insectos empiezan a parpadear juntos si cuando se separan cada uno tiene su propio ritmo de parpadeo?

Curiosamente, durante mucho tiempo la explicación de este fenómeno fue que este sincronismo entre luciérnagas no existe. De alguna manera nuestro cerebro quiere ver orden donde no hay orden. Cuando parpadeamos, creamos la sensación de sincronía. Esta fue en realidad la explicación del fenómeno ofrecida por Philippe Laurent, en 1917, en la revista Science.

Estaba hablando con un buen amigo mío en Holanda que le tomó 50 años a la gente entender realmente lo que estaba pasando. Pobrecito, eran las 10 de la noche aquí en São Paulo, las 3 de la mañana en Amsterdam. Y todavía estaba lleno de energía y dijo que prefería trabajar toda la noche. Nuestra conversación luego cambió a diferentes ritmos de trabajo. Pero poco sabía él que el tema seguía siendo el mismo. ¿Como asi? Supongo que te preguntarás qué tiene que ver la conversación sobre luciérnagas con los ritmos de las personas y con el sueño y el despertar.

Vamos allá. Nuestro ritmo básico de despertar y dormir se llama ritmo circadiano. Por ejemplo: nos levantamos a las 6:00 am, almorzamos al mediodía, cenamos a las 7:00 pm (aunque los franceses y españoles no están de acuerdo), ya las 10:00 pm contamos ovejitas. Al día siguiente, voilá, todo se repite.

Bueno, más o menos. Quizás duermas un poco más gracias a una cerveza la noche anterior. Aún así, ¿por qué nuestro ritmo circadiano es tan robusto?

¡Pues bien! Es el año 1972, el mes de febrero y el 14. El geólogo francés Michel Siffre vería la luz del sol por última vez en los próximos seis meses. Estaba entrando en una cueva en Texas y estaría totalmente aislado sin acceso a la luz ni a la influencia exterior. En otras palabras, las cosas que afectan nuestro sueño y nuestro despertar, como el correo electrónico del jefe todo el tiempo, no serían un problema durante los próximos seis meses.

Y Siffre no lo hizo debido a una pandemia de coronavirus o para tomar un descanso de la relación. No. El aislamiento fue planeado y el geólogo francés fue ayudado por la NASA y su equipo de investigadores. El francés estaba siendo su propio “hámster humano” en un experimento para medir cómo la falta de influencias externas afecta nuestra vida diaria, como dormir, despertar y el clásico “tengo hambre porque ya es mediodía”.

Otro amigo mío dice que se enferma si no come entre el mediodía y la 1 de la tarde. Un dato curioso, como mínimo, digno de ser tratado … Pero ¿por qué al mediodía? ¿Qué tiene de especial este momento mágico? Siffre nos traería respuestas.

Los resultados del experimento y los datos recopilados por Siffre son fascinantes. Durante los primeros meses, Siffre vivió el “día” de las 26 horas. ¿Qué? Aquí vamos: esto significa que el primer día se despertó a las 06:00 y almorzó al mediodía. En el segundo, se despertó a las 8 de la mañana y almorzó a las 2 de la tarde, y así sucesivamente; ahora mismo mi amigo que solo almuerza al mediodía debe estar triste.

Ocurrió algo más interesante. Durante algunas otras semanas, pasó la noche despierto y luego durmió durante casi 15 horas, el doble de lo que estaba acostumbrado. En este punto, los datos mostraron un hecho sorprendente: el ritmo del sueño de Siffre no estaba sincronizado con las fluctuaciones de la temperatura corporal.

Espera, ¿a qué te refieres? ¿Fluctuación de la temperatura corporal?

Eso mismo. Yo tampoco sabía esto hasta hace un tiempo. Nuestro cuerpo no tiene

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Temperatura constante 36,5 ° Celsius todo el día. Su temperatura corporal desciende un poco antes de irse a dormir y aumenta antes de despertarse.

Bueno, no en el caso de Siffre. De hecho, el experimento demostró que los humanos tenemos dos ritmos circadianos, el sueño y la temperatura. No sería de extrañar que dijera que, en este tipo de experimentos, el estímulo externo se toma de animales para el estudio de los ritmos circadianos. Y, de hecho, las especies no tienen un ritmo de 24 horas. Algunas tienen una “jornada” de 22 horas y otras de 26 horas.

Entonces, ¿cómo se adapta nuestro ritmo circadiano a un estímulo externo, como la luz solar, y finalmente se sincroniza con ese estímulo? Bueno, también las luciérnagas del sudeste asiático. Cuando se mide en el laboratorio, cada luciérnaga tiene su propio ritmo para encender las luces. Pero, en un grupo numeroso, sincronizan sus ritmos para darnos un espectáculo.

Aquí algunas advertencias son importantes. Si su hijo es un adolescente que duerme 15 horas al día, es poco probable que no esté sincronizado con el ritmo solar. Y si tu suegra o amiga solo almuerza a la misma hora, piensa que un experimento que se lleve Netflix, WhatsApp, correos electrónicos y luz solar puede ser muy instructivo.

Un punto fascinante es por qué problemas tan diferentes como la sincronización de los parpadeos de luciérnagas, los ritmos circadianos y miles de neuronas que causan la epilepsia y el Parkinson tienen las mismas matemáticas.

¡No lo leíste mal! Además de la sincronización de luciérnagas y ritmos circadianos, algunas patologías también están asociadas con la transición a la sincronía. La sincronización es el fenómeno no lineal más antiguo de la ciencia moderna. No lineal aquí significa que comprender las partes no ayuda a comprender el todo. El primer investigador en describirlo fue Huygens en 1673. Tenga en cuenta que esto fue 14 años antes del libro de Newton sobre las leyes matemáticas de la naturaleza.

Pero se necesitarían otros 300 años para desarrollar las matemáticas lo suficientemente maduras para describir el problema del surgimiento del sincronismo. Y finalmente un spoiler: la sincronización de luciérnagas no es un efecto psicológico. Estos insectos realmente adaptan sus ritmos siguiendo una ecuación matemática que incluso les permite predecir cuál será el ritmo colectivo. La misma matemática que explica la adaptación de los ritmos circadianos. Y parte de las matemáticas necesarias para comprender el fenómeno de la sincronización se hizo aquí en Brasil.

* El matemático Tiago Pereira da Silva es miembro afiliado de la Academia Brasileña de Ciencias y profesor de la Universidad de São Paulo (USP). Tiene un doctorado en dinámica no lineal de la Universidad de Potsdam, Alemania, y centra su trabajo en sistemas dinámicos y comportamiento colectivo. Participó en proyectos pandémicos como ModCovid19, que desarrolló un modelo con un mecanismo de control matemático que simula el tiempo y tipo de distanciamiento social a aplicar en diferentes ciudades, manteniendo las particularidades de cada una, según la situación de la enfermedad en ellas.

Ya ha recibido distinciones como el Serrapilheira Institute Award, en 2018. Es miembro de la Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM), en Estados Unidos, y de la Brazilian Society of Applied and Computational Mathematics (SBMAC).

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