El mundo vivo está lleno de ejemplos fascinantes de dinámicas colectivas, ya se trate de conjuntos muy visuales, como las bandadas de estorninos o los bancos de peces, o de fenómenos menos accesibles, como la sincronización de las neuronas resultante de sus interacciones mutuas. Desde hace varias décadas, la modelización matemática acompaña a equipos de biólogos especializados en etología, neurociencias o microbiología para comprender mejor las interacciones entre individuos que explican estos movimientos a escala del grupo entero, que en microbiología puede alcanzar varios cientos de miles de individuos. El mundo de las bacterias ofrece a la vez una gran diversidad de movimientos colectivos —ondas, ramificaciones, sincronización, etc.—, un conocimiento muy preciso de la genética y de la biología molecular y celular y, por último, una precisión formidable de los datos gracias a los recientes avances de la microscopía.
Examinemos el proceso de construcción de un modelo con un ejemplo: las ondas en poblaciones de bacterias Escherichia coli que se desplazan juntas por entornos heterogéneos, en busca de alimento y cohesión.
Un experimento célebre
--------------------------
En un artículo de 1966 publicado en la revista Science, el bioquímico estadounidense Julius Adler describe un experimento en el que una población de bacterias se desplaza en una banda compacta por un canal rectilíneo lleno de agua y nutrientes (véase más abajo). La densidad de población avanza a lo largo del canal a velocidad constante, como si una manifestación formada por un número muy grande de individuos subiera por una avenida. El «motor» de este desplazamiento colectivo se atribuye al fenómeno de la quimiotaxis, es decir, a la propensión de estas bacterias a seguir señales moleculares, por ejemplo de oxígeno o nutrientes. Este experimento se ha reproducido muchísimas veces y sigue sirviendo de base para comprender las dinámicas colectivas de las bacterias: cómo buscan nutrientes y cómo se comunican entre sí mediante señales químicas que se difunden en el medio. Además, este mismo experimento ha sustentado toda una vertiente de trabajos de modelización, análisis y simulaciones numéricas en la interfaz entre las matemáticas y la biología.
