Investigadores del Complexity Science Hub y el Instituto Santa Fe han desarrollado un modelo para calcular con qué rapidez o lentitud idealmente debería aprender un organismo en su entorno. Dicen que la tasa de aprendizaje ideal de un organismo depende del ritmo del cambio ambiental y de su ciclo de vida.
Cada día nos despertamos ante un mundo diferente y nos adaptamos a él. Las empresas enfrentan nuevos desafíos y competidores y se adaptan o quiebran. En biología, se trata de una cuestión de supervivencia: todos los organismos, desde las bacterias hasta las ballenas azules, enfrentan el desafío de adaptarse a entornos en constante cambio. Los animales deben aprender dónde buscar alimentos nutritivos, incluso cuando esas fuentes de alimento cambian con las estaciones. Sin embargo, aprender requiere tiempo y energía: un organismo que aprende demasiado lentamente se quedará atrás de los cambios ambientales, mientras que uno que aprende demasiado rápido desperdiciará esfuerzos tratando de rastrear fluctuaciones sin sentido.
El nuevo modelo matemático proporciona una respuesta cuantitativa a la pregunta: ¿Cuál es el ritmo óptimo de aprendizaje para un organismo en un mundo cambiante? «La idea clave es que la tasa de aprendizaje ideal aumenta de la misma manera independientemente del ritmo del cambio ambiental, ya sea que el organismo cambie su entorno o altere su interacción con él. Esto sugiere un fenómeno generalizable que puede ser la base del aprendizaje en una variedad de ecosistemas. «, afirma el postdoctorado de CSH Eddie Lee.
El modelo de los investigadores imagina un entorno que alterna entre diferentes estados, como estaciones húmedas y secas, a un ritmo característico. El organismo siente este estado ambiental y registra una memoria de los estados pasados. Pero los recuerdos más antiguos pierden importancia con el tiempo, a un ritmo que define la escala de tiempo de aprendizaje del organismo.
APRENDIZAJE EN LA RAÍZ CUADRADA DEL CAMBIO
¿Cuál es el calendario de aprendizaje óptimo para maximizar la adaptación al entorno? El modelo predice una ley universal: la escala de tiempo de aprendizaje debe escalar como la raíz cuadrada de la escala de tiempo ambiental.
Por ejemplo, si el entorno fluctúa dos veces más lentamente, la tasa de aprendizaje del organismo debería disminuir en un factor de 1,4 (la raíz cuadrada de 2). Esta escala de raíz cuadrada representa un compromiso óptimo entre aprender demasiado rápido y demasiado lento. Es importante destacar que una relación de raíz cuadrada indica que hay rendimientos decrecientes para la memoria más larga.
«El modelo también simula organismos que no sólo aprenden pasivamente, sino que pueden remodelar activamente su entorno, una capacidad llamada construcción de nichos», dice Lee, miembro ESPRIT del Fondo Austriaco para la Ciencia (FWF) en CSH. Si un organismo tiene poderes «estabilizadores» para hacer que su entorno sea más constante, obtiene una ventaja evolutiva. Sin embargo, esta ventaja sólo se produce si el organismo puede monopolizar los beneficios del entorno estable. Si los competidores aprovechados también explotan el nicho estabilizado, la estrategia de construcción del nicho se desmorona. Un ejemplo: los castores dan forma activamente a su entorno construyendo represas en los ríos y creando estanques estables que proporcionan hábitats para ellos y otras especies. Esta construcción les ofrece una importante ventaja evolutiva, ya que les garantiza un suministro constante de alimentos y protección contra los depredadores. Sin embargo, esta ventaja puede disminuir si otros organismos, como las ratas almizcleras o los peces, explotan los recursos del hábitat creado.
ARRIBA METABÓLICA PARA ANIMALES GRANDES
Finalmente, los investigadores evalúan cómo la capacidad de aprendizaje interactúa con los costos metabólicos de estar vivo, es decir, las demandas energéticas del cuerpo. Predicen que para criaturas pequeñas y de vida corta, como los insectos, los costos del aprendizaje y la memoria son primordiales. En cambio, en el caso de animales más grandes y longevos, como los mamíferos, los costes del aprendizaje quedan eclipsados por los gastos metabólicos.
Esto predice que los organismos pequeños y de vida corta tienen una memoria bien sintonizada para su entorno. «Por el contrario, los organismos más grandes, como los elefantes, tienen memorias más largas, pero el tiempo exacto que retienen la información puede tener más que ver con los costos no relacionados con el aprendizaje u otros tipos de entornos, como los grupos sociales, que imponen mayores demandas cognitivas», dice Lee. Por lo tanto, puede que no sea del todo apropiado burlarse de la bien afinada «memoria de una pulga».
El nuevo modelo ofrece un marco cuantitativo para comprender cómo los organismos equilibran las demandas competitivas del aprendizaje y otros imperativos de supervivencia en un mundo en constante cambio. Los resultados sugieren un ritmo óptimo de adaptación adaptado a la velocidad del cambio ambiental y la duración de la vida del organismo en todo el mundo viviente, desde los microbios hasta los humanos.
