- Equips del Centre d’Estudis Avançats de Blanes (CEAB-CSIC) i del Centre de Recerca Matemàtica (CRM) han modelat el col·lapse d’una població, la gavina corsa del Delta de l’Ebre, després de 40 anys d’observacions.
- El model s’ha ajustat fent servir algoritmes d’intel·ligència artificial, fet que ha permès demostrar que la dispersió de la població respon al fenomen de còpia social.
- L’estudi demostra i quantifica, per primera vegada, un tipping point social. Es tracta d’un punt d’inflexió generat com un allau social: a partir d’un llindar en el nombre de individus que dispersen, la gran majoria decideix fer el mateix per còpia social.
40 anys d’observacions de la població de gavina corsa (Ichthyaetus audouinii) realitzades per la Dra. Meritxell Genovart i el Dr. Daniel Oro del Centre d’Estudis Avançats de Blanes (CEAB-CSIC) han permès modelar per primera vegada el col·lapse d’una població amb dispersió per còpia social després d’una pertorbació a l’ecosistema.
El model matemàtic desenvolupat pel Prof. Lluís Alsedà i Dr. Josep Sardanyés del Centre de Recerca Matemàtica (CRM) en col·laboració amb l’equip científic del CEAB-CSIC i el Prof. Alan Hastings de la Universitat de Califòrnia Davis ha permès reproduir la dinàmica de la fugida i dispersió de la població de gavines corses a la Punta de la Banya (Delta de l’Ebre). Aquesta fugida i dispersió es va produir a arrel de l’arribada dels depredadors carnívors, principalment guineus.
El model matemàtic, que s’ha ajustat a les dades de camp fent servir algoritmes d’intel·ligència artificial, mostra que el mecanisme principal de dispersió de l’espècie és el de còpia social, fet que podria ser extrapolable a l’estudi d’altres espècies socials.
Primer conjunt de dades des de l’establiment de la població de gavina corsa
Des del 1981, un equip del CEAB-CSIC en col·laboració amb el Parc Natural del Delta de l’Ebre han fet un seguiment exhaustiu del nombre de gavines corses reproductores en aquest espai protegit. Aquestes dades són molt valuoses ja que registren el comportament de la població des de la colonització, la transició ràpida fins a convertir-se en la colònia més gran del mon, i finalment, al seu col·lapse, 40 anys més tard. La Punta de la Banya ha estat un indret de reproducció clau per estudiar les dinàmiques de la metapoblació de la espècie en tota la Mediterrània occidental, que inclou el 90% de la població mundial de l’espècie.
Durant la fase inicial, del 1981 al 1997, les gavines van trobar condicions de cria tan bones que el creixement poblacional va ser exponencial, gràcies a unes altíssimes taxes de fertilitat i immigració mai registrades abans, i la colònia va arribar a contenir fins al 73% de la població, un fet absolutament insòlit.
La segona fase es va iniciar amb l’arribada de les guineus a la colònia, que van venir atretes per la gran disponibilitat d’ocells colonials que criaven a la Banya, generant una pertorbació que va anar erosionant progressivament la qualitat de l’habitat. Aquesta espècie d’ocell colonial no disposa de cap mecanisme actiu de defensa davant dels depredadors terrestres i la única resposta que tenen és dispersar a altres zones de cria. Les gavines van seguir reproduint-se uns anys esperant que la situació es revertís i mentre tant van recollir informació sobre altres indrets on emigrar i criar, en cas necessari.
Després d’uns anys on les condicions de cria no van deixar d’empitjorar, es va produir una emigració en cascada fins acabar en el col·lapse de la població, que va passar en pocs anys a tenir només el 3% de la població mundial.
Un model matemàtic únic que descriu la dinàmica de la població de gavines corses
El Prof. Lluis Alsedà i el Dr. Josep Sardanyés, conjuntament amb el Prof. Daniel Oro, han elaborat un model matemàtic per descriure la dinàmica de la població de gavines. Utilitzant les dades de camp recollides per l’equip científic del CEAB-CSIC, van poder estudiar el creixement exponencial inicial de la població i trobar els paràmetres ecològics més rellevants responsables de la dinàmica observada a la Banya, estimant les taxes de reproducció, immigració, i competició (pel menjar i/o per les zones de nidificació) entre membres de la mateixa població.
El model matemàtic ha permès estimar la capacitat de càrrega de l’ecosistema de la Banya (com de bo és el lloc d’estudi per a albergar la població d’ocells degut a la disponibilitat d’aliment, condicions ambientals i espai), així com l’equilibri esperat de la població.
Amb l’arribada dels depredadors algunes gavines van començar a dispersar-se abans d’assolir l’equilibri poblacional predit pel model matemàtic. I és aquí a on apareix la novetat del model. L’equip ha pogut demostrar, modelitzant diferents termes de dispersió i aplicant mètodes d’intel·ligència artificial com els algoritmes genètics, que la dispersió de la població després de la pertorbació respon al fenomen de còpia social.
“Els organismes necessiten emmagatzemar informació per reduir la incertesa pròpia del seu entorn”, explica el Prof. Daniel Oro. “Aquesta informació s’adreça a optimitzar la cerca de recursos, com ara l’aliment o refugi davant els predadors. Tanmateix, els animals socials tenen un mecanisme propi modelat per la evolució que és tan extraordinàriament simple i efectiu que ha aparegut des dels bacteris fins als gran vertebrats, inclosa la nostra espècie: la còpia social. Quan ens enfrontem a una amenaça i no disposem de la informació necessària per prendre una decisió, el que fem és copiar el que fan els altres”.
(A)Dinàmica de poblacions de les gavines d’Adouin a la Punta de la Banya (Parc Natural del Delta de l’Ebre) des del 1981 fins al 2021. Al 1981 es va establir una subpoblació en aquest indret i aquesta va anar augmentat el seu nombre per reproducció i per la immigració d’altres zones properes. Aquest creixement es va aturar al 1997, quan alguns carnívors (sobretot guineus) van envair la zona. La presència dels depredadors va causar una pertorbació ambiental i les gavines van començar a dispersar-se cap a altres indrets propers. El col·lapse total es va produir entre 2006 al 2017. A partir del 2017, i gràcies a l’expulsió dels pocs depredadors que havien entrat, les gavines han començat a recolonitzar l’indret. Les dades representades amb punts negres corresponen als comptatge de la població de gavines, mentre que les línies contínues són l’ajust del model matemàtic introduït en aquest treball. Gràcies al model matemàtic hem pogut estimar els paràmetres d’interès ecològic i demostrar que la fugida de les gavines entre el 2006 i el 2017 va ser pel simple mecanisme de còpia social. (B) El model matemàtic ha permès quantificar la resposta de la dispersió en funció de la mida poblacional de gavines, identificant una resposta altament no lineal i un punt d’inflexió social, a partir del qual la dispersió s’accelera de manera molt marcada.
L’estudi descriu i quantifica, per primera vegada, un tipping point social
Actualment es parla sovint dels punts d’inflexió o tipping points dels ecosistemes, a partir dels quals la seva dinàmica pateix canvis grans que poden implicar extinció d’espècies i pèrdua de biodiversitat. Aquests canvis de règim, que s’han identificat en molts estudis teòrics i en sistemes reals, són moltes vegades irreversibles.
Aquest estudi presenta una novetat en el món de la ciència, el concepte de tipping point social, en aquest cas relacionat amb la dispersió dels ocells en funció de la mida poblacional. Aquest punt d’inflexió social implica que quan la dispersió afecta a un nombre llindar d’individus, la resta còpia aquest comportament com en un allau. Aquesta resposta abrupta, que en diem no-lineal, en la dispersió, va causar el col·lapse de la colònia en tan sols 12 anys.
El Dr. Sardanyés explica que: “Gràcies al model matemàtic hem pogut estimar els paràmetres ecològics de la població i demostrar que el mecanisme més important en la fugida de les gavines entre el 2006 i el 2017 va ser el de la còpia social. A més a més, el model ha permès, per primera vegada, quantificar un punt d’inflexió social (social tipping point) a la Natura en el context de les metapoblacions, que és un concepte ecològic molt important que té implicacions en la persistència de les espècies i en la gestió ambiental. Fins ara, la majoria de models de metapoblacions assumien que la dispersió era exponencial i augmentava amb la mida poblacional. Nosaltres hem determinat que en algunes espècies això no té perquè ser així. Així doncs, el nostre treball aporta informació molt valuosa per a fer models de metapoblacions per espècies socials que mostrin aquest tipus de comportament ”.
En un context de canvi global, entendre el col·lapse de les poblacions és fonamental
El resultat d’aquesta recerca també es podria generalitzar per estudiar els processos de pertorbació en ecosistemes estables i per respostes d’espècies socials a pertorbacions externes.
“Aquest tipus de procés s’assembla molt al que es registra en poblacions humanes sotmeses a una pertorbació severa al llarg del temps, com ara els conflictes bèl·lics”, diu el Prof. Daniel Oro, “i posa de manifest la transcendència d’un comportament tant senzill com la còpia social en les respostes inesperades de les poblacions, com ara els col·lapses”.
L’estudi mostra el paper que juga el comportament col·lectiu auto-organitzat en la dinàmica poblacional i en el col·lapse de les poblacions d’espècies socials.
“Aquest treball és el resultat de la intuïció d’un ecòleg (en Daniel Oro) sobre la importància de la còpia social en la dispersió d’una espècie colonial”, explica el Dr. Josep Sardanyés. “I també és un exemple de treball interdisciplinari, amb elements d’ecologia, estadística, intel·ligència artificial, sistemes dinàmics, i modelització matemàtica. La caracterització i la quantificació de la resposta en la dispersió en funció de la mida poblacional, que hem vist que és altament no lineal i que varia de manera no trivial, no s’hauria pogut obtenir sense utilitzar la modelització matemàtica”.
Referència:
D. Oro, Ll. Alsedà, A. Hastings, M. Genovart, J. Sardanyés. Social copying drives a tipping point for nonlinear population collapse. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 120(11), e2214055120 (2023) doi:10.1073/pnas.2214055120.
Contacte: Josep Sardanyés

CRM Comm Team
Anna Drou | Pau Varela
CRMComm@crm.cat
Eva Miranda to Deliver Prestigious Nachdiplom Lecture at ETH Zurich
Eva Miranda, a Full Professor at the Universitat Politècnica de Catalunya and affiliated researcher at CRM, has been invited to give a lecture in the Nachdiplom series at ETH Zurich. Her lecture, titled “Singular Symplectic Manifolds,” is scheduled for the fall of 2025 and is expected to delve into the intricacies of this complex topic, a subject she has extensively researched since 2009.
We Welcome 6 New Additions to the CRM Team
The Centre de Recerca Matemàtica (CRM) welcomes a dynamic group of members, including Jordi Castellví in Combinatorics, Mariona Fucho Rius as the new Scientific Comm Officer, Alexandre Garcia-Duran in Neuroscience, Pablo Nicolás in Algebra and Geometry, Amaia Vielba in Computational Biology, and Søren István Adorján Dyhr in fluid dynamics. Each brings a unique blend of expertise and interdisciplinary focus, enhancing CRM’s research landscape in mathematics and its applications.
Interview with Xavier Ros-Oton on Receiving the ERC Consolidator Grant
Xavier Ros Oton, ICREA Research Professor, Full Professor at the University of Barcelona, and affiliated researcher at CRM, has been awarded a Consolidator Grant by the European Research Council to develop a project on Partial Differential...
Bridging the Gap: Fostering Collaboration between Marine Research and Mathematics
The Centre de Recerca Matemàtica (CRM) and the Institut de Ciències del Mar (ICM) organised a 4-day event to explore new ways to collaborate both at the research and institutional levels.
Josep Sardanyés participa un any més al programa ESCOLAB
Josep Sardanyés, investigador principal del grup de Biologia Matemàtica i Computacional , va impartir una xerrada divulgativa sobre la teoria del caos a estudiants de tercer i quart d’ESO de l’Institut Pla Marcell (Cardedeu) amb el títol “Què és el caos?”.
El CRM obre les seves portes amb motiu de la Setmana de la Ciència
Durant la Setmana de la Ciència, el Centre de Recerca Matemàtica (CRM) va organitzar dues activitats de divulgació per destacar la interdisciplinarietat de la recerca matemàtica, amb una jornada de portes obertes amb xerrades sobre neurociència, la...
Doctoral INPhINIT Fellowships – Incoming Call 2024
The CRM is offering 9 positions as part of the INPhINIT Incoming Call 2024 granted by ''la Caixa'' Foundation.Application Deadline: 24 January 2024, 2 pm (Peninsular Spain time)The "la Caixa" Foundation is offering 30 doctoral fellowships for...
Álvaro Corral i Pere Puig parlen a Girona sobre com afrontar la incertesa dels fenòmens naturals i socials
Els investigadors del CRM Álvaro Corral i Pere Puig van impartir dues conferències en el marc del cicle Contemporàlia | Ciència de la Universitat de Girona, on van il·lustrar el poder de les matemàtiques per predir i analitzar fenòmens tan diversos...
The CRM Signs the CoARA Agreement
Expanding from earlier initiatives like the San Francisco Declaration on Research Assessment (DORA) or the Leiden Manifesto, CoARA widens its scope beyond a simple statement of purpose. It actively encourages organizations to pledge their commitment to overhaul their assessment methods within a defined time frame, spanning from 2022 to 2027.
A New Mathematical Model Helps Improve Fluid-based Contaminant Removal
A new article by Abel Valverde (Universitat Politècnica de Catalunya), Alba Cabrera-Codony (Universitat de Girona), Marc Calvo-Schwarzwalder (Zayed University) and Timothy G. Myers (Centre de Recerca Matemàtica), published by the International...
Matemàtiques per a la perfecta cocció de la carn
La Unitat de Transferència del Coneixement del CRM col·labora en un projecte que aplica models matemàtics per proporcionar un control en temps real per a la cocció de la carn, assegurant una cocció uniforme i al punt desitjat. A la cuina, com a la...
Axel Masó i Giovanni Dalmasso participen a la 🌒 Nit de la Recerca Europea
El Centre de Recerca Matemàtica va participar a la Nit de la Recerca Europea, un esdeveniment públic destinat a acostar la ciència i la investigació a públics de totes les edats i difondre la innovació d'una manera...