Escoltar

Dades massives o Big Data per estudiar la mobilitat d'animals marins i les malalties

La tesi doctoral de Jorge P. Rodríguez García analitza la mobilitat utilitzant dades empíriques i el modelatge de processos en xarxes

La mobilitat facilita la ràpida difusió d'idees, innovacions o ajuda, però també suposa un desafiament amb un doble vessant: trobar les formes més eficients per fer els desplaçaments, així com analitzar com el moviment pot reforçar processos no desitjats com la propagació de malalties. Per abordar aquests desafiaments, cal tant incrementar la potència en l'anàlisi de dades empíriques, cada vegada més abundants en el context de les dades massives, com estudiar models que reprodueixin dinàmiques com la propagació de malalties, per augmentar la nostra capacitat de control i predicció.

En la tesi doctoral de Jorge P. Rodríguez García, realitzada a l'Institut de Física Interdisciplinària i Sistemes Complexos (IFISC, CSIC-UIB) i defensada a la Universitat de les Illes Balears, s'estudia la mobilitat sota l'esperit d'aquests dos desafiaments, des de l'anàlisi de dades empíriques fins a la modelització de processos en xarxes de mobilitat.

Històricament, els investigadors de moviment animal, especialment en el cas d'animals marins, han fet esforços encomiables per desenvolupar els seus estudis utilitzant petits conjunts de dades, perquè recollir-les era car en termes de recursos humans i dispositius. No obstant això, el desenvolupament de nous transmissors, més lleugers i barats, accelera la presa de dades i condueix a una major disponibilitat d’aquestes.

Com es mouen els animals marins?


En aquest context, mitjançant col·laboracions interdisciplinàries s'ha analitzat el moviment d'animals marins, dins la col·laboració Marine Megafauna Movement Analytical Program (https://mmmap.wordpress.com). En primer lloc, estudiam el cas dels elefants marins del sud, i mostram que els elefants marins es mouen de forma aleatòria i erràtica a les zones visitades més freqüentment, mentre que realitzen moviments més rectilinis i a grans velocitats als corredors que comuniquen aquestes zones, utilitzant la memòria per guiar-se en migracions de l'ordre de milers de quilòmetres. De fet, es pot observar com alguns individus mostren una migració a través de trams similars als de migracions realitzades amb una anterioritat de diversos mesos.

A continuació, s’ha analitzat el moviment de cinquanta espècies marines i s’han cercat les variables que expliquen per què els animals es mouen d'una manera o d’una altra. Per exemple, donada la massa, o la zona en la qual un individu es mou, o algunes característiques com si la seva espècie és social, la nostra pregunta és quines d'aquestes variables estan relacionades amb el moviment observat.

El resultat principal és que una part important del comportament observat està associada al lloc en el qual els animals es mouen, de manera que a la costa despleguen un moviment més sinuós i amb unes velocitats àmpliament variables, mentre que a l'oceà obert es mouen amb una velocitat constant i en línia recta. Tenint en compte que la costa representa un ecosistema canviant a causa de l'impacte de les activitats humanes, aquest resultat ens transmet dues conclusions: d'una banda, l'adaptabilitat dels animals, que poden modificar el seu règim de comportament segons el lloc en el qual es troben; i, de l'altra, el perill de perdre patrons de comportament que poden ser clau per a les espècies a causa del canvi als hàbitats costaners.

Hi ha una velocitat òptima per a la transmissió de malalties?

La segona part de la tesi de Jorge P. Rodríguez analitza processos dinàmics i models de mobilitat. Avui dia, els transports tenen un paper fonamental en la propagació de malalties a escala global i permeten als patògens viatjar milers de quilòmetres en poques hores. Aquest risc requereix la formulació de models simples que revelin els mecanismes de propagació de malalties a través del moviment dels portadors.

Mitjançant un model abstracte, es mostra com, contra la intuïció, hi ha alguns casos en els quals, si els subjectes es mouen lentament, una malaltia infectarà menys individus que si no es mouen. Aquest resultat mostra com hi ha una velocitat òptima per a la qual les malalties afecten el mínim nombre de subjectes. A més, s'utilitzen dades reals sobre quins individus estan en contacte en un hospital i en quin moment, per descriure el procés de transmissió d'infeccions nosocomials. Els resultats mostren que la presència de menys contactes a la nit i la repetició del mateix contacte (per exemple, un metge i un infermer del mateix equip estan en contacte molt freqüentment), afavoreixen l'aparició de canvis bruscs en el sistema, que es tradueixen en el fet que una petita modificació (per exemple, un canvi de temperatura) pot donar lloc a un canvi no gradual en el nombre d'afectats.

Referència bibliogràfica

  • Rodríguez, J. P., Fernández-Gracia, J., Thums, M., et al. (2017). Big data analyses reveal patterns and drivers of the movements of southern elephant seals. Scientific Reports, 7(1), 112.
  • Rodríguez, J. P., Ghanbarnejad, F., Eguíluz, V. M. (2017). Risk of coinfection outbreaks in temporal networks: A case study of a hospital contact network. Frontiers in Physics, 5, 46.
  • Sequeira, A. M., Rodríguez, J. P., Eguíluz, V. M., et al. (2018). Convergence of marine megafauna movement patterns in coastal and open oceans. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(12), 3072-3077.

Fitxa de la tesi doctoral

  • Títol: The complexity of movement: empirical data analysis and modelling of dynamical processes
  • Autor: Jorge Pablo Rodríguez García
  • Programa de doctorat: Física
  • Director: Víctor Martínez Eguiluz 

Data de publicació: 14/11/2018