Investigadores gallegos desarrollan un modelo matemático y un software que predicen la expansión de la avispa velutina

Francisco Javier Fernández, Fernando Adrián Fernández, Juan Nieto e Iván Area

Un equipo de investigadores de las universidades de Vigo y de Santiago de Compostela desarrollaron un modelo matemático y un software que predicen la expansión de la avispa velutina y que permiten analizar distintas estrategias de control de esta especie invasora.

Los resultados de su trabajo acaban de ser publicados en la revista internacional Nonlinear Analysis: Real World Applications en un artículo titulado Application of Stieltjes parabolic partial differential equations to the population dynamics of vespa velutina. Está firmado por los profesores Iván Area, miembro del Instituto de Física y Ciencias Aeroespaciales y de la Escuela de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio de la Universidad de Vigo; y por Francisco J. Fernández, Juan J. Nieto y Adrián F. Tojo, del Centro de Investigación y Tecnología Matemática de Galicia y de la Universidad de Santiago de Compostela.

En el trabajo se presenta un modelo matemático basado en ecuaciones diferenciales de Stieltjes para analizar la propagación de la avispa velutina. “Utilizando herramientas matemáticas de reciente desarrollo teórico, empleamos datos sobre la localización de nidos para predecir la localización de futuros nidos, comparando el modelo matemático con datos reales”, explican los autores del estudio. De este modo, detallan, “es posible analizar distintas estrategias de control que puedan permitir frenar la expansión de esta especie, con grandes consecuencias tanto ecológicas como a nivel económico”.

Atendiendo el ciclo vital de esta especie

Desde el punto de vista biológico, comentan los investigadores, esta especie tiene un ciclo vital en el que se distinguen distintos momentos: en febrero-marzo las reinas fundadoras emergen del estado de hibernación y en abril-mayo comienzan la construcción de un nuevo nido, realizando la primera puesta de huevos. Después de que las avispas obreras eclosionan, continúan construyendo el nido y alimentan el resto del nido. “Alrededor de septiembre nacen los machos y las nuevas reinas, que son fecundadas y se convierten en las futuras reinas fundadoras, que abandonan el nido a principios del otoño. Cuando llega el invierno, las reinas fundadoras buscan un refugio para hibernar, repitiendo el ciclo mencionado”, señalan.

De este modo, al tratarse de una especie con un ciclo vital con diferentes estados (que incluye momentos de hibernación y en los que se pueden observar distintos ‘saltos’), se formuló en el estudio realizado un problema parabólico con derivadas de Stieltjes, “que justamente permite analizar desde el punto de vista matemático este tipo de situaciones”. El equipo investigador explica que “la complejidad de los desarrollos teóricos y la mayor dificultad de las simulaciones numéricas fueron posibles gracias a trabajos previos en modelización de epidemias, como el ébola, el zika o más recientemente la pandemia de la covid-19”.

Igualmente, la idea propuesta en este trabajo de combinar datos del mundo real con un modelo matemático en tiempo real para crear un gemelo digital ya fue aplicada previamente por los autores de este trabajo durante la pandemia de la covid-19, donde, además de predecir la pandemia, también estimaban el número de camas de UCI necesarias. Según explica el equipo investigador de la UVigo y USC, “la ventaja de contar con un modelo que se pueda simular y actualizar en tiempo real, como un verdadero gemelo digital, para mejorar el propio modelo de expansión, es fundamental a la hora de realizar simulaciones para analizar dónde, cuando y como mejor aplicar diferentes estrategias de control para minimizar la propagación de esta especie invasora”.