Un famoso ecólogo congoleño pillado in fraganti por plagiar multitud de artículos científicos

En agosto de 2011, un ecólogo holandés llamado Patrick Jansen notó que le resultaba familiar un artículo para la revista International Journal of Biodiversity and Conservation (IJBC) que le había tocado revisar. Su sospecha le llevó a utilizar el software antiplagio que usa con sus propios alumnos. El resultado fue que un 90% del texto había sido copiado de un artículo suyo de 2007 en la revista Conservation Biology (él era coautor junto con un ecólogo francés llamado Pierre-Michel Forget). El artículo enviado a IJBC estudiaba un árbol (Baillonella toxisperma) en la República del Congo. Su artículo con Forget estudiaba otro árbol (Carapa procera) en la Guinea Francesa. Salvo por estos pequeños cambios, casi todo el texto, las figuras, las tablas y los análisis estadísticos eran idénticos. La revisión por pares de Jensen era doble ciego, luego no podía conocer el nombre del autor del plagio. Tras insistir e insistir al editor de la revista logró que le revelara el nombre del plagiador, el famoso ecólogo congoleño Serge Valentin Pangou (toda una autoridad en el campo en su país). La revista Science ha entrevistado a Pangou que ha confesado que es el único autor del plagio y que añadió los nombres de sus coautores sin su permiso y sin que ellos supieran que el artículo era un plagio. Que el jefe asuma toda la responsabilidad de un plagio le honra pues es algo muy excepcional (lo habitual es culpar al “becario de turno”). Nos lo ha contado Michael Balter, “Reviewer’s Déjà Vu, French Science Sleuthing Uncover Plagiarized Papers,” Science 335: 1157-1158, 9 March 2012.

Forget decidió comprobar si otros artículos de Pangou también eran plagios y descubrió un gran número de ellos. Contactó con los editores de las correspondientes revistas y les indicó el plagio. Para su sorpresa hubo revistas que reaccionaron muy rápido, retractando los artículos correspondientes, pero otras revistas fueron muy lentas y tuvo que insistir e insistir en reiteradas ocasiones para lograr que el editor decidiera actuar ante un plagio obvio. Una de las revistas que reaccionó más lento fue Food Chemistry, de Elsevier; Forget para convencer al editor del plagio tuvo que contactar con los autores del artículo plagiado y que ellos solicitaran la retracción del paper. Science ha consultado con el editor de esta revista que dice que reaccionaron lo más rápido posible, pero que Pangou solo había plagiado el 59% del artículo. ¡Increíble!

¿Sabían los coautores de Pangou de sus malas prácticas? Science ha entrevistado a varios de ellos y por lo que parece ni siquiera sabían que eran coautores de los artículos; por ejemplo, Neela de Zoysa, que aparece en 4 de los artículos plagiados, tiene una buena excusa ya que aparece afiliada en los artículos a una universidad de Sri Lanka en la que conoció a Pangou en 1985, pero desde 1991 está afiliada a universidades estadounidenses. Otros coautores de Pangou han ofrecido explicaciones de corte similar (aunque algunos afirman que sabían que eran coautores de Pangou, pero que no habían leído los artículos antes de su envío a la correspondiente revista). Pangou les descarga de responsabilidad.

Para Forget, lo peor del caso de Pangou es que, al ser africano, mucha gente puede creer que plagiar es una conducta típica de los investigadores de este continente. Afortunadamente, plagiadores los hay por todas partes, incluso en nuestro propio país.

El líder nace o se hace

Shaun Killen, Universidad de Glasgow, GB, y sus colegas han estudiado en laboratorio (un túnel acuático) como se mueve un banco de peces (lisas doradas o Liza aurata), donde todos eran ejemplares juveniles con un tamaño similar. Cuando el banco nada a gran velocidad, los peces con mejor metabolismo, capaces de enviar una mayor cantidad de oxígeno a sus músculos, lideran el banco de peces (o los que tienen menor capacidad aeróbica se quedan rezagados en la “cola del pelotón”). Los líderes del banco son los más fuertes. Más información (incluyendo un vídeo de youtube) en Antonio M. Ron, “Así se comporta un banco de peces,” lainformacion.com, 14/06/2011. El artículo técnico para los interesados es Shaun S. Killen et al., “Aerobic capacity influences the spatial position of individuals within fish schools,” Proc. R. Soc. B, Published online June 8, 2011 (copia gratis).

Este artículo me ha resultado curioso porque contradice las conclusiones de un estudio de Johnstone y Manica publicado en PNAS. Han desarrollado un modelo de teoría de juegos basado en una cadena de Markov de cuatro estados que generaliza el juego llamado “la batalla de los sexos.” Su modelo tiene un parámetro (λ) que caracteriza la estrategia de cada jugador (corresponde a la probabilidad de tomar una decisión en función de su propia preferencia en lugar de seguir la preferencia de otro). La estrategia óptima no corresponde a que todos los jugadores sean “líderes” (todos λ = 1), ya que dicha estrategia penaliza la cohesión del grupo. Tampoco que todos los jugadores sean “prosélitos” o “seguidores” (todos con λ = 0), dado que este estado no es estable. Tampoco se favorece un estado equilibrado en el que todos los jugadores tienen el mismo valor de λ, por ejemplo,  λ = 0,5. Puede sorprender que la mejor estrategia es un estado en el que la población se reparte en dos estados diferentes, los líderes con λ = x (sea x=0,9), y los “seguidores” con λ = 1-x (sea λ = 0,1). Los líderes aparecen en el grupo de forma espontánea cuando la estrategia es cohesionar el grupo y lograr su estabilidad. Johnstone y Manica opinan que su modelo es adecuado para bancos de peces. Curioso, pues contradice al artículo anterior. Nos lo ha contado Franz J. Weissing, “Animal behaviour: Born leaders,” Nature 474: 288–289, 16 June 2011; el artículo técnico es Rufus A. Johnstone, Andrea Manica, “Evolution of personality differences in leadership,” Proc. Natl Acad. Sci. USA (PNAS), 108: 8373-8378, May 17, 2011.

La dinámica no lineal y la sincronización en un rebaño de vacas

La ecología matemática estudia modelos de las interacciones entre seres vivos en un entorno. La tradición dicta que las explotaciones agrícolas y ganaderas no utilicen modelos matemáticos para definir sus estrategias. En otras industrias se lleva haciendo con éxito desde hace tiempo. Si no me equivoco en unos años hablaremos de matemática agropecuaria como una rama de la matemática industrial. Todo esto viene a colación porque a cabo de ver un artículo de  Jie Sun et al. en el que nos presentan un modelo matemático de las actividades diarias de una vaca (comer, descansar y rumiar de pie) en términos de un sistema dinámico afín a trozos. Cada vaca se comporta como un oscilador y Sun et al. lo estudian utilizando la teoría de bifurcaciones (puntos fijos y órbitas periódicas). El modelo permite considerar múltiples vacas en interacción mutua, un rebaño, modelado como una red de osciladores en interacción. La cooperación y la sincronización entre las vacas es de gran interés en una explotación ganadera y Sun et al. estudian varios regímenes de parámetros en los que estas dinámicas se refuerzan. El número de posibilidades crece exponencialmente, con lo que el estudio se limita a rozar la superficie. Los autores prometen futuras incursiones en este campo con énfasis en las posibles estrategias de explotación ganadera así como la inclusión de dinámicas espaciotemporales en el modelo. Habrá que estar al tanto. Los interesados en dinámica no lineal, osciladores en sincronización y ecología matemáticas seguramente disfrutarán del artículo de Jie Sun, Erik M. Bollt, Mason A. Porter, Marian S. Dawkins, “A Mathematical Model for the Dynamics and Synchronization of Cows,” ArXiv, 9 May 2010.

Hay dos cosas que vienen a la mente siempre que pienso en vacas. Los pasiegos y Temple Grandin. Los pasiegos son cántabros nativos del Valle del Pas que practican una ganadería trashumante en unos territorios que no alcanzan los mínimos que permiten una explotación rentable en otras zonas. La tradición dicta las normas y forja el carácter. La vida de un pasiego gira entorno a sus vacas. Imaginar a un pasiego aferrado a un modelo matemático que prediga la dinámica y la sincronización de los hábitos de sus vacas parece imposible. Pero ya sabéis el dicho “a buen hambre no hay pan duro, ni falta salsa a ninguno.

Temple Grandin es una profesora Universidad Estatal de Colorado especialista en el diseño de mataderos y explotaciones ganaderas vacunas. Temple es autista. Ha escrito varios libros en los que afirma que ser autista le ayuda a ponerse en el lugar de los animales en las explotaciones agropecuarias, lo que permite diseñarlas de forma que minimicen el estrés que provocan en estos animales. Su libro más famoso es “Animals in Translation: Using the Mysteries of Autism to Decode Animal Behavior,” Temple Grandin y Catherine Johnson, 2005. Da la casualidad que una de las autoras del artículo de Jie Sun et al. revisó dicho libro para Nature, Marian Stamp Dawkins, “An autistic look at animals,” Nature 435: 147-148, 12 May 2005. Hay un documental maravilloso de Horizon, emitido por primera vez por la BBC, sobre Temple que, si eres de los pocos que no lo conoces, disfrutarás sin lugar a dudas (sigue las partes del siguiente vídeo de youtube). Está en inglés, pero merece la pena.

PS (1 sep. 2011): El artículo de Sun et al. ha sido aceptado en Physica D. Realmente es curioso que un físico aproxime una vaca por una esfera y un matemático por un oscilador triestado. Los tres estados son comer (E), reposar (R) y estar de pie (S); la dinámica de cada estado es lineal a trozos y las vacas interaccionan entre sí en una red cuya topología está fijada de antemano. El modelo indica que el comportamiento de cada vaca oscila entre dos fases, estar de pie y comer (E-S) y reposar y rumiar (E-R). Las condiciones matemáticas bajo las cuales el rebaño logra sincronizar sus acciones son estudiadas por este artículo aceptado en Physica D, que ilustran un ejercicio excelente para cursos de dinámica no lineal.

Cuando los árboles no dejan ver el bosque… o la autosemejanza de la distribución de árboles en un bosque

Proclamar que un fenómeno es fractal parece que está mal visto así que muchos ahora utilizan el término autosemejante. Pero en el fondo es prácticamente lo mismo, una ley de potencias. ¿Es autosemejante la distribución de tamaños de árboles en un bosque? Filippo Simini et al., “Self-similarity and scaling in forest communities,” PNAS 107: 7658-7662, April 27, 2010, nos presentan un modelo ecológico sencillo en extremo, un modelo matemático resoluble de forma exacta, que explica la relación entre el tamaño de la copa de un árbol en un bosque y la disponibilidad o abundancia de recursos en el mismo. Una ley de potencias en su expresión más pura. Más sencillo es casi imposible. Me sorprende y me admira. Máxime cuando los autores afirman que el exponente de su ley de potencias, que confirman estudios previos obtenidos experimentalmente, puede ser utilizado para predecir la efectos antropogénicos en los bosques. Su ley describe los bosques en su estado natural. Si un bosque no sigue su ley es que algo pasa. A veces los árboles no dejan ver el bosque… y a veces los artículos en PNAS no dejan de sorprenderme.

Hablando de fractales, en el mismo número de PNAS el artículo de Gergely Palla et al., “Multifractal network generator,” PNAS 107: 17 7640-7645, April 27, 2010, nos indica cómo generar por ordenador una red (o un grafo) con propiedades concretas de multifractalidad. Estos grafos pueden ser muy útiles para verificar o contrastar hipótesis sobre la fractalidad o autosemejanza de datos experimentales concretos. Una herramienta, a priori, de gran utilidad para ecólogos, biólogos, informáticos y otros científicos interesados en sistemas complejos, hoy tan de moda. ¿Qué pasaría si contrastamos el modelo de Simini et al. con estas redes? Supongo que nadie se molestará en hacerlo, por si las moscas…

Publicado en Science: Eco-evo-devo y cómo los alelos raros pueden derivar en nuevas especies

Eco-evo-devo (ecological evolutionary developmental biology) es el paradigma de moda en biología evolutiva. Los agentes del medio alteran la expresión genética y seleccionan un fenotipo particular entre todo el repertorio heredado de fenotipos posibles. Si bien un biólogo es quien debería de hablar de estos temas, me ha sorprendido un artículo publicado en Science repleto de fórmulas matemáticas sobre estos temas. Sí, me ha sorprendido ver ecuaciones integrodiferenciales en un artículo de biología publicado en esta prestigiosa revista, aunque sea un modelo logístico con un kernel exponencial. No puedo resistirme a ofreceros (a la izquierda) la ecuación del modelo estudiado en este artículo, cuya utilidad biológica no estoy preparado para discutir, pero cuya formulación matemática es simple y efectiva, para un matemático, aunque me huelo que casi incomprensible para un biólogo. Sin entrar en más detalles, el artículo técnico, cuyo título es espectacular “Complejidad y Diversidad,” como debe ser para que llegue a aparecer en Science, es Michael Doebeli, Iaroslav Ispolatov, “Complexity and Diversity,” Science 328: 494-497, 23 April 2010 (información suplementaria gratis).

Un modelo unidimensional, tradicional en ecología teórica y teoría de la evolución, donde los individuos tienen un fenotipo escalar (x) que determina sus preferencias por los recursos. La competencia entre los individuos con fenotipos x e y se describe mediante un núcleo (kernel) que los autores asumen como una función unimodal de la distancia entre los fenotipos |xy| con un valor máximo en |xy| = 0. Los individuos con un fenotipo raro tienen pocos individuos similares en la población por lo que experimentan una gran competencia por parte de muchos otros individuos. La ecución integrodiferencial en derivadas parciales para la densidad de fenotipos φ(x) presenta un término integral con un kernel α(x, y) que representa el impacto de la competencia del resto de los individuos de la población. La función unimodal K(x), con un máximo en x=0, representa la capacidad de la población en el estado de equilibrio (término típico de una ecuación logística). Los parámetros a>0 y k>0 en el kernel de competencia y en la capacidad miden la importancia relativa de la dependencia con la frecuencia de los efectos de la competencia y la selección, y los exponentes n , nK > 2, en ambas fórmulas son parámetros de forma. El modelo gaussiano se obtiene para  n = nK = 2. Para k > a, la dinámica de la ecuación integrodiferencial converge a una función delta centrada en x = 0. Para k < a, la dinámica converge a una distribución de equilibrio que es similar a una distribución normal con varianza positiva. En una interpretación eco-evo-devo, para k > a, la población evoluciona hacia una nueva especie y para k < a, la diversidad de fenotipos en la población se mantiene. Bueno, no me enrollo más, que es ya muy tarde y la mente de uno se satura con estos temas, …

“Piedra, papel o tijera,” y la biodiversidad gracias a la coevolución

“Piedra, papel o tijera” es un juego infantil de manos en el que la piedra vence a las tijeras rompiéndolas, las tijeras vencen al papel cortándolo y el papel vence a la piedra envolviéndola. Este juego ha sido muy estudiado en teoría de juegos porque ejemplifica los sistemas en los que tres estados se dominan mutuamente de forma cíclica. La dinámica de este juego y la de sus modelos en tiempo continuo es muy interesante (ver por ejemplo las pp. 171-188 de la ref. [1]). Sus aplicaciones son muchas en campos tan diversos como la ecología y la física de los procesos fuera de equilibrio. En ecología los sistemas dominantes cíclicos permiten entender la biodiversidad gracias a la coevolución mutua. En el modelo “piedra, papel o tijera” las poblaciones de tres especies oscilan gracias a su interacción mutua (May y Leonard ya lo estudiaron en 1975) y hay evidencia empírica de su validez (por ejemplo en comunidades de zorros y en poblaciones de cepas de la bacteria E. coli). El modelo (en tiempo) discreto tiene análogos continuos, dados por ecuaciones diferenciales ordinarias y estocásticas, y modelos espaciotemporales, ecuaciones en derivadas parciales, que permiten estudiar la generación de patrones de distribución espacial y el efecto de la migración de especies. Un asunto poco estudiado es el efecto de una tasa de mutaciones finita en la coevolución de las poblaciones modeladas por el juego “piedra, papel o tijera,” que estudia con cierto detalle un artículo reciente de Mauro Mobilia, de la Universidad de Leeds, Gran Bretaña [2]. Los interesados en dinámica no lineal de sistemas tienen un ejemplo bonito de sistema que presenta una bifurcación de Hopf de codimensión dos (con dos parámetros).

[1] György Szabó, Gábor Fáth, “Evolutionary games on graphs,” Physics Reports 446: 97–216, 2007. [copia gratis]

[2] Mauro Mobilia, “Oscillatory Dynamics in Rock-Paper-Scissors Games with Mutations,” ArXiv, 28 Dec. 2009.

Mobilia estudia un modelo en tiempo continuo del juego “piedra, papel o tijera” que utiliza el siguiente  sistema de tres ecuaciones diferenciales acopladas

\dot{a}= a\left[c-\epsilon b -(1-\epsilon)\left\{ab+bc+ac\right\}\right] + \mu(1-3a),
\dot{b}= b\left[a-\epsilon c -(1-\epsilon)\left\{ab+bc+ac\right\}\right] + \mu(1-3b),
\dot{c}= c\left[b-\epsilon a -(1-\epsilon)\left\{ab+bc+ac\right\}\right] + \mu(1-3c),

que presenta dos parámetros \epsilon y \mu adimensionales. El primero es el valor de la recompensa negativa, lo que se pierde cuando se pierde el juego en cada jugada, relativo a una recompensa positiva de +1 (el juego será de suma cero si la recompensa negativa iguala a la positiva), y el segundo es la tasa de mutaciones, la probabilidad de que un individuo cambie de “especie.” Este sistema dinámico presenta 4 puntos de equilibrio, los tres estados absorbentes (1, 0, 0), (0, 1, 0) y (0, 0, 1), y un punto en el interior (igual a (1/3, 1/3, 1/3) cuando el juego es de suma cero). En función de los dos parámetros del sistema dinámico se observa comportamiento oscilatorio de tipo ciclo límite (cuando el punto fijo interior es un nodo inestable) o comportamiento oscilatorio amortiguado (cuando el punto fijo interior es un nodo estable). En el plano dado por los dos parámetros del sistema, una curva de bifurcación separa ambos comportamientos. El artículo de Mobilia además del comportamiento determinista de este sistema también estudia su comportamiento estocástico bajo la hipótesis de que las mutaciones se producen de forma aleatoria. En resumen, un bonito ejemplo para cursos de dinámica no lineal, bifurcaciones y caos (como el que yo he impartido en más de una ocasión), que disfrutarán los lectores de este blog más aficionados a la matemática aplicada y a la ecología de poblaciones. Para los demás, me gustaría indicaros que hay versiones del juego de manos “piedra, papel o tijera” un pelín más complicadas, ideales para frikis, por ejemplo, con 7 posibilidades como las mostradas abajo. La flecha indica la dominancia entre las diferentes posibilidades (visto en Lobotomizados, “Piedra Papel Tijera 2.0,” 19 de julio de 2007).

Un modelo matemático explica el origen de las especies por el acoplamiento entre la selección natural y la sexual

Sorprende que en el año 2009 todavía no se tuviera un modelo matemático sencillo en Ecología capaz de explicar el “misterio de los misterios” de Darwin, el origen de las especies. El sueco Pim Edelaar, miembro de la Estación Biológica de Doñana del CSIC en Sevilla, y sus colaboradores lo publican hoy en Science. Un modelo simple que explica cómo la selección natural y la selección sexual trabajan en conjunto para lograr la adaptación local y el aislamiento reproductivo que conduce a una nueva especie, incluso bajo un flujo de mutaciones genéticas importante. Las hembras prefieren los machos cuyos ornamentos sexuales mejor indican lo bien que están adaptados al medio. Un mecanismo de retroalimentación que no había sido descrito con anterioridad de forma tan sencilla y elocuente. El artículo técnico es G. Sander van Doorn, Pim Edelaar, Franz J. Weissing, “On the Origin of Species by Natural and Sexual Selection,” Science Express, Published Online November 26, 2009. El nuevo artículo es la culminación del trabajo que el primer autor, Gerrit Sander van Doorn, postdoc en el Instituto Santa Fe, Nuevo México, EE.UU., y actualmente en la Universidad de Berna, Suiza, desarrolló en su tesis doctoral en 2004, “Sexual selection and sympatric speciation,” PhD Thesis, 2004, PDF 24,30 Mb, bajo la dirección de Franz J. Wessing, y en especial del capítulo 8 de la misma. 

El origen de una especie (especiación) require una interacción entre procesos genéticos (diversificación genética) y procesos ecológicos (aislamiento reproductivo). El nuevo modelo matemático consiste en un sistema de dos ecuaciones diferenciales acopladas, que omitiremos, que describen cómo la selección sexual, las preferencias de las hembras por ciertos caracteres ornamentales de los machos, se acopla con la selección natural, la presencia de genes beneficiosos para la adaptación de la especie al medio, permitiendo resolver satisfactoriamente el problema de la divergencia de las especies. El modelo teórico es lo sencillo y permite un análisis dinámico (cualitativo y cuantitativo) detallado utilizando la técnica del plano de fases. El modelo muestra que las hembras prefieren a los machos cuyos ornamentos sexuales son los que mejor indican lo bien que están adaptados al medio. Esta preferencia sexual refuerza la selección natural por un mecanismo similar a un sistema de control retroalimentado. Sin este mecanismo, modelos anteriores son incapaces de explicar de forma sencilla la divergencia entre especies.

PS: Noticia en Europa Press y comentarios en Menéame.

PS (18 Dic. 2009): Ya ha aparecido el artículo de G. Sander van Doorn et al., “On the Origin of Species by Natural and Sexual Selection,” Science 326: 1704-1707, 18 December 2009, acompañado de una Perspective de Judith E. Mank, “Sexual Selection and Darwin’s Mystery of Mysteries,” Science 326: 1639-1640, 18 December 2009.