In de ruige Antarctische omgeving, waar de temperatuur kan dalen tot -50 graden Celsius (-58 graden Fahrenheit), kruipen keizerspinguïns in grote groepen bij elkaar om warmte vast te houden en te overleven. Hoe deze groepjes zich vormen en hoe de pinguïns de warmte eerlijk verdelen, is echter een mysterie gebleven. Nu biedt een nieuw wiskundig model, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Oxford, inzicht in de dynamiek van pinguïnhuddles en onthult hoe de vogels een eerlijke verdeling van de warmte bereiken.

Het model, gepubliceerd in het tijdschrift 'Nature Physics', houdt rekening met de lichaamsgrootte van de pinguïns, de hoeveelheid warmte die ze genereren en hun bewegingen binnen de groep. Door het gedrag van duizenden pinguïns te simuleren, ontdekten de onderzoekers dat de groepjes zelforganiserende structuren zijn die ontstaan ​​zonder enige gecentraliseerde controle.

“Ons model laat zien dat de pinguïns zo bij elkaar kruipen dat het totale energieverbruik van de groep tot een minimum wordt beperkt”, legt Dr. Andrea Cavagna, een van de auteurs van het onderzoek, uit. "Dit wordt bereikt door een combinatie van individuele beweging en collectieve interacties, zonder de noodzaak van enige expliciete communicatie of coördinatie."

Het model laat zien dat de pinguïns zichzelf in een ‘fractaal’ patroon rangschikken, waarbij kleinere clusters van pinguïns zich binnen grotere clusters vormen. Deze hiërarchische organisatie zorgt ervoor dat warmte efficiënt wordt overgedragen van het midden van de groep naar de buitenste lagen, waar pinguïns de koudste temperaturen ervaren.

"De vorming van deze fractale clusters binnen de groep is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat alle pinguïns de hitte eerlijk verdelen", zegt Dr. Cavagna. "Pinguïns die zich aan de buitenkant van de groep bevinden, kunnen naar binnen gaan om op te warmen, terwijl pinguïns in het midden naar buiten kunnen gaan om af te koelen."

De onderzoekers ontdekten ook dat de grootte van de groepjes wordt bepaald door een evenwicht tussen de behoefte van de pinguïns om warmte vast te houden en hun behoefte om oververhitting te voorkomen. Grotere groepen zorgen voor een betere isolatie, maar genereren ook meer warmte, wat kan leiden tot ongemak en zelfs de dood. De optimale groepsgrootte is daarom een ​​compromis tussen deze twee factoren.

Het nieuwe model biedt een kwantitatief raamwerk voor het begrijpen van de dynamiek van pinguïnhuddles en biedt inzicht in het sociale en coöperatieve gedrag van deze opmerkelijke dieren. Het heeft ook potentiële toepassingen op andere gebieden, zoals het ontwerp van energiezuinige gebouwen en de optimalisatie van de dynamiek van mensenmassa's.