Vida en el filo del caos

En 1986 el cometa Halley volvió al centro del sistema solar, acudiendo puntualmente a su cita. En otro tiempo, la llegada del cometa era vista como la de un jinete del apocalipsis, un símbolo del azar. La mecánica de Newton derrumbó esta imagen maldita y puso la casa en orden. Desde entonces, el cometa se habría de convertir en la imagen de una naturaleza regular y de una ciencia capaz no sólo de construir modelos comprensibles del mundo, sino de predecir su futuro.En 1967, el físico Edward Lorenz dio con un resultado tan asombroso como inesperado. Estudiando el comportamiento de un sistema de tres ecuaciones completamente determinista, que simulaban los avatares de una atmósfera simple, descubrió que aquellas ecuaciones generaban un comportamiento de extraordinarla complejidad. Su clima simulado variaba de forma barroca, sin repetirse jamás.

Un observador externo habría interpretado aquel comportamiento como el resultante de un modelo muy complejo e incluso tal vez del azar. Pero esa vez el azar no estaba presente. Y más asombroso aún: el modelo, pese a ser totalmente determinista, era intrínsecamente impredecible. Había entrado en escena el hoy llamado caos determinista o, simplemente, caos.

Después de más de veinte años de intenso desarrollo, hoy se sabe que el caos está presente en multitud de fenómenos que creíamos muy complicados o bien aleatorios, como clima, las epidemias, la actividad del cerebro o las fluctuaciones de la economía. Detrás del desorden que a menudo se percibe en estos sistemas se ocultan leyes simples. Estas leyes son tan exactas como las de Newton. Y, sin embargo, el mundo del caos es impredecible.

La complejidad

Pero el caos determinista no es la única novedad en la exploración de lo complejo. En los últimos años, nuevos conceptos como fractales, redes neuronales, algoritmos genéticos, vida artificial o auto organización han tejido una nueva visión de la complejidad. Lo complejo es lo más interesante del mundo que nos rodea, desde los virus hasta el cerebro que lee estas líneas. Y, sin embargo, los sistemas complejos han sido aquel dominio embarazoso donde las ciencias duras parecían incapaces de penetrar.Hoy esta situación está cambiando con rapidez, y en todo el mundo aparecen departamentos e institutos dedicados al estudio de la complejidad, entre los que destaca el de Santa Fe, en Estados Unidos. Allí se reúne un grupo de científicos procedentes de la física, la biología o la matemática, pero también de la economía o de la lingüística. Entre sus miembros figuran dos premios Nobel de Física (Murray GellMann y Phil Anderson) y otro de Economía (Kenneth Arrow).

Los ordenadores y el descubrimiento de esos nuevos conceptos, así como el desarrollo de nuevos métodos matemáticos, han abierto posibilidades impensables hace tan sólo 15 años. Esto permite intentar atacar la definición, el origen y evolución de la complejidad. En esta dirección, varios científicos, entre los que destacan Chris Langton, Jim Crutchfield y Stuart Kauffman, propusieron hace apenas cuatro años una conjetura acerca del origen de la complejidad que, de ser probada, podría constituir una ley básica de la naturaleza.

El planteamiento se basa en un fenómeno físico bien conocido: las transiciones de fase. Es bien sabido que la materia puede aparecer en distintas fases, como el hielo y el agua. El hielo representa la forma ordenada, regular y rígida. La fase líquida es la fase desordenada. A cero grados se da la transición entre ambos estados de la materia. Pero ¿qué ocurre en el punto crítico, donde la transición tiene lugar? Suceden fenómenos de enorme interés: allí coexisten orden y desorden en una forma no trivial. Aparecen estructuras fractales, y todas las escalas de longitud están representadas y se hacen inseparables. En este punto cualquier perturbación se propaga de forma óptima a todas las escalas. Otro resultado de enorme importancia es que, en este punto, un conocimiento detallado de los elementos que componen el sistema es innecesario. Basta con el esqueleto básico de las interacciones y, en consecuencia, un modelo simple es suficiente para comprender el fenómeno. Una vez más, son leyes simples las que se ocultan tras la complejidad.

Empleando distintos modelos, se ha propuesto que el origen de la complejidad y sus propiedades están asociados a puntos críticos. Así, la evolución biológica a gran escala (y las extinciones asociadas a ésta) o la evolución de la economía (y sus crash) o la organización de las sociedades de insectos son el resultado de una dinámica que, inevitablemente, conduce a un punto crítico. En todos estos casos orden y desorden, deben coexistir para organizar el sistema, a la vez que le permiten la mayor flexibilidad. En este punto, que ha sido bautizado corno el filo del caos, la diversidad de especies de un ecosistema o de las interacciones de un sistema social alcanza su máximo esplendor. Los fractales se originarían en la naturaleza por medio de este fenómeno, y su detección sirve de hecho para probar la conjetura.

El grupo de Sistemas Complejos de la Universidad Politécnica de Cataluña, del que el autor forma parte, ha demostrado, por ejemplo, que los insectos sociales (como las hormigas) emplean la frontera del caos para calcular, de forma que explotan la óptima transferencia de información para generar un orden de escala superior a la del individuo; de este orden emerge un superorganismo: la sociedad.

El mismo grupo ha probado que las selvas tropicales muestran propiedades fractales que pueden ser reproducidas mediante un modelo simple donde el ecosistema evoluciona hacia el punto crítico. La diversidad de la selva sería el resultado de una evolución hacia el filo del caos.

Otro ejemplo muy distinto sería el de las poblaciones de retrovirus (como el virus del sida), que presentan tasas de mutación elevadas. Si los virus mutaran poco, su población sería muy homogénea y no soportaría el ataque del sistema inmunitario. Si lo hiciera en exceso, perdería su identidad biológica, desapareciendo como tal. Los resultados experimentales muestran que los retrovirus se encuentran justo en el límite, en el punto crítico que predicen los modelos teóricos.

El cerebro

El caso del cerebro es particularmente excitante. Al analizar su actividad se aprecia que coexisten estructuras ordenadas con patrones de actividad irregulares. Al estudiar la propagación de las ondas por el córtex cerebral sano puede observarse cómo la actividad de cientos de millones de neuronas se sincroniza a la vez que el registro del encefalograma muestra una notable irregularidad a medio plazo. En cambio, en algunas patologías se aprecia cómo el cerebro aparece fuertemente ordenado, casi como un reloj, y en otras muy desordenado, casi aleatorio.¿Qué sugiere esta observación? Que el cerebro opera en el filo del caos, en la frontera en que la imaginación, la razón y la consciencia se mezclan entre sí. En el filo coexisten sin dificultad (aunque tal vez no sin conflicto). Al alejarse, un orden o un desorden excesivos pueden llevar la mente al desastre. Tal vez la conjetura del filo del caos acerque al hombre al más complejo de los sistemas conocidos. A un sistema lo bastante complejo como para reflexionar acerca de su complejidad.