Las reglas de la naturaleza para las células y las especies también rigen en Internet

Las redes de moléculas de una célula, de especies en un ecosistema y de personas en un grupo social pueden estar tejidas con el mismo telar matemático que Internet y la World Wide Web.

'Estamos empezando a comprender la arquitectura de la complejidad', afirma Albert-Laszlo Barabasi, físico de la Universidad de Notre Dame, en Indiana (EE UU), cuyo grupo de investigación ha publicado recientemente artículos que comparan sistemas aparentemente tan diversos como Internet y la red metabólica de reacciones químicas que sostienen la vida de las células. Las similitudes entre éstos y otros sistemas complejos llaman tanto la atención, dice, 'que es como si las hubiese diseñado la misma persona'.

En la Universidad Politécnica de Cataluña, en Barcelona, Ricard V. Solé y José M. Montoya, biólogos teóricos del Grupo de Investigación de Sistemas Complejos, descubrieron recientemente el mismo tipo de patrones estudiando modelos informáticos de tres ecosistemas: un lago de agua dulce, un estuario y un bosque. 'Los resultados indican que la naturaleza tiene principios organizativos universales que en último término podrían permitirnos formular una teoría general sobre los sistemas complejos', afirma Solé.

En el pasado, los científicos trataban las redes como si estuvieran formadas aleatoriamente, dando lugar a un entramado homogéneo en el que los nodos tendían a tener el mismo número de conexiones. 'Nuestro trabajo ilustra que de hecho las verdaderas redes distan mucho de ser aleatorias', afirma Barabasi. 'Presentan un elevado grado de orden y universalidad que en todos los aspectos ha sido bastante inesperado'.

Conexiones

Al formarse, las redes parecen organizarse de forma que la mayoría de los nodos tiene muy pocas conexiones, y un número muy pequeño de nodos, llamados hubs o centros, dispone de muchas conexiones. El patrón se puede describir mediante lo que los científicos denominan ley de potencia. Para calcular la probabilidad de que un nodo disponga de un cierto número de conexiones se eleva ese número a una potencia, como el cuadrado o el cubo, y después se obtiene el inverso.

Supongamos, por ejemplo, que tenemos una red con 100.000 nodos que obedece a una ley de potencia al cuadrado. Para descubrir cuántos nodos tendrán tres conexiones se eleva 3 al cuadrado, que es nueve, y después se obtiene el inverso. Así pues, la novena parte de los nodos, aproximadamente 11.111, tendrán conexiones triples. ¿Cuántos tendrán 100 conexiones? Elevemos 100 al cuadrado y saquemos el inverso: la diezmilésima parte de los 100.000 nodos (un total de 10) tendrá tantas conexiones. Conforme aumenta el número de conexiones, disminuye rápidamente la probabilidad.

Este tipo de estructura puede ayudar a explicar por qué redes tan diversas como los metabolismos, los ecosistemas o Internet son generalmente muy estables y resistentes, aunque sean propensas a ocasionales colapsos catastróficos. Dado que la mayoría de los nodos (moléculas, especies, servidores de ordenador) están escasamente conectados, poco depende de ellos: se puede eliminar una gran fracción y la red se mantendrá. Pero si se eliminan unos cuantos de los nodos con gran número de conexiones, todo el sistema se vendrá abajo.

No todos creen que se pueda obtener una ley universal. Un reciente artículo de físicos de la Universidad de Boston descubrió desviaciones del patrón de ley de potencia en diversas redes, lo que sugiere que la historia no es tan sencilla. Pero aun así, el estudio encontró órdenes ocultas, mucho más interesantes que los patrones puramente aleatorios que los científicos han usado durante mucho tiempo para analizar las redes.

Sólo en años recientes la potencia informática ha crecido lo suficiente como para recopilar y analizar datos sobre unos sistemas tan intrincados. La cuestión es cómo surge este tipo de orden. Barabasi ha propuesto un efecto similar al del 'rico que se enriquece cada vez más': los nuevos nodos que se añaden a una red tienden a formar conexiones con aquellos que ya están bien conectados. Es más probable que los actores nuevos sean contratados para películas con actores conocidos. Es más probable que los artículos científicos nuevos citen otros ya bien establecidos.

En un trabajo reciente, Barabasi y otros estudiaron las redes de reacciones químicas que se producen en el interior de las células vivas. Las moléculas pequeñas se conectan para formar moléculas grandes, que a su vez se descomponen de nuevo en moléculas pequeñas. Pero por muy complejas que sean estas redes, parecen obedecer a una ley de potencia. En un artículo en Journal of Theoretical Biology, Solé y Montoya descubrieron un patrón similar en los ecosistemas que estudiaron. La deducción es que todas estas redes son extremadamente fuertes, indiferentes a la mayoría de las molestias, pero vulnerables a un asalto bien planeado. 'La eliminación aleatoria incluso de un número elevado de nodos no dañará a la red', afirma Barabasi. 'Pero un ataque intencionado sí'.

Por muy sugerente que resulte la nueva teoría, otros científicos están descubriendo que el cuadro puede no ser tan sencillo como lo pintan y que, aunque algunas redes obedecen a una ley de potencia, en muchas otras el patrón está distorsionado o no existe. Las desviaciones surgen, según el estudio, porque no siempre es fácil añadir nuevos nodos a una red: los actores con más películas atraerán cada vez a más colaboradores, hasta que sean demasiado viejos para actuar. Los aeropuertos sólo pueden soportar un número determinado de vuelos diarios. Debido a dichas complicaciones, una red puede caer en cualquier parte del espectro situado entre los extremos de aleatoriedad y orden.