La paradoja de la diversidad y de la estabilidad ha ocupado a los investigadores durante más de cinco décadas. Un estudio, recientemente publicado en la revista "Nature Physics" y del que es coautor el investigador de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC), ha dado solución a este misterio
Cuando una sola especie invade un ecosistema o se produce un ciberataque a una red eléctrica, se produce un evento dañino. Este tipo de eventos siempre están presentes, pero rara vez conducen a consecuencias relevantes. Por tanto, ¿cómo es que estos sistemas son tan estables y resistentes que pueden soportar tales perturbaciones externas? De hecho, estos sistemas carecen de un diseño o modelo central y, sin embargo, exhiben una funcionalidad excepcionalmente confiable.
A principios de la década de 1970, el campo de la ecología se dividió en torno a la cuestión de si la biodiversidad es buena o mala para un ecosistema. En 1972, Sir Robert May, un científico australiano que se convirtió en asesor científico principal del gobierno británico y presidente de la Royal Academy, se centró en la dinámica de las poblaciones animales y la relación entre complejidad y estabilidad en las comunidades naturales, demostrando matemáticamente que un aumento en la biodiversidad conduce a una mayor inestabilidad ecológica. Además, sugirió que un gran ecosistema no puede mantener su funcionalidad estable más allá de un cierto nivel de biodiversidad e inevitablemente colapsará ante el más mínimo movimiento.
La publicación de May no solo contradice el conocimiento actual y las observaciones empíricas de los ecosistemas reales, sino que, en general, parece desafiar todo lo que se sabe sobre las redes de interacción en los sistemas sociales, tecnológicos y biológicos.
Si bien la predicción de May sugiere que todos estos sistemas son inestables, el equipo de investigación del que forma parte el investigador de la URJC Stefano Boccaletti afirma que su experiencia es directamente contradictoria porque "la biología se manifiesta a través de redes de interacción genética y nuestros cerebros se basan en una red compleja de neuronas y sinapsis. Nuestros sistemas sociales y económicos están alimentados por redes sociales, y nuestra infraestructura tecnológica, desde Internet hasta la red eléctrica, son redes grandes y complejas que en realidad funcionan de manera bastante robusta”.
La pieza faltante del rompecabezas
El equipo científico ha descubierto que la pieza que faltaba en el rompecabezas de la formulación original de May es que los patrones de interacción en las redes sociales, biológicas y tecnológicas no son aleatorios.
“Las redes aleatorias tienden a ser bastante homogéneas y todos los nodos dentro de estas redes son aproximadamente iguales. Por ejemplo, la probabilidad de que una persona tenga muchos más amigos que el promedio es pequeña. Tales redes pueden ser sensibles e inestables. Las redes en el mundo real, por otro lado, son extremadamente diversas y heterogéneas”. Estos resultados han sido publicados en el artículo Estabilidad emergente en redes dinámicas complejas, en la revista Nature Physics.
Durante la investigación, el equipo descubrió que esta heterogeneidad puede cambiar fundamentalmente el comportamiento del sistema. Sorprendentemente, en realidad mejora la estabilidad. El análisis muestra que, cuando una red es grande y heterogénea, recibe una estabilidad garantizada que es extremadamente robusta frente a fuerzas externas. Esto explica el hecho de que la mayoría de las redes, desde Internet hasta el cerebro, exhiben una funcionalidad extremadamente resistente a pesar de las constantes interrupciones y obstáculos.
“Esta heterogeneidad extrema se puede ver en casi todas las redes que nos rodean, desde redes genéticas hasta redes sociales y tecnológicas,” afirma Boccaletti.
“Por poner un ejemplo, imagina tener un amigo en Twitter que tiene 10.000 seguidores, mil veces el promedio. En la vida cotidiana, con una altura media de unos dos metros, una desviación de mil veces en altura equivaldría a tener una persona de dos kilómetros de altura, lo que obviamente es imposible. Pero es lo que observamos todos los días en el contexto de las redes sociales, biológicas y tecnológicas”.
Las redes complejas grandes y heterogéneas no solo pueden ser estables, sino que a menudo tienen que serlo. “Descubrir las reglas que hacen que un sistema grande y complejo sea estable puede ofrecer nuevas pautas para abordar el apremiante desafío científico y político de diseñar redes de infraestructura resilientes que no solo protejan contra amenazas viables, sino también la resiliencia de ecosistemas cruciales, pero frágiles.”
Referencia bibliográfica: Meena, C., Hens, C., Acharyya, S. et al. Emergent stability in complex network dynamics. Nat. Phys. (2023). https://doi.org/10.1038/s41567-023-02020-8
