Redes Complejas: Redes Sociales y Redes Ecológicas (Los Mundos Pequeños)

En nuestra categoría “Diversidad, Complejidad y Fractales” hemos indo incluyendo algunos post con vistas a explicaros someramente la estructura de las redes de interacción de los elementos de un sistema. A partir de hoy comenzaremos a explicaros someramente algunas de las fascinantes sorpresas que deparan. Hace tiempo encontré un más que recomendable artículo divulgativo que llevaba el título de La arquitectura de la naturaleza: complejidad y fragilidad en redes ecológicas. Este fue publicado por José M. Montoya, Ricard V. Solé y Miguel Á. Rodríguez en la Revista Ecosistemas (de libre acceso en Internet). Puede bajarse pinchando en el enlace de arriba. Ricard V. Solé es uno de los investigadores españoles (Catalán) sobre ciencias de la complejidad con mayor prestigio internacional. Personalmente considero que este sí que es, en efecto, un científico “excelente” y no un excelente científico de esos que se afanan por salir en los media a toda costa. Por todo ello me permitiré partir de su texto para mostraros este mundo fascinante. Obviamente, yo añadiré material de mi propia cosecha. Por tal razón debéis separar sus afirmaciones de mis comentarios.

Internet y los mundos pequeños

El propósito de este post es mostraros una de las sorprendentes regularidades que subyacen en las redes complejas de todo tipo, ya sean ecológicas, sociales y tecnológicas. En otro post ya os explicaremos como tenemos indicios que nos inducen a pensar que los autoensamblajes de suelos se ajustan a este mismo tipo de patrón. Pero existe otra razón adicional que nos ha impelido a abordar el tema. Desde el advenimiento de las redes sociales (Web 2.0), existe una tan amplia como ingenua concepción de que una red totalmente interconectada es estable. Del mismo modo se considera que tal arquitectura resulta ser deseable también: un universo de individuos totalmente conectado permitiría un flujo de información libre que sortearía las falacias de los medios de comunicación condicionados por los intereses de los gobiernos, cualquier tipo de lobby, etc. Sin embargo, como abajo nos comenzarán a explicar estos autores, la autoorganización de las redes dista mucho de ser no conduce a tal “interconectividad total”. En el mencionado artículo Montoya, Solé y Rodríguez dos dicen que:

Las especies se relacionan entre sí de diferentes modos, dando lugar a complejas redes de interacción. En función del tipo de interacción que observemos nos encontramos con redes de competidores, redes tróficas, redes mutualistas, redes de facilitación, etc. La estructura de las redes ecológicas condiciona muchas de las funciones de los ecosistemas que éstas representan. El reciclado de nutrientes, los flujos de agua y de carbono, entre otras muchas funciones, se alteran cuando la arquitectura de estas redes se pierde (Schuelze y Mooney 1994, Levin 1999). La representación gráfica de una red de interacción -de sus nodos y conexiones- se denomina «grafo». Conocer la arquitectura de los grafos de redes ecológicas nos permitirá contestar algunos aspectos de las preguntas con las que comenzábamos este artículo. Como veremos, la arquitectura de estas redes presenta puntos en común con otras redes biológicas y tecnológicas, lo que apoya la universalidad de ciertos principios organizativos y funcionales en los sistemas complejos (Solé y Goodwin 2001). Las consecuencias de dichas arquitecturas son sorprendentes y conllevan una visión nueva de la organización de los ecosistemas.

Hacia una arquitectura universal de las redes complejas: el caso de las redes tróficas

¿Existe una arquitectura universal de las interacciones ecológicas? Las redes tróficas (quién se come a quién) son el tipo de redes ecológicas que ha recibido más atención por parte de los ecólogos. En palabras de Stuart Pimm y colaboradores (1991), «las redes tróficas son los mapas de carreteras a través del enmarañado universo de Darwin». Una red trófica muestra todas las posibles vías de alimentación de cada una de las especies que la constituyen (Figuras 1 y 2). Desde el pionero trabajo de Lindeman (1942), se ha hecho un gran esfuerzo en encontrar regularidades entre redes tróficas de distintos ecosistemas (para una ultima recopilación, ver Williams y Martínez 2000). Por ejemplo, en amplias colecciones de descripciones de redes tróficas, se han encontrado similares valores de muchas variables, como son los números medios de conexiones por especie, las longitudes medias y máximas de las cadenas tróficas, los porcentajes de especies basales, intermedias y depredadoras, o los porcentajes de especies omnívoras o caníbales (…). Desde entonces se han publicado redes tróficas detalladas y fiables a partir de las que se están corroborando algunas de esas regularidades, desechando otras y descubriendo algunas nuevas. Y, lo que es más interesante, se está desarrollando todo un campo de investigación sobre la respuesta de estos sistemas ante distinto tipo de perturbaciones, observando y comprendiendo las consecuencias directas de las perturbaciones sobre la red, y los efectos indirectos que puede causar su propagación a través de la misma.

Recientemente se han desarrollado nuevas técnicas para analizar la complejidad de un gran número de redes naturales y tecnológicas (para una revisión del tema, ver Strogatz 2001). Estas técnicas han mostrado que hay una gran similitud en la estructura y en la respuesta a perturbaciones de redes de tipo muy diferente, lo que apunta en la dirección de una arquitectura universal dentro de los sistemas complejos. Esta perspectiva puede constituir una verdadera revolución en Ecología, comparable a la introducción de los modelos matemáticos o el análisis multivariante.

Redes aleatorias vs. redes de mundos pequeños

Fuente: Montoya et al. Revista Ecosistemas

Las redes, sean o no ecológicas, pueden representarse como un grafo G(N,C), donde N representa los nodos de la red y C las conexiones entre los nodos. Entre otras, se han estudiado redes celulares y metabólicas (…), redes de interacción social (por ejemplo, la red de colaboraciones científicas, donde los nodos son científicos y existe conexión si tienen publicado algún trabajo conjunto, Strogatz 2001), Internet, la WWW (Albert et al. 2000, Figura 3) y otras redes tecnológicas. Todas estas redes comparten el ampliamente conocido fenómeno de los «pequeños mundos» (small-worlds). Básicamente, este fenómeno tiene dos manifestaciones: (1) un grado de compartimentalización muy grande respecto a lo observado en una red donde las conexiones se distribuyesen al azar entre los nodos, es decir, en una red existen grupos de nodos muy conectados entre sí (pequeños-mundos) pero poco conectados con otros grupos de nodos; y (2) el número mínimo de conexiones para conectar dos elementos de la red es muy bajo y muy parecido al obtenido para una red construida al azar (para las descripciones formales de estas medidas, ver Montoya y Solé 2001). En realidad, las redes con propiedades de pequeños-mundos se encuentran a medio camino entre redes totalmente ordenadas y regulares y redes totalmente azarosas.

¿Por qué es tan relevante conocer la estructura de las redes? Sencillamente, porque la estructura siempre afecta a la función. Por ejemplo, la topología de pequeños-mundos de Internet facilita la transmisión de información de manera mucho más eficiente que otro tipo de topologías y, en general, este tipo de arquitectura de las interacciones confiere una gran capacidad de recuperación de los sistemas ante perturbaciones de diversa índole.

Esta pretendida arquitectura universal también se observa en las redes ecológicas. Dos de nosotros hemos encontrado evidencia de esta estructura universal de pequeños mundos en las tres redes tróficas más ricas en especies y mejor descritas taxonómicamente hasta la fecha (Montoya y Solé 2001). Estas redes corresponden al estuario del río Ythan, en el Reino Unido (134 especies), al lago Little Rock, en Estados Unidos (182 especies), y al ecosistema terrestre asociado a Cytisus scoparius en los alrededores de Silwood Park (Inglaterra), con 154 especies (para más detalles sobre las tres redes tróficas, ver Solé y Montoya 2001). Estudios previos realizados por otros autores ya habían sugerido que las redes tróficas suelen estar más compartimentalizadas de lo que sería esperable al azar, si bien las medidas que se habían empleado en dichos estudios analizaban las similitudes tróficas entre especies (es decir, los agrupamientos de especies que comparten un determinado porcentaje de presas y depredadores) (Solow y Beet 1998). ¿Afecta la topología de pequeños-mundos a propiedades fundamentales del ecosistema como su fragilidad o su persistencia? La respuesta es sí, pero veamos antes de profundizar en ello otro aspecto característico de algunas redes complejas, entre ellas las ecológicas: la distribución de conexiones entre especies.

Como podéis comenzar a observar, la autoorganización de los sistemas complejos elude configuraciones completamente interconectadas, generando otras bien distintas y muy idiosincrásicas denominadas de pequeños mundos.  Estas generan universos dentro de universos, por los que los elementos de un sistema interaccionan más estrechamente entre sí.

Quien conozca la blogosfera inmediatamente entenderá la lógica subyacente. Por mucho que me interesaran todas las bitácoras relacionadas con los recursos naturales, las de los suelos me despiertan una mayor atención (soy edafólogo). Del mismo modo, no todas versan sobre los mismos temas, por lo que tenderé a visitar las que son más afines a mis preocupaciones y puntos de vista (o las que pueden considerarse ideológicamente enemigas). En mi caso, tal gozo en un pozo. No hay más de cuatro blogs que se dediquen a divulgar el universo de los suelos (al menos en español, inglés y francés), y dos de ellas no son más que proto-bitácoras (atesoran escasos contenidos, y como mucho son actualizadas anualmente). La otra procede de EE.UU., distando mucho de seguir mi línea argumental. Por tanto, me encuentro poco “conectado” y relegado a los confines del ciberespacio, sin que ello, a pesar de los criterios del ranking Technorati, signifique que nuestra bitácora reciba pocas vistas. Todo lo contrario. Otra falsa concepción que se da como cierta en la blogosfera.   

Montoya y colaboradores nos muestran a demás como   “el número mínimo de conexiones para conectar dos elementos de la red es muy bajo y muy parecido al obtenido para una red construida al azar” En otras palabras, la naturaleza de los sistemas complejos implica que estos tienden a transmitir más eficientemente la información eludiendo la ingenua utopía de la conectividad global, que pertenece al dominio de los mundos totalmente ordenados, pero que resulta ser muy poco robusta (resiliencia) ante las perturbaciones. Expongámoslo de la manera más sencilla posible. En un ciberespacio o ecosistema, una conexión total implica una interdependencia global. Si un elemento falla o desaparece (se extingue) se derrumba toda la organización. Imagínense un ataque informático novedoso en una ciberespacio plenamente interconectado. ¿Cuál sería el resultado? (…) Efectivamente, ¡el colapso se la Web!. Lo mismo ocurría en un ecosistema. Podéis visitar también los tres post sobre mundos pequeños del blog Reología.

Continuará……….

Juan José Ibáñez  

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