Vivimos rodeados de redes: tráfico, infraestructuras, la WWW, etc. También vivimos integrados en redes, como las formadas por nuestros lazos familiares y de amistad, las colaboraciones, los medios sociales. Pero lo más importante es que estamos formados por redes, como nuestras redes músculo-hueso, redes de comunicación órgano-órgano, redes vasculares, redes cerebrales, entre otros. Todas estas redes existen con el fin de permitir la navegación de elementos entre sus nodos a diferentes escalas de tiempo. ¿Cómo es que no sufrimos constantemente el colapso de estas redes debido a un uso tan intensivo de la navegación? Nuestros corazones están sometidos a un flujo sanguíneo intenso, sobre todo cuando hacemos ejercicio físico. No obstante, nuestro corazón crea «vasos colaterales» o «bypass naturales», formados por vasos muy pequeños, similares a pelos (capilares), que interconectan las arterias coronarias y sus zonas de servicio. Estas derivaciones naturales facilitan el flujo sanguíneo en situaciones de gran demanda, como durante el entrenamiento con ejercicio o cuando hay oclusiones en las arterias principales.

Los investigadores del IFISC (UIB-CSIC) Ernesto Estrada y Lucas Lacasa, junto con Jesús Gómez-Gardeñes (Universidad de Zaragoza), han publicado un estudio en Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA que muestra cómo la formación y evolución de las redes tiene un mecanismo oculto para crear de manera natural bypasses (atajos) que, según demuestran, facilitan la navegabilidad de la red. Este mecanismo aumenta la eficacia de la comunicación entre pares de entidades (nodos) en una red a medida que el sistema se complica, ahorra un poco de energía en el proceso y el sistema puede utilizarla después para otras funciones. En una red siempre hay caminos que conectan dos nodos con un número mínimo de pasos. Son los llamados caminos más cortos (geodésicos) entre los nodos correspondientes. Sin embargo, para navegar por una red a través de los caminos más cortos, es necesario tener un mapa de su estructura global, lo cual es una tarea imposible en muchas situaciones del mundo real, como en el cerebro. Entonces, la mayor parte de la navegación en estas redes se produce a través de procesos difusivos, como cuando se deja caer café en un tazón de leche. Los autores descubrieron que, durante la evolución de la red, surgen algunos caminos creados al azar como alternativa a los más cortos. Aunque estos caminos alternativos conectan el mismo par de nodos con rutas ligeramente más largas que el camino más corto, estos caminos atraviesan a la vez regiones menos conectadas de la red.

Los autores desarrollaron una teoría matemática que demostraba que estos caminos alternativos permiten que un navegante sin un mapa de toda la red llegue a su destino con menos posibilidades de perderse que cuando utiliza el camino más corto. Para cuantificar si un navegante «ciego» se estimaría más ir por el camino más corto o por el alternativo, definieron una manera de cuantificar la energía ahorrada al ir por la ruta alternativa. A veces, navegar por estas rutas alternativas compensa al navegante aunque haga un camino ligeramente más largo. Los investigadores las denominaron bypasses de la red. Las derivaciones no pueden crearse sin un cierto coste para la red. Este coste se paga en términos de desorden, es decir, aumenta la entropía de la red. Sin embargo, descubrieron que un pequeño aumento en el desorden de una red es suficiente para generar bypasses útiles.

Estrada, Gómez-Gardeñes y Lacasa aplicaron sus conclusiones al estudio de una gama amplia de redes del mundo real, desde las sociales a las tecnológicas, pasando por las infraestructurales, las biológicas y las informativas. En general, descubrieron que la mayoría de las redes contienen derivaciones, pero que algunas contienen muchas más que otras. En la parte inferior de la clasificación encontraron redes que no habían sido diseñadas para ser navegadas de manera aleatoria, como las redes eléctricas o los circuitos electrónicos. La falta de derivaciones eficaces en estas redes es un indicio de su vulnerabilidad, como hemos visto durante los apagones —una cascada de fallos en la red eléctrica—, argumentan los autores. En estos casos, la cantidad de energía que se ahorra si se utilizan las derivaciones existentes es, en efecto, relativamente baja.

Por el contrario, los autores encontraron redes —como el cerebro humano— en las que el uso de bypasses ahorra mucha energía y tiempo en el proceso de comunicación. Por ejemplo, el análisis de una red del cerebro humano que muestra regiones que coactiven juntas identifica que hay pares de regiones cuya comunicación mediante bypasses representa más de un 200 por ciento de ahorro de tiempo en comparación con la navegación por el camino más corto, lo que señala la importancia de estos resultados para entender la plasticidad de los sistemas complejos.