ƑQué es un sistema complejo? Es un sistema
compuesto de muchos elementos, los cuales interactúan entre
sí. Mientras más elementos y/o más interacciones
entre ellos haya será más complejo.
Lunes en la Ciencia, 11 de diciembre del 2000
Conocer el universo a través de la interacción de sus componentes
Sistemas complejos
Carlos Gershenson
ƑEn qué se parecen los incendios forestales, las epidemias y el universo? A primera vista no tienen muchas cosas en común, ya que se encuentran en contextos muy distintos. Pero al estudiarlos cuidadosamente, se ha podido describir su comportamiento con el mismo modelo, ya que se propagan de manera similar. ƑSe pueden describir fenómenos que, aunque estén en contextos distintos, se comportan de forma parecida? Sí, el mundo está lleno de tales fenómenos y se están empezando a estudiar utilizando la teoría de Sistemas Complejos.
ƑQué es un sistema complejo? Es un sistema
compuesto de muchos elementos, los cuales interactúan entre
sí. Mientras más elementos y/o más interacciones
entre ellos haya será más complejo.
No podemos decir que un sistema es simplemente complejo o simple, ya que un sistema puede tener distintos grados de complejidad. Pero sí podemos decir que a cualquier sistema, mientras se le agreguen más elementos y/o más interacciones, se incrementará la complejidad del sistema, por ejemplo, la trayectoria de planetas orbitando en sistemas de una sola estrella es simple, ya que puede describirse fácilmente el comportamiento gravitacional entre la estrella y los planetas orbitando a su alrededor elípticamente. Pero si al sistema planetario le agregamos otra estrella, y las dos están girando, las órbitas planetarias se vuelven mucho más complejas. Y si pudiésemos tener un sistema planetario con tres estrellas (aunque no conozco ninguno), las órbitas planetarias serían casi impredecibles.
ƑPero en qué áreas son útiles los sistemas complejos? La pregunta debería de ser más bien en cuáles no. Podemos encontrar sistemas complejos desde biología molecular hasta economía, desde física hasta sociología, desde matemáticas hasta neurología. En todas partes donde queramos comprender cómo funciona un sistema con muchos elementos interactuando entre sí.
Las propiedades de un sistema complejo que son el resultado de las interacciones entre sus elementos (o sea, que las propiedades que el sistema tiene pero sus elementos no), se llaman emergentes, por ejemplo, la célula puede verse como un sistema de proteínas, las cuales interactúan de forma tal que la célula tiene vida. Las proteínas no están vivas, pero la célula sí. ƑDe dónde sale la vida, si la célula está compuesta sólo de proteínas? Es una propiedad emergente dada por la compleja interacción de las proteínas en la célula. Algo similar ocurre en el cerebro con las neuronas y la mente. Las neuronas por sí mismas no tienen capacidades cognitivas, pero al interactuan complejamente en el cerebro dan posibilidad a la mente de emerger.
šUn momento! Las proteínas son estudiadas por la biología molecular, y su comportamiento aislado es simple. Estas, al interactuar forman sistemas más y más complejos, hasta que emerge la vida. Pero la vida es estudiada por la biología y un ser vivo aislado es un sistema simple. A su vez, los seres vivos al interactuar entre sí forman sistemas más y más complejos, hasta formar sociedades. Pero los fenómenos sociales son simples para la sociología. Por otro lado, una neurona es un sistema simple para la neurofisiología. Y sistemas complejos de neuronas dan cabida a la mente, la cual es estudiada "simplemente" por la psicología.
ƑQué pasa? Por lo visto, los sistemas no se vuelven complejos indefinidamente. Si estamos agregando más y más elementos a un sistema Ƒpor qué no se vuelve más complejo? No es que no se vuelva más complejo, lo que sucede es que el sistema cambia de nivel de abstracción. Esto es, si para la sociología el comportamiento de una sociedad es un sistema simple, no lo es para la biología molecular. Esto es, la sociología está viendo el sistema desde el punto de vista de sociedad. Pero si queremos ver una sociedad desde el punto de vista de las proteínas que la componen, estamos en problemas. Podemos decir que un nivel de abstracción es determinado por un grupo de conceptos que el observador puede manejar como elementos de un sistema (por ejemplo, átomos, proteínas, células). Si nos alejamos de un nivel de abstracción, la complejidad que emerge de un sistema se incrementa, pero al acercarnos al siguiente nivel de abstracción, podemos decir que emerge simplicidad, dado el cambio de niveles de abstracción.
Las ciencias actuales estudian distintos niveles de abstracción. Los sistemas complejos tratan de cerrar las brechas entre distintos niveles de abstracción, al comprender un nivel de abstracción a partir de elementos del nivel de abstracción inferior. Algunos niveles de abstracción que podemos identificar son quarks, partículas subatómicas, átomos, moléculas, proteínas, células, organismos, sociedades, ecosistemas, sistemas planetarios, galaxias, universo. Entre cada uno de ellos hay complejidad emergente al darse interacciones entre elementos de cada nivel de abstracción, pero después hay una simplicidad emergente que lleva al siguiente nivel de abstracción. Las ciencias actuales describen distintos niveles de abstracción. Parece ser que una tendencia actual en las ciencias es, con la ayuda de sistemas complejos, tratar de explicar un nivel de abstracción a partir de las interacciones de elementos de un nivel de abstracción inferior, y así comprender mejor nuestro mundo. Todos los interesados están invitados a subirse al barco.
El autor es estudiante-investigador en el Instituto de Química de la UNAM