Presentato su “Nature” Physics un semplice modello in grado di simulare il comportamento di una rete complessa. Dagli ecosistemi ai consigli di amministrazione, dalle interazioni sociali alle collaborazioni scientifiche, il meccanismo proposto descrive le dinamiche di auto-organizzazione. Alla ricerca hanno contribuito Diego Garlaschelli dell'Università di Siena, Andrea Capocci dell'Università Sapienza di Roma e Guido Caldarelli dell'INFM-CNR.

World Wide Web e mercati finanziari, proteine ed ecosistemi: il panorama delle reti complesse che presentano fenomeni di auto-organizzazione analoghi è davvero vasto. Ma come descriverne in modo semplice il comportamento ? Diego Garlaschelli dell'Università di Siena, Andrea Capocci dell'Università Sapienza di Roma e Guido Caldarelli ricercatore dell'INFM-CNR propongono su Nature Physics un modello in grado di simulare in modo realistico l'evoluzione delle reti complesse.

In questi sistemi esistono differenze sostanziali tra le componenti della rete, chiamate vertici: alcuni sono collegati a moltissimi elementi, mentre altri sono pressoché isolati. In queste reti, inoltre, le regole del gioco cambiano progressivamente perché le interazioni tra un vertice e gli altri elementi ad esso più vicini finiscono con il modificare anche il vertice di partenza.

Nella ricerca pubblicata su “Nature” gli elementi della rete sono contraddistinti da una proprietà, chiamata fitness, che rappresenta, per esempio, l'abilità di una specie di sopravvivere in un ecosistema. Il modello simula l'evoluzione della rete sostituendo ai vertici con minore fitness nuovi vertici con fitness estratta a caso perché nell'evoluzione naturale le mutazioni sono cieche: il risultato che così si ottiene non dipende dalla configurazione iniziale e corrisponde a quanto si osserva nelle reti naturali.

Per esempio, in un ecosistema le specie sono legate fra loro da rapporti di predazione e quando si simula una dinamica di tipo darwiniano, in cui ogni passo dell'evoluzione è caratterizzato dall'estinzione della specie con minore abilità, le estinzioni si propagano alle specie predate ed a quelle predatrici. L'intero ecosistema così si modifica, ma qualunque sia la configurazione di partenza, la rete finale avrà sempre proprietà simili a quelle che si osservano in natura.

Guido Caldarelli dell'INFM-CNR spiega che lo studio ha preso spunto proprio da un preesistente modello per la descrizione degli ecosistemi. “Il modello affrontava le relazioni tra prede e predatori in natura usando il meccanismo della catena alimentare, molto poco realistico perché difficilmente una specie viene predata solo da un'altra. Per riuscire a ricostruire l'effettivo comportamento del sistema e le sue possibili evoluzioni bisogna pensare alla rete alimentare, la food web, in cui un predatore può avere diverse fonti di cibo ed esistono animali che molto più di altri sono a rischio perché vittime di moltissimi predatori”.

Il modello presentato su “Nature” simula con grande efficacia ciò che accade non solo in un ecosistema, ma anche in moltissime altre reti che vanno dai consigli di amministrazione, alle interazioni sociali, alle collaborazioni scientifiche, ai segnali del metabolismo.

Data articolo: novembre 2007

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