Cuando se trata de redes, la naturaleza supera a la ingeniería

Escrito originalmente por la Universidad de Nuevo México y publicado en phys.or el 17 de marzo de 2026

Editado por Lisa Lock, reseñado por Robert Egan

Crédito: Pixabay/CC0 Dominio Público

Las redes existen tanto en la naturaleza —sistemas biológicos como las redes tróficas y las redes reguladoras de genes— como en sistemas diseñados por ingenieros como se ve en las redes eléctricas. Aunque los sistemas naturales y diseñados comparten un objetivo general: proporcionar un mecanismo para que sus componentes interactúen transmitiendo así información. Pero hay un sistema que parece tener una clara ventaja, según hallazgos publicados recientemente por un equipo liderado por la Universidad de Nuevo México. En este caso, el equipo descubrió que, cuando se trata de redes, la naturaleza supera a la ingeniería .

Un nuevo estudio compara redes naturales con las creadas por el hombre

"La Frecuencia de Respuesta de las Redes como Sistemas Abiertos", publicado en Nature Communications, fue escrito por el exestudiante de posgrado de la UNM Amirhossein Nazerian, actualmente en la Universidad Estatal de Colorado; Malbor Asilani, Universidad Estatal de Florida; Melvyn Tyloo, Universidad de Exeter; Wai Lim Ku, Universidad Howard; y Francesco Sorrentino, profesor de ingeniería mecánica en la UNM.

Sorrentino dijo que una cuestión central que motivó esta investigación es si la estructura de una red en sí misma influye sobre cómo se mueven las señales a través de ella. En otras palabras, ¿algunas redes son naturalmente mejores transmitiendo señales mientras que otras tienden a suprimirlas?

Para encontrar la respuesta a esa pregunta, Sorrentino y su equipo desarrollaron un marco matemático que les permitió cuantificar cuánto se amplifica o atenúa una señal que entra en una red a medida que se propaga por el sistema.

"Esto nos permitió comparar sistemáticamente muchas redes reales diferentes e investigar cómo su estructura moldea la forma en que responden a las entradas externas", afirmó.

Por qué las redes de la naturaleza transmiten mejor las señales

Los hallazgos fueron claros, ya que los sistemas hechos por la naturaleza tienen algunas ventajas claras. "Nuestro estudio revela una diferencia notable entre  las redes naturales y las diseñadas por humanos", dijo Sorrentino.

Sorrentino explicaba que el hallazgo, aunque nuevo y digno de mención, es lógico. "Muchos sistemas biológicos están estructurados de manera que facilitan la transmisión de señales, lo cual tiene sentido porque estos sistemas dependen del flujo eficiente de información, energía o actividad regulatoria para funcionar correctamente."

En cambio, los sistemas diseñados, como las redes eléctricas, tienden a estar diseñados para suprimir la amplificación de señales y perturbaciones. "En estos sistemas, la propagación descontrolada de la señal podría llevar a inestabilidad o fallo", dijo Sorrentino. "Identificar esta distinción fundamental nos ayuda a comprender mejor cómo los diferentes tipos de redes están moldeados, ya sea por presiones evolutivas en la naturaleza o por requisitos de estabilidad en el diseño de ingeniería."

Estructuras compartidas entre redes biológicas

Dijo que uno de los hallazgos más sorprendentes fue que muchas redes biológicas comparten una característica estructural que naturalmente promueve la transmisión de señales.

Explicó que las redes biológicas suelen organizarse de formas cercanas a estructuras acíclicas dirigidas, lo que significa que las señales tienden a fluir en una dirección preferida sin bucles de retroalimentación fuertes. Esta arquitectura favorece naturalmente la propagación de señales a través del sistema.

"Lo que hace esto especialmente llamativo es que tales estructuras aparecen en muchos contextos biológicos diferentes, desde redes tróficas ecológicas hasta redes reguladoras celulares", dijo Sorrentino. "Esto sugiere que la evolución puede favorecer arquitecturas de red que transmitan señales de manera eficiente a través de diferentes escalas de organización biológica."

Implicaciones en ingeniería y aplicaciones reales

Señaló que un aspecto interesante del estudio es que el equipo caracterizó los gráficos de Bode de las redes, que describen cómo un sistema lineal responde a señales entrantes con diferentes frecuencias y que se enseñan regularmente en el plan de estudios de ingeniería mecánica de grado en la UNM.

Este estudio, que analiza cómo las redes transmiten o bloquean señales, tiene varias aplicaciones en el mundo real. Por ejemplo, en las redes eléctricas, los ingenieros quieren evitar que las perturbaciones se propaguen por la red y causen fallos a gran escala.

"Nuestro estudio ayuda a identificar características estructurales que suprimen la amplificación de la señal y podría resultar informativo para el diseño futuro de las redes eléctricas y estrategias de resiliencia", afirmó.

En los sistemas biológicos, la capacidad de transmitir señales de forma eficiente suele ser esencial.

"Por ejemplo, las redes reguladoras de genes deben transmitir información regulatoria entre genes, mientras que las redes tróficas transmiten energía y biomasa a través de los ecosistemas", explicó Sorrentino. "Al identificar patrones estructurales que promueven o inhiben la propagación de señales, nuestro trabajo ofrece una nueva forma de entender cómo funcionan estos sistemas complejos."

Próximos pasos para la investigación en ciencia de redes

Sorrentino, cuya carrera se ha centrado en diversos aspectos y aplicaciones de la teoría del control y en cómo funcionan los sistemas de redes (fue galardonado con el Premio Trailblazer de los National Institutes of Health en 2020 por un proyecto relacionado con la administración de fármacos), dijo que este estudio abre la puerta a nuevas y emocionantes oportunidades para futuras investigaciones.

Dijo que un paso importante es estudiar cómo cambia la propagación de la señal cuando las redes evolucionan con el tiempo o cuando sus conexiones se adaptan dinámicamente.

"Muchos sistemas del mundo real —desde redes cerebrales hasta sistemas de infraestructura— cambian continuamente su conectividad, y entender cómo esto afecta a la transmisión de señales es un desafío importante", dijo Sorrentino.

Detalles de publicación

Amirhossein Nazerian et al, La respuesta en frecuencia de las redes como sistemas abiertos, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-68602-1

Información de la revista: Nature Communications 

Proporcionado por la Universidad de Nuevo México 

Artículo original