En abril de 2016, y en colaboración con la Fundación Sicomoro, varios miembros de ComplejiMad organizamos un Curso de Introducción a los Sistemas Complejos. Todos los vídeos del curso están disponibles en el canal de youtube de la Fundación. A continuación podéis ver el programa del curso y una breve biografía de los ponentes.
Introducción a los Sistemas Complejos
Anxo Sánchez
En esta charla se hace una introducción a los conceptos básicos de los sistemas complejos, partiendo de su origen en la física. Para ello se parte de la perspectiva de sistemas de muchas partículas en interacción para luego describir qué ingredientes se utilizan en el estudio de los mismos: física estadística y física no lineal, desde las que se toman las ideas de transiciones de fase, formación de patrones, caos, etc. Tras esta introducción, muy sencilla, se presentan algunos ejemplos de modelos de sistemas complejos que aportan información sobre la vida real, concretamente en atascos de tráfico, dinámica electoral y de opiniones, mercados financieros, etc. Estos ejemplos ponen de manifiesto como las características más importantes de los sistemas complejos transcienden el marco de la física y son útiles para entender muchos otros problemas de los más diversos ámbitos.
Sociofísica
Anxo Sánchez
Una de las principales aplicaciones de la ciencia de la complejidad es en el estudio de los sistemas sociales, aportando una perspectiva distinta a la de las ciencias sociales tradicionales (economía, sociología, etc.). En el espíritu de la ciencia de la complejidad, el foco de interés es la interacción entre los componentes de los sistemas (personas, empresas, etc.). Presentaremos ejemplos de cómo a partir de las interacciones entre personas se pueden abordar los fenómenos sociales con modelos de ordenador, y cómo esos modelos de ordenador requieren la información de experimentos diseñados para entender las interacciones en su construcción.
Econofísica
Bartolo Luque
Desde hace un par de décadas aparecen con regularidad artículos sobre finanzas y economía en revistas de física teórica. Al corpus científico que se está generando se le ha denominado Econofísica (Econophysics). Al igual que la biofísica o la geofísica estudian procesos propios de la biología y la geología desde la perspectiva de la física, la econofísica trata de aplicar los métodos propios de esta ciencia a la teoría económica. En esta breve introducción veremos cómo los físicos con sus nuevos enfoques y técnicas están obteniendo resultados inesperados que, en muchos casos, no están acorde con las teorías financieras y económicas al uso.
Fractales e invarianza de escala
Bartolo Luque
¿Qué tienen en común los brócolis, las nubes y los cráteres meteoríticos? Todos exhiben fractalidad. Una nueva ciencia como la de los Sistemas Complejos, requería una nueva manera de caracterizar las formas: la geometría fractal. En esta charla aprenderemos qué es un fractal, dónde aparecen, dónde se usan y qué nos desvelan. Veremos que, en el fondo, la invarianza de escala, que va más allá de la geometría, es el concepto crucial.
El juego de la evolución
Jose Cuesta
La Teoría de Juegos describe situaciones estratégicas en las que dos o más individuos enfrentados deben decidir lo que más les interesa sabiendo que los demás harán los mismo. Por ello se ha convertido en el lenguaje habitual de la Economía. Y por ello resulta sorprendente que sea también el lenguaje de la evolución. Los seres vivos se enfrentan en «juegos», el resultado de los cuales decidirá su destino en la competencia con los demás. La Teoría de Juegos Evolutivos, como así se denomina, es la otra cara de una teoría genuinamente económica, en la que los postulados son diametralmente opuestos y sin embargo las conclusiones son similares. El objetivo de esta charla es ilustrar brevemente los principios de la Teoría de Juegos clásica, para luego traducirla al lenguaje evolutivo e ilustrar, con ejemplos tomados de la biología, cómo esta teoría puede explicar comportamientos observados en la naturaleza.
Genes y genealogías humanas
Susanna Manrubia
El legado de Darwin se extiende más allá de la Biología. Procesos de herencia análogos a los que transmiten la memoria de nuestro origen biológico operan en nuestro pedigree cultural. Son ejemplos nuestros apellidos, el árbol de nuestros ancestros o la lengua que hablamos. Nuestros padres nos han dado nombre y nos han legado los apellidos que dicen quién somos. Una multitud de antepasados han cruzado sus genes para producir los que cada uno de nosotros tenemos. Pero si comparamos los árboles genealógicos de dos individuos coetáneos, descubrimos que, al remontarnos a un tiempo no muy lejano, resultan idénticos. No somos muy distintos en cuanto a genealogía; sin embargo, las diferentes maneras en que pueden combinarse los genes son tantas que generan una enorme variabilidad individual. En este contexto nos preguntamos, ¿cómo de importante es nuestro legado genético? ¿Hasta qué punto nos condiciona? En esta charla revisaremos datos cuantitativos sobre nuestras características culturales y biológicas, con la intención de comprender cómo aparecen algunas regularidades y, a la vez, deshacer algunos mitos sobre la relevancia de la herencia.
Redes complejas
Javier Galeano
En esta charla se hace una introducción a los conceptos básicos de las redes complejas. Iniciaremos definiendo el concepto de grafo. Tras esta breve descripción veremos algunos ejemplos de diferentes ámbitos donde se han aplicado las redes complejas con éxito. En la última parte de la introducción, profundizaremos en las redes utilizando un caso de estudio. Tras esta introducción, veremos los primeros modelos de redes y algunos de los casos donde se aplicaron. Terminaremos viendo algunas sorprendentes propiedades de las redes complejas, como “Small world” para finalizar con un ejemplo práctico en donde se pueden aplicar las redes, en particular grafos de colores.
Complejidad en Biología
Ester Lázaro
La materia viva se organiza en diferentes niveles de complejidad creciente: moléculas, macromoléculas, células, tejidos, órganos, sistemas de órganos, organismos, ecosistemas y finalmente la biosfera. En cada uno de esos niveles la interacción entre sus componentes conduce a la generación de información adicional, la cual se manifiesta en la emergencia de nuevas propiedades, no deducibles del análisis de los elementos del nivel inferior. Así, la función de una proteína no está determinada únicamente por su secuencia de aminoácidos, o el funcionamiento de un organismo no puede estudiarse simplemente analizando los tipos de células que lo componen. Desde esta perspectiva, la vida debería ser estudiada como un conjunto de redes (genéticas, metabólicas, ecológicas, etc.) que se relacionan entre ellas y también con el ambiente externo. Cualquier pequeña perturbación de los elementos que interaccionan en estas redes, o del ambiente en el que están inmersas, puede tener consecuencias impredecibles. Ahora sabemos que somos mucho más que nuestros genomas y los estudios sobre epigenética muestran que el ambiente nos moldea mucho más allá de lo que imaginábamos. En esta charla profundizaremos en estos conceptos, intentando mostrar que, a pesar de su utilidad en épocas pasadas, los biólogos deben abandonar el reduccionismo y el determinismo para así poder seguir avanzando en el conocimiento de la vida.
El profesor Angel Sánchez se doctoró en Física Teórica y Física Matemática con premio extraordinario en la Universidad Complutense de Madrid, en 1991. Fue becario Fulbright postdoctoral en el Los Alamos National Laboratory (USA) entre 1993 y 1994. Hoy en día es catedrático de Matemática Aplicada en la Universidad Carlos III de Madrid, en la que fundó el Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos (GISC, www.gisc.es) en 1996. Es también investigador senior y miembro del Comité Científico del Instituto UC3M-Banco Santander de Big Data Financiero, e investigador asociado del Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza. Es autor de más de 150 artículos en revistas internacionales de prestigio, habiendo recibido más de 3500 citas (h=34), y ha sido conferenciante invitado en unas 50 conferencias nacionales e internacionales. Ha dirigido 18 proyectos de investigación, financiados por el Gobierno de España, la Comunidad de Madrid, la OTAN, la European Science Foundation y los programas Marco 7 y H2020 de la Unión Europea. Actualmente coordina el proyecto FET Open de la Unión Europea IBSEN (www.ibsen-h2020.eu). Es miembro del Consejo Editorial de las revistas Scientific Reports, PLOS ONE y Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment. Su investigación se centra en las aplicaciones de la física de sistemas complejos a las ciencias sociales, y ha contribuido al avance científico en campos muy diversos, que van de la economía a la física de la materia condensada pasando por la ecología y la informática teórica.
Ester Lázaro es doctora en Ciencias Biológicas por la Universidad Autónoma de Madrid. Realizó su tesis doctoral en el Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” sobre el mecanismo de acción de diversos antibióticos inhibidores de la biosíntesis de proteínas. Después de una estancia postdoctoral en el Instituto de Neurobiología “Santiago Ramón y Cajal”, trabajó durante dos años en la industria farmacéutica. En el año 1999 se incorporó al Centro de Astrobiología (INTA-CSIC) donde dirige el grupo de “Estudios de evolución experimental con virus y microorganismos”, que se dedica a la investigación de la dinámica y las bases moleculares de la adaptación biológica utilizando virus RNA como modelo. Actualmente es investigadora científica de los Organismos Públicos de Investigación. A lo largo de su carrera ha publicado un buen número de artículos científicos en revistas internacionales y ha realizado numerosas presentaciones en congresos. Además colabora como profesora impartiendo clases en diversos másters, grados, cursos de formación del profesorado, etc. Estas tareas las compatibiliza con una intensa labor divulgadora para acercar la ciencia al gran público a través de conferencias, artículos en prensa y participaciones en programas de radio y televisión.
Bartolo Luque es doctor en físicas por la Universidad Politécnica de Catalunya. Es profesor del departamento de Matemática Aplicada y Estadística de la ETSI Aeronáutica y del Espacio de la Universidad Politécnica de Madrid. Ha escrito más de un centenar de artículos de divulgación científica en prensa. Es autor de libros como “Marte y vida: ciencia y ficción”, “El mundo es un pañuelo y otros ensayos científicos”, “Astrobiología: un puente entre el Big Bang y la vida”, “Evolución y Complejidad” y “10.000 años mirando estrellas”. Durante tres temporadas, junto al astrónomo Fernando Ballesteros, realizó la sección “Los Sonidos de la Ciencia” en Radio 1 de Radio Nacional de España, dentro del magazín “No es un día cualquiera”. Además de su pasión divulgadora, investiga en sistemas complejos, teoría de números y el desarrollo de nuevas herramientas de análisis de series temporales. Ha publicado sobre estos temas más de 50 artículos en revistas internacionales como Nature, PNAS o PRL.
José A. Cuesta se licenció en Ciencias Físicas y se doctoró en Física Fundamental, con sendos premios extraordinarios, en la Universidad Complutense de Madrid, en 1987 y 1992 respectivamente. Actualmente es catedrático de Matemática Aplicada en la Universidad Carlos III de Madrid, donde forma parte del Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos (GISC, www.gisc.es). Es también investigador asociado al Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza desde 2012; del York Centre for Complex Systems Analysis (YCCSA), de la Universidad de York (Reino Unido) desde 2013, y del Instituto Mixto UC3M-Banco Santander de Big Data Financiero desde su fundación en 2015. Es autor de un centenar de artículos en revistas internacionales de prestigio, habiendo recibido más de 3300 citas (índice h=30), ha sido invitado a impartir 24 cursos o seminarios en diversos centros nacionales e internacionales y ha realizado contribuciones en más de 130 congresos. Ha participado en la organización de 9 congresos nacionales e internacionales y ha sido miembro del comité científico del congreso FisEs entre 2003 y 2008. Ha dirigido 12 proyectos de investigación, financiados por el Gobierno de España y la Comunidad de Madrid. Ha dirigido 5 tesis doctorales (2 de ellas con premio extraordinario) y actualmente dirige otras 2. Es Associate Editor de BMC Evolutionary Biology, Co-Editor de Europhysics Letters y revisor asiduo de prestigiosas revistas internacionales; forma parte del panel de diversas agencias de evaluación, y ha sido convocado como evaluador de los programas Ramón y Cajal y Juan de la Cierva en varias ocasiones. Su investigación se centra en las aplicaciones de la física de sistemas complejos a la teoría evolutiva, tanto en sistemas biológicos como en los sociales y culturales, y ha contribuido al avance científico en campos muy diversos, entre los que cabe destacar la física de la materia condensada, la biología, la ecología, la sociología o la informática.
Javier Galeano es licenciado en Ciencias Físicas por la Universidad Complutense de Madrid y doctor en ciencias físicas por la Universidad Nacional de Educación a Distancia. Es profesor titular en el departamento de Ingeniería Agroforestal de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas. He participado en diferentes concursos y proyectos de divulgación (Ciencia en Acción, Pint of Science, TedxMadrid). He recibido el premio en Ciencia en Acción en la categoría de Ciencia, Ingeniería y Valores con el trabajo ‚”Ciencia y conciencia para la Universidad”‚ y el premio al mejor artículo de enseñanza en las publicaciones de la la Real Sociedad Española Física-Fundación BBVA 2014 con “Guía básica para fotografiar estrellas con una cámara réflex”. Investigo y doy clases sobre redes complejas donde he publicado unos 20 trabajos sobre el tema en revistas internacionales.
Susanna Manrubia es licenciada en Física por la Universitat de Barcelona (1992), realizó su tesis doctoral en la Universidad Politécnica de Cataluña, bajo la supervisión de Ricard Solé. Después, se trasladó a Berlín donde hizo su primer post-doctorado (1997-2000) en el Fritz-Haber-Institut de la Max Planck Society, supervisado por Alexander S. Mikhailov, donde disfrutó de una beca Humboldt. En su último año en Alemania trabajó en el Max Planck Institute of Colloids and Interfaces. Entre marzo de 2001 y mayo de 2014, trabajó el Centro de Astrobiología, donde coordinó el programa sobre Evolución Molecular y lideró un grupo de trabajo sobre sistemas evolutivos. En mayo 2014 se unió al programa de Biología de Sistemas del Centro Nacional de Biotecnología (CSIC). Entre 2011 y 2016 fue editora de BMC Evolutionary Biology (sección Theories and Models). Es miembro fundador de la Junta Editorial del Virus Evolution, revista nacida en la primavera de 2015.