Det är trots allt en liten värld – och nu har vetenskapen förklarat varför. En studie utförd av University of Leicester och KU Leuven, Belgien, undersökt hur små världar dyker upp spontant i alla typer av nätverk, inklusive neuronala och sociala nätverk, ger upphov till det välkända fenomenet "sex grader av separation".

Många system visar komplexa strukturer, varav en utmärkande egenskap är nätverksorganisation i en liten värld. De uppstår i samhället såväl som i ekologiska nätverk och proteinnätverk, nätverken i däggdjurshjärnan, och till och med mänskligt byggda nätverk som Bostons tunnelbana och World Wide Web.

Forskarna försökte undersöka om detta är en slump att sådana strukturer är så utbredda eller om det finns en gemensam mekanism som driver deras uppkomst?

En studie som nyligen publicerades i Vetenskapliga rapporter av ett internationellt team av akademiker från University of Leicester och KU Leuven visade att dessa anmärkningsvärda strukturer nås och underhålls av nätverksspridningen, det vill säga trafikflödet eller informationsöverföring som sker på nätet.

Forskningen presenterar en lösning på den långvariga frågan om varför de allra flesta nätverk runt omkring oss (WWW, hjärna, vägar, kraftnätsinfrastruktur) kan ha en märklig men ändå gemensam struktur:liten världstopologi.

Studien visade att dessa strukturer uppstår naturligt i system där informationsflödet redovisas i deras utveckling.

Nicholas Jarman, som nyligen avlagt sin doktorsexamen vid Matematiska institutionen, och är första författare till studien, sa:"Algorithmer som leder till nätverk i en liten värld har varit kända inom forskarvärlden i många decennier. Watts-Strogatz-algoritmen är ett bra exempel. Watts-Strogatz-algoritmen, dock, var aldrig tänkt att ta itu med problemet med hur småvärldens struktur uppstår genom självorganisering. Algoritmen modifierar bara ett nätverk som redan är mycket organiserat."

Professor Cees van Leeuwen, som ledde forskningen vid KU Leuven sa:"Nätverksspridningen styr nätverksutvecklingen mot uppkomsten av komplexa nätverksstrukturer. Framväxten sker genom adaptiv omkoppling:progressiv anpassning av strukturen till användning, skapa genvägar där nätverksspridningen är intensiv samtidigt som underutnyttjade anslutningar tillintetgörs. Produkten av diffusion och adaptiv omkoppling är universellt en liten världsstruktur. Den totala diffusionshastigheten styr systemets anpassning, påverka lokala eller globala anslutningsmönster, den senare tillhandahåller en förmånlig anslutningsregim till adaptiv omkoppling. De resulterande småvärldsstrukturerna skiftar i enlighet därmed mellan decentraliserade (modulära) och centraliserade. Vid deras kritiska övergång, nätverksstrukturen är hierarkisk, balansera modularitet och centralitet - en karakteristisk egenskap som finns i, till exempel, den mänskliga hjärnan."

Dr Ivan Tyukin från University of Leicester tillade:"Det faktum att diffusion över nätverksgraf spelar en avgörande roll för att hålla systemet i en något homeostatisk jämvikt är särskilt intressant. Här kunde vi visa att det är diffusionsprocessen, hur liten eller stor den än ger upphov till nätverkskonfigurationer i den lilla världen som förblir i detta märkliga tillstånd under långa tidsintervall. Åtminstone så länge vi kunde övervaka nätverksutvecklingen och den kontinuerliga utvecklingen."

Alexander Gorban, Professor i tillämpad matematik, University of Leicester kommenterade:

"Små världsnätverk, där de flesta noder inte är grannar med varandra, men de flesta noder kan nås från varannan nod med ett litet antal steg, beskrevs i matematik och upptäcktes i naturen och det mänskliga samhället för länge sedan, i mitten av förra seklet. Frågan, hur dessa nätverk utvecklas av naturen och samhället förblev inte helt löst trots många ansträngningar de senaste tjugo åren. N. Jarmans arbete med medförfattare upptäcker en ny och realistisk mekanism för uppkomsten av sådana nätverk. Svaret på den gamla frågan blev mycket tydligare! Jag är glad att University of Leicester är en del av denna spännande forskning."