Zoals Benjamin Franklin ooit grapte, overlijden en belastingen zijn universeel. Schaalvrije netwerken zijn mogelijk niet, althans volgens een nieuwe studie van CU Boulder.

Het onderzoek daagt een populaire, twee decennia oude theorie dat netwerken van alle soorten, van Facebook en Twitter tot de interacties van genen in gistcellen, volg een gemeenschappelijke architectuur die wiskundigen 'schaalvrij' noemen.

Dergelijke netwerken passen in een grotere categorie netwerken die worden gedomineerd door een paar hubs met veel meer verbindingen dan de overgrote meerderheid van de knooppunten - denk aan Twitter, waar voor elke Justin Bieber (105 miljoen volgers) die er is, je kunt duizenden gebruikers vinden met slechts een handvol fans.

In onderzoek dat deze week in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurcommunicatie , Anna Broido en Aaron Clauset van CU Boulder wilden die theorie op de proef stellen. Ze gebruikten rekentools om een ​​enorme dataset van meer dan 900 netwerken te analyseren, met voorbeelden uit de biologie, vervoer, technologie en meer.

Hun resultaten suggereren dat overlijden en belastingen misschien niet veel concurrentie hebben, tenminste in netwerken. Gebaseerd op de analyse van Broido en Clauset, bijna 50 procent van de echte netwerken voldeed niet eens aan de meest liberale definitie van wat een netwerk schaalvrij maakt.

Die bevindingen zijn belangrijk, Broido zei, omdat de vorm van een netwerk veel bepaalt over zijn eigenschappen, inclusief hoe vatbaar het is voor gerichte aanvallen of uitbraken van ziekten.

"Het is belangrijk om voorzichtig en precies te zijn bij het definiëren van zaken als wat het betekent om een ​​schaalvrij netwerk te zijn, " zei Broido, een afgestudeerde student in de afdeling Toegepaste Wiskunde.

Clauset, een universitair hoofddocent bij de afdeling Computerwetenschappen en het BioFrontiers Institute, gaat akkoord.

"Het idee van schaalvrije netwerken is al bijna 20 jaar een verenigend maar controversieel thema in de netwerktheorie, " zei hij. "Het oplossen van de controverse was moeilijk omdat we geen goede tools en brede gegevens hadden. Wat we nu hebben gevonden, is dat er weinig bewijs is voor klassieke schaalvrije netwerken, behalve op een paar specifieke plaatsen. De meeste netwerken zien er helemaal niet schaalvrij uit."

Beslissen of een netwerk "schaalvrij, " echter, kan lastig zijn. Van een afstand lijken veel soorten netwerken op elkaar.

In schaalvrije netwerken, echter, de patronen van verbindingen die in en uit knooppunten komen, volgen een precieze wiskundige vorm die een machtswetverdeling wordt genoemd.

Om dergelijke netwerken uit het rijk van speculatie te halen, Clauset en Broido wendden zich tot de Index of Complex Networks (ICON). Dit archief, die werd samengesteld door Clauset's onderzoeksgroep aan CU Boulder, somt gegevens op over duizenden netwerken uit elk wetenschappelijk domein. Ze omvatten de sociale banden tussen Star Wars-personages, interacties tussen gisteiwitten, vriendschappen op Facebook en Twitter, vliegtuigreizen en meer.

Hun bevindingen waren grimmig. De onderzoekers berekenden dat slechts ongeveer 4 procent van de netwerken die ze bestudeerden, voldeed aan de strengste criteria om schaalvrij te zijn. Deze speciale netwerken omvatten sommige soorten eiwitnetwerken in cellen en bepaalde soorten technologische netwerken.

Verre van een teleurstelling, Clauset ziet deze nulbevindingen in een positief daglicht:als schaalvrij niet de norm is, dan zijn wetenschappers vrij om nieuwe en nauwkeurigere structuren te verkennen voor de netwerken die mensen elke dag tegenkomen.

"De diversiteit van echte netwerken is een mysterie, " zei hij. "Wat zijn de gemeenschappelijke vormen van de netwerken? Hoe assembleren en onderhouden verschillende soorten netwerken hun structuur in de loop van de tijd? Ik ben verheugd dat onze bevindingen ruimte bieden om nieuwe ideeën te verkennen."