I study ants, and that's because I like to think about how organizations work. And in particular, how the simple parts of organizations interact to create the behavior of the whole organization. So, ant colonies are a good example of an organization like that, and there are many others. The web is one. There are many biological systems like that -- brains, cells, developing embryos.
J'étudie les fourmis, et c'est parce que j'aime réfléchir à comment les organisations fonctionnent. Et en particulier, comment de simples parties d'une organisation interagissent pour créer un comportement d'une organisation toute entière. Alors, les colonies de fourmis sont un bon exemple d'une telle organisation, et il y en a plein d'autres. Le web en est une. Il y a beaucoup de systèmes biologiques similaires -- le cerveau, les cellules, les embryons qui se développent.
There are about 10,000 species of ants. They all live in colonies consisting of one or a few queens, and then all the ants you see walking around are sterile female workers. And all ant colonies have in common that there's no central control. Nobody tells anybody what to do. The queen just lays the eggs. There's no management. No ant directs the behavior of any other ant. And I try to figure out how that works. And I've been working for the past 20 years on a population of seed-eating ants in southeastern Arizona.
Il y a environ 10 000 espèces de fourmis. Elles vivent toutes en colonies, formées d'une ou de quelques reines et ensuite vous avez les fourmis que vous voyez autour de vous, qui sont toutes des ouvrières stériles. Ce que toutes les colonies de fourmis ont en commun, c'est qu'il n'y a aucun contrôle centralisé. Il n'y a personne pour dire quoi faire à qui que ce soit. La reine pond les œufs. Il n'y a aucune gestion. Aucune fourmi ne commande le comportement d'une autre fourmi. Alors j'essaie de comprendre comment ça marche. Et j'ai travaillé pendant les 20 dernières années sur une population de fourmis mangeuses de graines dans le Sud-Est de l'Arizona.
Here's my study site. This is really a picture of ants, and the rabbit just happens to be there. And these ants are called harvester ants because they eat seeds. This is the nest of the mature colony, and there's the nest entrance. And they forage maybe for about 20 meters away, gather up the seeds and bring them back to the nest, and store them. And every year I go there and make a map of my study site. This is just a road. And it's not very big: it's about 250 meters on one side, 400 on the other. And every colony has a name, which is a number, which is painted on a rock. And I go there every year and look for all the colonies that were alive the year before, and figure out which ones have died, and put all the new ones on the map. And by doing this I know how old they all are. And because of that, I've been able to study how their behavior changes as the colony gets older and larger.
Voici le site de mes recherches. C'est une vraie photo de fourmis et le lapin se trouve être là au milieu. Ces fourmis sont appelées moissonneuses parce qu'elles mangent les graines. Voici le nid d'une colonie mure et voici l'entrée du nid. Et elles creusent dans un rayon de 20 mètres autour ramassent les graines, les ramènent au nid et les stockent. Chaque année j'y retourne et je fais une carte du site que j'étudie. Il y a juste une route, pas très grande, 250 mètres d'un côté, 400 de l'autre. Chaque colonie a un nom, qui est un numéro, peint sur un rocher. Chaque année, j'y vais et je recherche les colonies qui étaient vivantes l'année précédente, et je recherche celle qui ont disparues, et ajoute les nouvelles colonies sur la carte. En faisant ceci, je sais quel âge elles ont. Et grâce à cela, j'ai pu étudier comment leur comportement change quand la colonie vieillit et grossit.
So I want to tell you about the life cycle of a colony. Ants never make more ants; colonies make more colonies. And they do that by each year sending out the reproductives -- those are the ones with wings -- on a mating flight. So every year, on the same day -- and it's a mystery exactly how that happens -- each colony sends out its virgin, unmated queens with wings, and the males, and they all fly to a common place. And they mate. And this shows a recently virgin queen. Here's her wings. And she's in the process of mating with this male, and there's another male on top waiting his turn. Often the queens mate more than once. And after that, the males all die. That's it for them.
Donc j'aimerais vous parler du cycle de vie d'une colonie. Les fourmis ne se reproduisent pas, les colonies si. Et elles le font en envoyant chaque années les reproductrices -- celles avec des ailes -- dans un vol d'accouplement. Donc chaque année, le même jour -- et c'est un mystère de savoir exactement comment ça se passe -- chaque colonie envoie sa reine vierge, avec des ailes, et les mâles, et ils volent tous au même endroit. Et ils s'accouplent. On voit ici une reine vierge jusqu'à récemment. Et voici ses ailes. Elle est en train de s'accoupler avec ce mâle, et il y a un autre mâle au dessus qui attend son tour. Souvent les reines s'accouplent plus d'une fois. Et après, les mâles meurent tous. C'en est fini pour eux.
(Laughter)
(Rires)
And then the newly mated queens fly off somewhere, drop their wings, dig a hole and go into that hole and start laying eggs. And they will live for 15 or 20 years, continuing to lay eggs using the sperm from that original mating. So the queen goes down in there. She lays eggs, she feeds the larvae -- so an ant starts as an egg, then it's a larva. She feeds the larvae by regurgitating from her fat reserves. Then, as soon as the ants -- the first group of ants -- emerge, they're larvae. Then they're pupae. Then they come out as adult ants. They go out, they get the food, they dig the nest, and the queen never comes out again.
Ensuite les jeunes reines fécondées s'en vont quelque part, se débarrassent de leurs ailes, creusent un trou et vont dedans pour pondre leurs œufs. Et elles vont vivre pendant 15 ou 20 ans, continuant à pondre leurs œufs en utilisant le sperme de cet accouplement originel. Donc la reine va là-dessous. Elle pond ses œufs, nourrit les larves -- donc une fourmi nait dans un œuf, ensuite c'est une larve. Elle nourrit les larves en régurgitant ses réserves de gras. Ensuite, dès que les fourmis -- du premier groupe -- apparaissent, ce sont des larves. Ensuite elles forment un cocon et sortent en fourmis adultes. Elles sortent, trouvent la nourriture, creusent le nid, et la reine ne sort plus jamais.
So this is a one-year-old colony -- this happens to be 536. There's the nest entrance, there's a pencil for scale. So this is the colony founded by a queen the previous summer. This is a three-year-old colony. There's the nest entrance, there's a pencil for scale. They make a midden, a pile of refuse -- mostly the husks of the seeds that they eat. This is a five-year-old colony. This is the nest entrance, here's a pencil for scale. This is about as big as they get, about a meter across. And then this is how colony size and numbers of worker ants changes -- so this is about 10,000 worker ants -- changes as a function of colony age, in years. So it starts out with zero ants, just the founding queen, and it grows to a size of about 10 or 12 thousand ants when the colony is five. And it stays that size until the queen dies and there's nobody to make more ants, when she's about 15 or 20 years old. And it's when they reach this stable size, in numbers of ants, that they start to reproduce. That is, to send more winged queens and males to that year's mating flight. And I know how colony size changes as a function of colony age because I've dug up colonies of known age and counted all the ants. (Laughter) So that's not the most fun part of this research, although it's interesting.
Voici une colonie vieille d'un an -- celle-là, c'est 536. Voici l'entrée du nid, il y a un crayon pour l'échelle. Donc voici une colonie fondée par une reine l'été d'avant. Voici une colonie vieille de trois ans. Voici l'entrée du nid, et un crayon pour l'échelle. Elles font du fumier, une pile de déchets --surtout des cosses des graines qu'elles mangent. Voici une colonie de cinq ans. Voici l'entrée du nid, avec un crayon pour l'échelle. Elles deviennent aussi grosse que cela, un mètre de large. Et ensuite voici comment la taille de la colonie et le nombre d'ouvrières change -- donc voici environ 10 000 ouvrières -- il change en fonction de l'âge de la colonie, en années. Il commence avec zéro fourmi, juste la reine fondatrice, et on arrive à une taille de 10 ou 12 mille fourmis quand la colonie a cinq ans. Et il se maintient jusqu'à ce que la reine meure et qu'il n'y ait plus personne pour faire plus de fourmis, quand elle a 15 ou 20 ans. Et c'est quand elles atteignent leur taille stable, en nombre de fourmis, qu'elles commencent à se reproduire. C'est à dire, à envoyer plus de reines ailées et de mâles au vol d'accouplement de cette année. Et je sais comment la taille de la colonie change en fonction de son âge, parce que j'ai déterré des colonies d'un âge connu et compté toutes les fourmis. Alors c'est pas la partie de la recherche la plus rigolote, mais c'est intéressant.
(Laughter)
(Rires)
Really the question that I think about with these ants is what I call task allocation. That's not just how is the colony organized, but how does it change what it's doing? How is it that the colony manages to adjust the numbers of workers performing each task as conditions change? So, things happen to an ant colony. When it rains in the summer, it floods in the desert. There's a lot of damage to the nest, and extra ants are needed to clean up that mess. When extra food becomes available -- and this is what everybody knows about picnics -- then extra ants are allocated to collect the food. So, with nobody telling anybody what to do, how is it that the colony manages to adjust the numbers of workers performing each task? And that's the process that I call task allocation.
Vraiment, la question à laquelle je pense avec ces fourmis et ce que j'appelle l'allocation de tâches. Ce n'est pas seulement comment la colonie est organisée, mais comment change-t-elle ce qu'elle fait? Comment se fait-il que la colonie arrive à ajuster le nombre d'ouvrières qui accomplissent chaque tâches alors que les conditions changent? Donc, des choses arrivent à une colonie de fourmis. Et quand il pleut l'été, le désert est inondé. Il y a beaucoup de dégâts faits au nid, et il y a besoin de plus de fourmi pour nettoyer ce bazar. Quand il y a plus de nourriture -- et c'est ce que tout le monde sait à propos des pique-nique -- des fourmis supplémentaires doivent récolter la nourriture. Donc, si personne ne dit à personne quoi faire, comment est-ce que la colonie arrive à ajuster le nombre d'ouvrières assignées à chaque tâche? Et c'est ce que j'appelle le processus d'allocation de tâches.
And in harvester ants, I divide the tasks of the ants I see just outside the nest into these four categories: where an ant is foraging, when it's out along the foraging trail, searching for food or bringing food back. The patrollers -- that's supposed to be a magnifying glass -- are an interesting group that go out early in the morning before the foragers are active. They somehow choose the direction that the foragers will go, and by coming back -- just by making it back -- they tell the foragers that it's safe to go out. Then the nest maintenance workers work inside the nest, and I wanted to say that the nests look a lot like Bill Lishman's house. That is, that there are chambers inside, they line the walls of the chambers with moist soil and it dries to a kind of an adobe-like surface in it. It also looks very similar to some of the cave dwellings of the Hopi people that are in that area. And the nest maintenance workers do that inside the nest, and then they come out of the nest carrying bits of dry soil in their mandibles. So you see the nest maintenance workers come out with a bit of sand, put it down, turn around, and go back in. And finally, the midden workers put some kind of territorial chemical in the garbage. So what you see the midden workers doing is making a pile of refuse. On one day, it'll all be here, and then the next day they'll move it over there, and then they'll move it back. So that's what the midden workers do. And these four groups are just the ants outside the nest. So that's only about 25 percent of the colony, and they're the oldest ants.
Et pour les moissonneuses, je divise les tâches des fourmis que j'observe à l'extérieur du nid en quatre catégories: quand une fourmi fore, qu'elle est sur son canal de forage, à la recherche de nourriture à ramener. Les éclaireuses -- c'est censé être un loupe -- sont un groupe intéressant qui sort tôt le matin avant que les butineuses s'activent. Elles choisissent en quelque sorte la direction que les butineuses vont prendre, et en revenant -- simplement en arrivant à rentrer -- elles disent aux butineuses qu'elle peuvent sortir en toute sécurité. Ensuite, les ouvrières de maintenance du nid travaillent à l'intérieur, et je voulais dire que ces nids ressemblent beaucoup à la maison de Bill Lishman. Il y a des chambres à l'intérieur, elles enduisent les murs des chambres avec du terreau humide qui donne cette impression de pisé en séchant. C'est très proche de certaines habitations troglodytes des Hopi qui sont dans cette zone. Et les ouvrières de maintenance du nid font ce travail à l'intérieur, avant de sortir des morceaux de terre dans leurs mandibules. Donc vous voyez ces ouvrières de maintenance qui sortent avec un peu de sable, le posent et retournent à l'intérieur. Et enfin, les fourmis éboueurs mettent une sorte de produit chimique territorial dans les déchets. Donc ce que vous voyez qu'elles font là, c'est une pile de déchets. Un jour, tout est ici, et le lendemain elles déplacent les déchets et ensuite elles les rapportent ici. Voilà ce que les fourmis éboueurs font. Et ces quatre groupes sont uniquement les fourmis à l'extérieur du nid. Elles représentent environ 25% de la colonie, ce sont les plus vieilles.
So, an ant starts out somewhere near the queen. And when we dig up nests we find they're about as deep as the colony is wide, so about a meter deep for the big old nests. And then there's another long tunnel and a chamber, where we often find the queen, after eight hours of hacking away at the rock with pickaxes. I don't think that chamber has evolved because of me and my backhoe and my crew of students with pickaxes, but instead because when there's flooding, occasionally the colony has to go down deep. So there's this whole network of chambers. The queen's in there somewhere; she just lays eggs. There's the larvae, and they consume most of the food. And this is true of most ants -- that the ants you see walking around don't do much eating. They bring it back and feed it to the larvae. When the foragers come in with food, they just drop it into the upper chamber, and other ants come up from below, get the food, bring it back, husk the seeds, and pile them up. There are nest maintenance workers working throughout the nest. And curiously, and interestingly, it looks as though at any time about half the ants in the colony are just doing nothing. So, despite what it says in the Bible, about, you know, "Look to the ant, thou sluggard," in fact, you could think of those ants as reserves. That is to say, if something happened -- and I've never seen anything like this happen, but I've only been looking for 20 years -- if something happened, they might all come out if they were needed. But in fact, mostly they're just hanging around in there.
Donc, une fourmi commence près de la reine. Et quand on déterre les nids, on trouve qu'ils sont aussi profonds que la colonie est large, donc environ un mètre de profondeur pour les gros vieux nids. Ensuite il y a un autre long tunnel et une chambre, où on trouve souvent la reine, après huit heures de taillage de pierre à la pioche. Je ne pense pas que la chambre a évolué à cause de moi, ma truelle et mon équipe d'étudiants à la pioche, mais plutôt parce que quand il y a une inondation, la colonie doit aller très profond. Donc il y a ce réseau de chambres. La reine est quelque part dedans, elle pond ses œufs. Il y a les larves, qui consomment presque toute la nourriture. Et c'est vrai pour la plupart des fourmis -- celle que vous voyez autour de vous ne mangent pas vraiment. Elles ramènent la nourriture et nourrissent les larves. Quand les butineuses reviennent avec la nourriture, elles la laissent dans la chambre supérieure, et d'autres fourmis viennent de plus bas, prennent la nourriture, la ramènent, écossent les graines et les entassent. Ce sont les ouvrières de maintenance qui travaillent dans tout le nid. Et aussi curieux et intéressant que cela puisse paraître, on dirait qu'il y a toujours une moitié de la colonie qui ne fait rien. Donc en dépit de ce que dit la Bible, vous savez, "regarde la fourmi, fainéant," en fait, vous pouvez voir ces fourmis comme réservistes. C'est à dire que si quelque chose arrive -- et je n'ai jamais vu ça, mais je n'ai regardé que pendant 20 ans -- si quelque chose arrive, elles pourraient arriver à la rescousse. Mais en fait, elles restent juste là à ne rien faire.
And I think it's a very interesting question -- what is there about the way the colony is organized that might give some function to a reserve of ants who are doing nothing? And they sort of stand as a buffer in between the ants working deep inside the nest and the ants working outside. And if you mark ants that are working outside, and dig up a colony, you never see them deep down. So what's happening is that the ants work inside the nest when they're younger. They somehow get into this reserve. And then eventually they get recruited to join this exterior workforce. And once they belong to the ants that work outside, they never go back down. Now ants -- most ants, including these, don't see very well. They have eyes, they can distinguish between light and dark, but they mostly work by smell. So just to reinforce that what you might have thought about ant queens isn't true -- you know, even if the queen did have the intelligence to send chemical messages through this whole network of chambers to tell the ants outside what to do, there is no way that such messages could make it in time to see the shifts in the allocation of workers that we actually see outside the nest. So that's one way that we know the queen isn't directing the behavior of the colony.
Et c'est une question très intéressante -- dans l'organisation d'une colonie, qu'est-ce qui pourrait donner une fonction à ces fourmis qui ne font rien? Elles sont là comme un tampon au milieu des fourmis qui travaillent dans le nid, et de celles qui travaillent dehors. Et quand vous marquez les fourmis qui travaillent dehors, et que vous déterrez une colonie vous ne les voyez jamais en profondeur. Donc ce qui se passe, c'est que les fourmis travaillent dans le nid quand elles sont jeunes. Elles restent dans cette réserve. Et elles finissent par être recrutées pour se joindre à la main d'œuvre à l'extérieur. Et une fois qu'elles commencent à travail dehors, elle ne retourne plus jamais en profondeur. Maintenant les fourmis -- la plupart, mêmes celles-là, ne voient pas bien. Elles ont des yeux et elles peuvent distinguer le jour et la nuit, mais elles travaillent surtout au nez. Donc pour confirmer que ce que vous auriez pu penser à propos des reines n'est pas vrai -- même si la reine avait l'intelligence d'envoyer des messages chimiques dans ce réseau de chambres pour dire aux fourmis dehors quoi faire, il est impossible que ces messages arrivent à temps pour voir une différence d'allocations d'ouvrières que nous voyons à l'extérieur du nid. Donc c'est comme ça que nous savons que la reine ne supervise pas le comportement de la colonie.
So when I first set out to work on task allocation, my first question was, "What's the relationship between the ants doing different tasks? Does it matter to the foragers what the nest maintenance workers are doing? Does it matter to the midden workers what the patrollers are doing?" And I was working in the context of a view of ant colonies in which each ant was somehow dedicated to its task from birth and sort of performed independently of the others, knowing its place on the assembly line. And instead I wanted to ask, "How are the different task groups interdependent?"
Donc quand j'ai commencer à travailler sur l'allocation de tâches, ma première question était: "Quel lien y a-t-il entre les fourmis qui accomplissent des tâches différentes? Est-ce important pour les butineuses de savoir ce que les ouvrières de maintenance font? Est-ce important pour les éboueurs de savoir ce que les éclaireuses font?" Et j'ai travaillé dans le contexte d'une vie de colonie de fourmis dans laquelle chaque fourmi était destinée à une tâche dès la naissance et travaillait indépendamment des autres, en sachant sa place dans la chaîne de montage. Et j'ai voulu me demander plutôt: "Dans quelle mesure ces groupes de tâches sont-ils indépendants?"
So I did experiments where I changed one thing. So for example, I created more work for the nest maintenance workers by putting out a pile of toothpicks near the nest entrance, early in the morning when the nest maintenance workers are first active. This is what it looks like about 20 minutes later. Here it is about 40 minutes later. And the nest maintenance workers just take all the toothpicks to the outer edge of the nest mound and leave them there. And what I wanted to know was, "OK, here's a situation where extra nest maintenance workers were recruited -- is this going to have any effect on the workers performing other tasks?" Then we repeated all those experiments with the ants marked. So here's some blue nest maintenance workers. And lately we've gotten more sophisticated and we have this three-color system. And we can mark them individually so we know which ant is which. We started out with model airplane paint and then we found these wonderful little Japanese markers, and they work really well. And so just to summarize the result, well it turns out that yes, the different tasks are interdependent. So, if I change the numbers performing one task, it changes the numbers performing another. So for example, if I make a mess that the nest maintenance workers have to clean up, then I see fewer ants out foraging. And this was true for all the pair-wise combinations of tasks.
Donc j'ai fait des expériences en changeant une chose. Par exemple, j'ai créé plus de travail pour les ouvrières de maintenance en mettant une pile de cure dents près de l'entrée du nid, tôt le matin quand les ouvrières de maintenance commencent leur travail. Voici à quoi ça ressemble 20 minutes plus tard. 40 minutes plus tard. Les ouvrières de maintenance prennent tous les cure dents à l'extrémité extérieure du nid et les laissent là-bas. Donc ce que j'ai voulu savoir, c'était "OK, voici une situation où on a eu besoin de plus d'ouvrières de maintenance -- est-ce que ça va avoir un effet sur les ouvrières assignées à une autre tâche?" On a alors répété ces expériences avec les fourmis marquées. Et voici des ouvrières de maintenance bleues. Plus tard on s'est sophistiqué avec ce système de 3 couleurs. Et on a pu marqué les fourmis individuellement pour savoir qui était qui. On a commencé avec de la peinture de modélisme et on a trouvé ces merveilleux marqueurs japonais, et ils marchent vraiment bien. Donc pour résumer le résultat, il se trouve que oui, les tâches différentes sont interdépendantes. Donc, si on change le nombre d'ouvrières assignées à une tâche, ça change le nombre d'ouvrières assignées à une autre. Par exemple, si je mets le bazar et les ouvrières de maintenance doivent nettoyer, il y a moins de fourmis qui forent. Et c'était vrai avec toutes les paires de combinaison de tâches.
And the second result, which was surprising to a lot of people, was that ants actually switch tasks. The same ant doesn't do the same task over and over its whole life. So for example, if I put out extra food, everybody else -- the midden workers stop doing midden work and go get the food, they become foragers. The nest maintenance workers become foragers. The patrollers become foragers. But not every transition is possible. And this shows how it works. Like I just said, if there is more food to collect, the patrollers, the midden workers, the nest maintenance workers will all change to forage. If there's more patrolling to do -- so I created a disturbance, so extra patrollers were needed -- the nest maintenance workers will switch to patrol. But if more nest maintenance work is needed -- for example, if I put out a bunch of toothpicks -- then nobody will ever switch back to nest maintenance, they have to get nest maintenance workers from inside the nest. So foraging acts as a sink, and the ants inside the nest act as a source. And finally, it looks like each ant is deciding moment to moment whether to be active or not.
Le deuxième résultat qui a surpris beaucoup de monde, est que les fourmis échangent de tâches. La même fourmi ne fait pas le même travail toute sa vie. Si par exemple, je mets plus de nourriture, tout le monde -- les ouvrières éboueurs arrêtent leur traitement des déchets et prennent la nourriture, elles deviennent butineuses. Les ouvrières de maintenances deviennent butineuses. Les éclaireuses deviennent butineuses. Mais toutes les transitions ne sont pas possibles. Et voici comment ça marche. Comme je viens de le dire, s'il y a surplus de nourriture, les éclaireuses, les éboueurs, les ouvrières de maintenance vont toutes butiner. Si il y a plus de travail d'éclairage à faire -- donc j'ai changé l'environnement pour avoir besoin d'éclaireuses -- les ouvrières de maintenance vont se convertir en éclaireuses. Mais si il y a besoin de plus de maintenance -- un tas de cure dents par exemple -- personne ne va redevenir ouvrière de maintenance, les nouvelles ouvrières de maintenance viennent de l'intérieur du nid. Donc le butinage est comme l'évacuation, et les fourmis dans le nid sont une source. Enfin, on dirait que chaque fourmi décide en permanence si elle veut être active.
So, for example, when there's extra nest maintenance work to do, it's not that the foragers switch over. I know that they don't do that. But the foragers somehow decide not to come out. And here was the most intriguing result: the task allocation. This process changes with colony age, and it changes like this. When I do these experiments with older colonies -- so ones that are five years or older -- they're much more consistent from one time to another and much more homeostatic. The worse things get, the more I hassle them, the more they act like undisturbed colonies. Whereas the young, small colonies -- the two-year-old colonies of just 2,000 ants -- are much more variable. And the amazing thing about this is that an ant lives only a year. It could be this year, or this year. So, the ants in the older colony that seem to be more stable are not any older than the ants in the younger colony. It's not due to the experience of older, wiser ants. Instead, something about the organization must be changing as the colony gets older. And the obvious thing that's changing is its size.
Par exemple, si il y a plus de maintenance du nid à faire, les butineuses ne changent pas de comportement, je le sais. Mais les butineuses décident de ne pas sortir. Et voici le résultat le plus intrigant: l'allocation de tâche. Ce processus change avec l'âge de la colonie, et il change comme ça. Quand je fais des expériences avec des colonies plus vieilles -- donc plus vieilles que cinq ans -- elles sont plus cohérentes dans leur comportement. Et plus homéostatiques. Le pire est que plus je les embête plus elles font comme si rien n'était. Alors que les jeunes petites colonies -- environ 2000 fourmis -- sont plus variables. Et le plus bizarre est qu'une fourmi ne vit qu'un an. Ça peut être cette année-ci, ou celle-là. Donc, les fourmis dans la colonie plus vieille qui a l'air plus stable ne sont pas plus vieilles que les fourmis dans la jeune colonie. Ce n'est pas dû à l'expérience des vieilles fourmis sages. C'est plutôt quelque chose dans l'organisation qui change avec les années. Le changement le plus évident est la taille.
So since I've had this result, I've spent a lot of time trying to figure out what kinds of decision rules -- very simple, local, probably olfactory, chemical rules could an ant could be using, since no ant can assess the global situation -- that would have the outcome that I see, these predictable dynamics, in who does what task. And it would change as the colony gets larger. And what I've found out is that ants are using a network of antennal contact. So anybody who's ever looked at ants has seen them touch antennae. They smell with their antennae. When one ant touches another, it's smelling it, and it can tell, for example, whether the other ant is a nest mate because ants cover themselves and each other, through grooming, with a layer of grease, which carries a colony-specific odor. And what we're learning is that an ant uses the pattern of its antennal contacts, the rate at which it meets ants of other tasks, in deciding what to do. And so what the message is, is not any message that they transmit from one ant to another, but the pattern. The pattern itself is the message. And I'll tell you a little bit more about that.
Donc depuis que j'ai eu ce résultat, j'ai passé beaucoup de temps à essayer de comprendre quel genre de règles -- très simples, locales, probablement olfactive, chimiques. Des règles que les fourmis pourraient utiliser, puisqu'aucune fourmi ne peut contrôler la situation globale -- et qui aurait le résultat que je vois. Ces dynamiques prévisibles, de qui fait quoi. Et qui changerait quand la colonie grossit. Et j'ai trouvé que les fourmis utilisent un réseau de contact d'antennes. N'importe qui qui a déjà regardé des fourmis, les a vues se toucher les antennes. Elles sentent avec leurs antennes. Quand une fourmi en touche une autre, elle la sent. Et elle peut dire, par exemple, si l'autre fourmi est du même nid, parce que les fourmis se recouvrent d'une couche de gras qui transporte une odeur spécifique à la colonie. Et ce que j'ai appris, c'est que les fourmis utilisent ce schéma de contact d'antennes, la fréquence à laquelle elles rencontres des fourmis d'une autre tâche pour décider quoi faire. Et donc le message n'est pas ce qu'elle se transmettent l'une à l'autre, mais la structure, le schéma. Le schéma-même est le message. Et je vais vous en dire un peu plus dessus.
But first you might be wondering: how is it that an ant can tell, for example, I'm a forager. I expect to meet another forager every so often. But if instead I start to meet a higher number of nest maintenance workers, I'm less likely to forage. So it has to know the difference between a forager and a nest maintenance worker. And we've learned that, in this species -- and I suspect in others as well -- these hydrocarbons, this layer of grease on the outside of ants, is different as ants perform different tasks. And we've done experiments that show that that's because the longer an ant stays outside, the more these simple hydrocarbons on its surface change, and so they come to smell different by doing different tasks. And they can use that task-specific odor in cuticular hydrocarbons -- they can use that in their brief antennal contacts to somehow keep track of the rate at which they're meeting ants of certain tasks. And we've just recently demonstrated this by putting extract of hydrocarbons on little glass beads, and dropping the beads gently down into the nest entrance at the right rate. And it turns out that ants will respond to the right rate of contact with a glass bead with hydrocarbon extract on it, as they would to contact with real ants.
Mais d'abord vous devez vous demander, comment une fourmi peut dire, par exemple, qu'elle est butineuse. Je m'attends à rencontrer une autre butineuse à une certaine fréquence. Mais si au lieu de ça je rencontre un plus grand nombre d'ouvrières de maintenance, j'ai moins de chance de butiner. Donc elle doit connaître la différence entre une butineuse et une ouvrière de maintenance. Et on a trouvé que, dans cette espèce -- et je suspecte que dans d'autres aussi -- ces hydrocarbones, cette couche de graisse autour des fourmis, est différente en fonction de la tâche de la fourmi. Et on a fait des expériences qui montrent que plus une fourmi reste dehors longtemps, plus les hydrocarbones qu'elle porte se transforment, et donc ils changent d'odeur en fonction des tâches effectuées. Et elles peuvent utiliser ces odeurs spécifiques aux taches dans les hydrocarbones cuticulaires -- elles peuvent utiliser ça dans leur contacts d'antenne pour se souvenir de la fréquence à laquelle elles rencontrent les fourmis d'une certaine tâche. Et on a montré récemment qu'en mettant un extrait d'hydrocarbones sur des billes de verre, et en les laissant tomber doucement dans le nid au bon rythme, les fourmis répondent à ce bon rythme de contact avec une bille de verre enduites d'extrait d'hydrocarbone, de la même manière qu'elles contacteraient de vraies fourmis.
So I want now to show you a bit of film -- and this will start out, first of all, showing you the nest entrance. So the idea is that ants are coming in and out of the nest entrance. They've gone out to do different tasks, and the rate at which they meet as they come in and out of the nest entrance determines, or influences, each ant's decision about whether to go out, and which task to perform. This is taken through a fiber optics microscope. It's down inside the nest. In the beginning you see the ants just kind of engaging with the fiber optics microscope. But the idea is that the ants are in there, and each ant is experiencing a certain flow of ants past it -- a stream of contacts with other ants. And the pattern of these interactions determines whether the ant comes back out, and what it does when it comes back out. You can also see this in the ants just outside the nest entrance like these. Each ant, then, as it comes back in, is contacting other ants. And the ants that are waiting just inside the nest entrance to decide whether to go out on their next trip, are contacting the ants coming in.
Donc je voudrais vous montrer maintenant un extrait de film -- ça commence ici à l'entrée du nid. L'idée c'est que les fourmis entrent et sortent du nid. Elles ont accompli des tâches différentes, et le rythme auquel elles se rencontrent à l'entrée, détermine, ou influence la décision d'une fourmi de sortir ou pas, et de quelle tâche accomplir. Ceci a été pris avec un microscope à fibre optique, dans le nid. Au début, vous ne voyez que les fourmis qui essaient de jouer avec le microscope. Mais l'idée est que les fourmis sont là-dedans, et que chaque fourmi a rencontré une certain nombre d'autres fourmis -- un flot de contacts avec d'autres fourmis. Le schéma de ces interactions determine si les fourmis ressortent, et ce qu'elles font en sortant. Vous pouvez aussi voir ces fourmis à la sortie du nid, comme celles-là. Chaque fourmi, en sortant, contacte les autres fourmis. Et les fourmis qui attendent à l'entrée décident si elles vont sortir pour leur prochain voyage, en contactant les fourmis qui rentrent.
So, what's interesting about this system is that it's messy. It's variable. It's noisy. And, in particular, in two ways. The first is that the experience of the ant -- of each ant -- can't be very predictable. Because the rate at which ants come back depends on all the little things that happen to an ant as it goes out and does its task outside. And the second thing is that an ant's ability to assess this pattern must be very crude because no ant can do any sophisticated counting. So, we do a lot of simulation and modeling, and also experimental work, to try to figure out how those two kinds of noise combine to, in the aggregate, produce the predictable behavior of ant colonies.
Et ce qui est intéressant dans ce système, c'est que c'est le bazar. C'est variable. C'est bruyant. Et en particulier, de deux manières. La première est que l'expérience de chaque fourmi est peu prévisible. Parce que la fréquence de retour des fourmis dépend de toutes ces petites choses qui arrivent pendant qu'une fourmi est dehors. Et la deuxième chose est que la faculté d'une fourmi de prendre ce schéma en compte doit être très simple, parce qu'aucune fourmi ne peut faire de calculs compliqués. Donc en faisant beaucoup de simulation, de modélisation et d'expérience, pour essayer de comprendre comment ces interférences se combinent pour, dans l'ensemble, produire le comportement prévisible des colonies de fourmis.
Again, I don't want to say that this kind of haphazard pattern of interactions produces a factory that works with the precision and efficiency of clockwork. In fact, if you watch ants at all, you end up trying to help them because they never seem to be doing anything exactly the way that you think that they ought to be doing it. So it's not really that out of these haphazard contacts, perfection arises. But it works pretty well. Ants have been around for several hundred million years. They cover the earth, except for Antarctica. Something that they're doing is clearly successful enough that this pattern of haphazard contacts, in the aggregate, produces something that allows ants to make a lot more ants. And one of the things that we're studying is how natural selection might be acting now to shape this use of interaction patterns -- this network of interaction patterns -- to perhaps increase the foraging efficiency of ant colonies.
Une fois de plus, je ne prétend pas que ce schéma peu méthodique d'intéractions forme une usine qui travaille avec la précision et l'efficacité d'une horloge. En fait, quand vous observez les fourmis, vous finissez par vouloir les aider, parce qu'elles ne font jamais rien comme elles devraient le faire selon vous. Donc ces contacts aléatoires ne donnent rien de parfait. Mais ça marche plutôt bien. Les fourmis sont là depuis plusieurs centaines de millions d'années. Elles recouvrent la planète, à l'exception de l'Antarctique. Il y a quelque chose qu'elles font qui marche suffisamment bien pour que ce schéma aléatoire, dans l'ensemble, produise quelque chose qui fait que les fourmis se reproduisent. Et une des choses que nous étudions est comment la sélection naturelle agit pour modeler l'usage de ces schémas d'interactions -- ce réseau de schémas d'interactions -- pour peut-être améliorer l'efficacité de butinage des colonies de fourmis.
So the one thing, though, that I want you to remember about this is that these patterns of interactions are something that you'd expect to be closely connected to colony size. The simplest idea is that when an ant is in a small colony -- and an ant in a large colony can use the same rule, like "I expect to meet another forager every three seconds." But in a small colony, it's likely to meet fewer foragers, just because there are fewer other foragers there to meet. So this is the kind of rule that, as the colony develops and gets older and larger, will produce different behavior in an old colony and a small young one.
Cependant, il y a une chose que j'aimerais que vous vous rappeliez: ces schémas d'intéractions sont quelque chose que l'on pensait lié à la taille de la colonie. L'idée la plus simple est que une fourmi dans une petite colonie -- et une autre dans une grande colonie, utilise la même règle, sur le modèle "Je vais voir une autre butineuse toutes les 30 secondes" Mais dans une petite colonie, elles ont moins de chances de voir des butineuses, parce qu'il y en a moins. Donc voilà pourquoi, au fur et à mesure que la colonie se développe et grossit, des comportements différentes pour les jeunes et vieilles colonies émergent.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)