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.
אני חוקרת נמלים, וזאת משום שאני אוהבת לחשוב על איך ארגונים פועלים. ובפרט, כיצד המרכיבים הפשוטים של ארגונים פועלים יחד כדי ליצור את ההתנהגות של הארגון כולו. ובכן, מושבות נמלים הן דוגמא טובה לארגון כזה, וישנן רבות נוספות. הרשת היא אחת. ישנן הרבה מערכות ביולוגיות כאלו - מוחות, תאים, עוברים מתפתחים.
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.
יש בערך כ - 10,000 מינים של נמלים. כולם חיים במושבות שמורכבות ממלכה אחת או כמה, וכל הנמלים שאתם רואים מתהלכות סביב הן פועלות עקרות. ומה שמשותף לכל מושבות הנמלים הוא היעדר שליטה מרכזית. אף אחד לא אומר לאף אחד מה לעשות. המלכה רק מטילה את הביצים. אין שום ניהול. אף נמלה לא מכווינה את ההתנהגות של אף נמלה אחרת. ואני מנסה להבין איך זה עובד. ואני עובדת במשך 20 השנים האחרונות על אוכלוסייה של נמלים אוכלות-זרעים בדרום מזרח אריזונה.
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.
זהו אתר המחקר שלי. זוהי באמת תמונה של נמלים, הארנב פשוט נמצא שם במקרה. הנמלים האלה נקראות נמלים קוצרות כי הן אוכלות זרעים. זהו הקן של מושבה בוגרת, וזוהי הכניסה של הקן. הן מחפשות מזון עד מרחק של בערך 20 מטרים, אוספות את הזרעים, מביאות אותם בחזרה אל הקן ומאחסנות אותם. בכל שנה אני הולכת לשם ומכינה מפה של אתר המחקר שלי. זוהי רק דרך. והיא לא גדולה כל כך. בערך 250 מטר בצד אחד, 400 בצד השני. לכל מושבה יש שם, שהוא מספר. שמצוייר על סלע. ואני הולכת לשם בכל שנה ומחפשת אחר המושבות שהיו בחיים בשנה שעברה, מבינה מי מתה, ושמה את החדשות על המפה, וכך אני יודעת בנות כמה כולן. ובגלל זה, התאפשר לי ללמוד כיצד ההתנהגות שלהן משתנה כשהמושבה מתבגרת וגדלה.
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.
אני רוצה לספר לכם על מעגל החיים של מושבה. נמלים לעולם לא יוצרות עוד נמלים, מושבות יוצרות עוד מושבות. הן עושות זאת על ידי שליחה בכל שנה של הפוריות - אלו עם הכנפיים - לטיסת הזדווגות. אז בכל שנה, באותו יום - וזו תעלומה כיצד בדיוק זה קורה - כל מושבה שולחת החוצה את הבתולות שלה, המלכות הלא מעוברות עם הכנפיים, ואת הזכרים, וכולם עפים למקום משותף. והם מזדווגים. כאן רואים מלכה בתולה עד לא מזמן. הנה הכנפיים שלה. והיא באמצע הזדווגות עם הזכר הזה, ויש זכר נוסף למעלה, ממתין לתורו. פעמים רבות המלכות מזדווגות יותר מפעם אחת. ואחרי זה, כל הזכרים מתים. זהו זה בשבילם.
(Laughter)
(צחוק)
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.
והמלכות המעוברות הטריות עפות למקום כלשהו, מפילות את הכנפיים שלהן, חופרות בור, נכנסות לתוכו ומתחילות להטיל ביצים. הן תחיינה 15 או 20 שנים, ותמשכנה להטיל ביצים משתמשות בזרע מאותה הזדווגות ראשונה. אז המלכה נכנסת שם למטה. היא מטילה ביצים, היא מאכילה את הזחלים - הנמלה מתחילה כביצה, אז היא זחל. היא מאכילה את הזחלים ע"י העלאת גרה מעתודות השומן שלה. אז, ברגע שהנמלים - הקבוצה הראשונה של הנמלים - יוצאת, הן זחלים. אז הן גלמים. ואז הן בוקעות כנמלים בוגרות. הן יוצאות החוצה, משיגות את האוכל, חופרות את הקן, והמלכה לעולם לא יוצאת עוד החוצה.
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.
זוהי מושבה בת שנה - במקרה מושבה מספר 536 זוהי הכניסה את הקן, יש שם עפרון לקנה מידה. זוהי המושבה שנוסדה על ידי מלכה בקיץ שעבר. זוהי מושבה בת שלוש שנים. זוהי הכניסה אל הקן, יש שם עפרון לקנה מידה. הן עושות ערימת פסולת - בעיקר מהקליפות של הזרעים שהן אוכלות. זוהי מושבה בת חמש. זוהי הכניסה לקן, עם עפרון לקנה מידה. זה פחות או יותר הגודל המירבי אליו הן מגיעות, בערך מטר מצד לצד. וכאן רואים כיצד גודל המושבה ומספר הנמלים הפועלות משתנים - אלה בערך 10,000 נמלים פועלות - משתנים כפונקציה של גיל המושבה בשנים. זה מתחיל עם אפס נמלים, רק המלכה המייסדת, וזה גדל לגודל של בערך 10 או 12 אלף נמלים כשהמושבה בת חמש. וזה נשאר בגודל הזה עד שהמלכה מתה ואין מי שיעשה נמלים נוספות, כשהיא בת בערך 15 או 20 שנים. כאשר הן מגיעות לגודל היציב הזה, מבחינת מספר הנמלים, הן מתחילות להתרבות. כלומר, לשלוח עוד מלכות מכונפות וזכרים לטיסת ההזדווגות של אותה שנה. ואני יודעת כיצד גודל המושבה משתנה כפונקציה של גיל המושבה, כי חפרתי מושבות בנות גיל ידוע וספרתי את כל הנמלים. זה לא החלק הכי כיפי במחקר הזה, למרות שזה מעניין.
(Laughter)
(צחוק)
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.
השאלה שאני באמת חושבת עליה עם הנמלים האלו היא מה שאני קוראת הקצאת משימות. לא רק כיצד המושבה מאורגנת, אלא כיצד היא משנה את מה שהיא עושה? כיצד המושבה מצליחה לווסת את מספר הפועלות שעוסקות בכל משימה כאשר התנאים משתנים? אז דברים קורים למושבת נמלים. כאשר יורד גשם בקיץ, המדבר מוצף. יש נזק רב לקן, ונמלים נוספות דרושות כדי לנקות את הבלגן הזה. כאשר מזון נוסף נעשה זמין - וזה דבר שכולם יודעים על פיקניקים - נמלים נוספות מוקצות לאסוף את האוכל. אז, אם אף אחד לא אומר לאף אחד מה לעשות, כיצד המושבה מצליחה לווסת את מספר הפועלות שמבצעות כל משימה? וזהו התהליך לו אני קוראת הקצאת משימות.
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.
ועבור נמלים קוצרות, אני מחלקת את המשימות של הנמלים שאני רואה מחוץ לקן לארבעת הקטגוריות האלו: היכן שהנמלה מלקטת אוכל, כאשר היא בחוץ על שביל הליקוט, מחפשת אוכל או מביאה אוכל בחזרה. הסיירות - זוהי אמורה להיות זכוכית מגדלת - הן קבוצה מעניינת שיוצאות החוצה מוקדם בבוקר לפני שמלקטות האוכל פעילות. הן בוחרות באופן כלשהו את הכיוון בו תלכנה מלקטות האוכל. ובכך שהן חוזרות בחזרה - עצם זה שהן הצליחו לחזור - הן אומרות למלקטות שזה בטוח לצאת החוצה. פועלות התחזוקה של הקן עובדות בתוך הקן, ורציתי לאמר שהקנים דומים מאוד לבית של ביל לישמן. כלומר, יש חדרים בפנים, הן מצפות את הקירות של החדרים באדמה לחה וזה מתייבש לסוג של משטח דמוי חימר בפנים. זה גם מאוד דומה לכמה מבתי המערות של אנשי ההופי שגרים באותו איזור. פועלות התחזוקה של הקן עושות זאת בתוך הקן, והן יוצאות מחוץ לקן סוחבות פיסות אדמה יבשה בלסת שלהן. אז אתם רואים, פועלת תחזוקת הקן יוצאות החוצה עם מעט חול, מניחות אותו, מסתובבות וחוזרות בחזרה פנימה. לבסוף, פועלות האשפה שמות סוג מסויים של כימיקל טריטוריאלי בזבל. מה שאתם רואים את פועלות האשפה עושות הוא עורמות ערימה של זבל. יום אחד הכל יהיה כאן, למחרת הן תזזנה את זה לשם, ואז הן תזזנה את זה בחזרה. זה מה שפועלות האשפה עושות. וארבעת הקבוצות האלו הן רק הנמלים שמחוץ לקן. זהו בערך 25 אחוז מהמושבה, והן הנמלים הכי מבוגרות.
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.
אז הנמלה מתחילה איפה שהוא בקרבת המלכה. וכאשר אנו חופרים קנים אנו מגלים שהם בעומק דומה לרוחב של המושבה, בערך בעומק מטר לקנים הגדולים והמבוגרים. ואז יש מנהרה ארוכה נוספת וחדר, שם נמצא בדרך כלל את המלכה, אחרי שמונה שעות של להכות בסלע עם מכושים. אני לא חושבת שהחדר התפתח בגללי ובגלל המחפרון שלי וצוות הסטודנטים שלי עם המכושים, אלא כיוון שכאשר יש שיטפון, לעיתים המושבה נאלצת לרדת לעומק, אז יש את כל רשת החדרים הזו. המלכה נמצאת שם איפה שהוא, היא רק מטילה ביצים. אלה הזחלים, והם צורכים את רב האוכל. וכך זה אצל רוב הנמלים - הנמלים שאתם רואים מסתובבות לא אוכלות יותר מדי. הן מביאות את האוכל בחזרה ומאכילות איתו את הזחלים. כשהמלקטות נכנסות עם אוכל, הן רק זורקות אותו בחדר העליון, והנמלים האחרות עולות מלמטה, לוקחות את האוכל, מביאות אותו בחזרה, מקלפות את הזרעים ועורמות אותם לערימה. פועלות התחזוקה של הקן עובדות בכל הקן. ומה שמסקרן ומעניין, הוא שנראה שבכל רגע נתון בערך כמחצית מהנמלים במושבה פשוט לא עושות כלום. אז, למרות מה שכתוב בתנ"ך, אתם יודעים, בנוגע ל "ראה את הנמלה עצל", למעשה, אפשר לחשוב על הנמלים האלו כעל עתודות. כלומר, אם משהו קורה - ואני מעולם לא ראיתי דבר כזה קורה, אבל אני מתבוננת רק 20 שנים - אם משהו קורה, כולן עשויות לצאת החוצה אם הן תהיינה נחוצות. אבל למעשה, לרוב הן פשוט נמצאות שם.
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.
ואני חושבת שזו שאלה מאוד מעניינת - מה יש בדרך שבה המושבה מאורגנת שעשוי לתת תפקיד כלשהו לעתודה של נמלים שלא עושות דבר? הן מהוות סוג של מחיצה בין הנמלים שעובדות עמוק בתוך הקן והנמלים שעובדות בחוץ. אם תסמנו נמלים שעובדות בחוץ, ותחפרו את המושבה, אף פעם לא תראו אותן עמוק למטה. מה שקורה זה שהנמלים עובדות בתוך הקן כשהן צעירות. הן איכשהו מצטרפות לעתודה. ובסופו של דבר הן מגוייסות להצטרף לכוח העבודה החיצוני. ומהרגע בו הן שייכות לנמלים שעובדות בחוץ, הן לעולם לא תחזורנה למטה. עכשיו נמלים - רוב הנמלים, כולל אלו, לא רואות טוב כל כך. יש להן עיניים, הן יכולות להבדיל בין אור וחושך, אבל הן בעיקר עובדות לפי הריח. אז רק כדי להדגיש שמה שאולי חשבתם על נמלים מלכות הוא לא נכון - אתם יודעים, אפילו אם למלכה הייתה את האינטיליגנציה לשלוח מסרים כימיים מבעד לכל רשת החדרים הזו ולאמר לנמלים בחוץ מה לעשות, מסרים כאלה בשום אופן לא יכלו להגיע בזמן ולהסביר את ההסטות בהקצאות של הפועלות שאנחנו רואים בפועל מחוץ לקן. אז זוהי דרך אחת לפיה אנו יודעים שמלכה לא מנהלת את ההתנהגות של המושבה.
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?"
כשהתחלתי לעבוד על הקצאת המשימות השאלה הראשונה שלי הייתה, "מהי מערכת היחסים בין הנמלים שמבצעות משימות שונות? האם זה משנה למלקטות מה פועלות תחזוקת הקן עושות? האם זה משנה לפועלות האשפה מה הסיירות עושות?" ועבדתי בהקשר של תפיסה מסויימת של מושבות נמלים לפיה כל נמלה מיועדת בדרך כלשהי למשימה שלה מלידה ומבצעת אותה באופן עצמאי מהשאר, יודעת מהו מקומה בקו הייצור. במקום זה רציתי לשאול, "כיצד קבוצות המשימות השונות קשורות זו לזו?"
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.
אז ערכתי ניסויים בהם שיניתי דבר אחד. למשל, יצרתי יותר עבודה עבור פועלות תחזוקת הקן בכך שהנחתי ערימת קיסמים ליד הכניסה לקן, מוקדם בבוקר, כאשר פועלות תחזוקת הקן פעילות לראשונה. כך זה נראה 20 דקות מאוחר יותר. הנה זה לאחר 40 דקות. פועלות תחזוקת הקן פשוט לוקחות את כל הקיסמים לקצה החיצוני של תלולית הקן ומשאירות אותם שם. מה שרציתי לדעת היה, "אוקיי, הנה מצב בו נמלות תחזוקת קן נוספות גוייסו - האם תהיה לכך השפעה כלשהי על הפועלות שמבצעות משימות אחרות?" אז חזרנו על כל הניסויים האלה עם נמלים מסומנות. הנה כמה פועלות תחזוקת קן כחולות. לאחרונה הפכנו מתוחכמים יותר ויש לנו מערכת של שלושה צבעים. ואנחנו יכולים לסמן אותן באופן פרטני ולדעת מי זו מי. התחלנו עם צבע של מודלים של מטוסים ואז מצאנו את טושי הסימון היפניים הנפלאים האלה, והם עובדים ממש טוב. ואם נסכם את התוצאה, מסתבר שאכן כן, המשימות השונות קשורות זו לזו. אז אם אני משנה את מספר הנמלים שמבצעות משימה אחת, זה משנה את מספר הנמלים שמבצעות משימה אחרת. לדוגמא, אם אני עושה באלאגן שפועלות תחזוקת הקן צריכות לנקות, אני רואה פחות נמלים מלקטות בחוץ. וזה התברר כנכון עבור כל הזוגות האפשריים של המשימות.
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.
התוצאה השנייה, שהפתיעה הרבה אנשים, הייתה שהנמלים למעשה מחליפות משימות. נמלה מסויימת לא מבצעת את אותה משימה שוב ושוב במשך כל חייה. לדוגמא, אם אני שמה אוכל נוסף, כל האחרות - פועלות האשפה מפסיקות את עבודת האשפה ויוצאות לקחת את האוכל, הן הופכות מלקטות. פועלות תחזוקת הקן הופכות למלקטות. הסיירות הופכות למלקטות. אך לא כל מעבר הוא אפשרי. זה מראה איך זה עובד. כמו שאמרתי, אם יש יותר אוכל לאסוף, הסיירות, פועלות האשפה, פועלות תחזוקת הקן, כולן תהפוכנה למלקטות. אם יש צורך ביותר סיור - יצרתי הפרעה, והיה צורך ביותר סיירות - פועלות תחזוקת הקן תתחלפנה לסיור. אך אם יש צורך ביותר עבודה של תחזוקת הקן - למשל, אם אני מניחה כמה קיסמים - אף אחת לא תתחלף בחזרה לתחזוקת קן, הן תצטרכנה לקבל פועלות תחזוקת קן מתוך הקן. אז ליקוט משמש כמעין כיור, והנמלים מחוץ לקן משמשות כמקור. ולבסוף, נראה כאילו כל נמלה מחליטה מרגע לרגע האם להיות פעילה או לא.
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.
אז למשל, כשיש עבודת תחזוקת קן נוספת לעשות, זה לא שהמלקטות מחליפות. אני יודעת שהן לא עושות את זה. המלקטות מחליטות איכשהו לא לצאת החוצה. וכאן הייתה התוצאה הכי מעניינת: הקצאת המשימות. התהליך הזה משתנה עם גיל המושבה, והוא משתנה כך. כשאני עורכת את הניסויים הללו עם מושבות בוגרות יותר - כאלה שהן בנות חמש או יותר - הן הרבה יותר עקביות מפעם לפעם. והרבה יותר הומאוסטטיות. ככל שהדברים נעשים גרועים יותר, ככל שאני מטרידה אותן יותר, כך הן מתנהגות כמו מושבות לא מופרעות. לעומת המושבות הצעירות והקטנות - המושבות בנות השנתיים של 2,000 נמלים - שנתונות לשינוי רב יותר. מה שמדהים כאן הוא שנמלה חיה רק שנה. זו יכולה להיות השנה הזו או השנה ההיא. כלומר הנמלים במושבה הבוגרת שנראית יציבה יותר לא יותר מבוגרות מהנמלים במושבה הצעירה. זה לא בגלל הניסיון של הנמלים הבוגרות והחכמות יותר. אלא, משהו בארגון חייב להשתנות ככל שהמושבה מתבגרת. הדבר שמשתנה באופן ברור הוא הגודל שלה.
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.
מאז שקיבלתי את התוצאה הזו, אני משקיעה זמן רב בלנסות להבין אלו סוגים של חוקי החלטות - מאוד פשוטים, מקומיים, כנראה קשורים לחוש הריח, כימיים. חוקים בהם הנמלה יכולה להשתמש, מאחר ואף נמלה לא יכולה להעריך בעצמה את המצב הגלובלי - יביאו לתוצאה שאני רואה. הדינימיקות הניתנות לחיזוי האלה, של מי מבצע איזו משימה. וזה ישתנה ככל שהמושבה תגדל. גיליתי שהנמלים משתמשות ברשת של מגע של מחושים. כל מי שאי פעם הסתכל על נמלים ראה אותן מחככות מחושים. הן מריחות עם המחושים שלהן. כאשר נמלה אחת נוגעת באחרת, היא מריחה אותה. והיא יכולה להבחין, לדוגמא, אם הנמלה האחרת היא מאותו קן. מכיון שנמלים מכסות את עצמן זו בזו באמצעות טיפוח, בשכבה של שומן שנושא ניחוח ספציפי למושבה. ואנחנו למדים שהנמלה משתמשת בתבנית של מגעי המחושים שלה, בקצב שבו היא פוגשת נמלים שמבצעות משימות אחרות, כדי להחליט מה לעשות. אז המסר הוא, הוא לא בעצם מסר כלשהו שהן מעבירות מנמלה אחת לרעותה, אלא התבנית. התבנית עצמה היא המסר. אספר לכם קצת יותר על כך.
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.
אבל קודם, אתם אולי תוהים, איך נמלה יכולה לדעת, לדוגמא - אני מלקטת. אני מצפה לפגוש במלקטת אחרת בתדירות כזו או אחרת. אבל אם לחלופין אני מתחילה לפגוש מספר גבוה יותר של פועלות תחזוקת קן, פחות סביר שאצא ללקט. אז היא צריכה לדעת את ההבדל בין מלקטת לבין פועלת תחזוקת קן. ולמדנו שבמין הזה - ואני סבורה שגם במינים אחרים - הפחמימנים האלה, השכבה של השומן על פני הנמלים, משתנה כשהנמלה מבצעת משימות שונות. ערכנו ניסויים שמראים שזה קורה כי ככל שהנמלה נשארת בחוץ, כך הפחמימנים הפשוטים האלו על גב הנמלה משתנים, וכך הן מריחות אחרת על ידי ביצוע משימות שונות. והן יכולות להשתמש בניחוח הספציפי למשימה בפחמימנים על העור - הן יכולות להשתמש בו במגע החטוף של המחושים כדי לעקוב אחר הקצב בו הן פוגשות נמלים של משימות מסויימות. רק לאחרונה הדגמנו זאת כיצד על ידי הזלפת תמצית פחמימנים על חרוזי זכוכית קטנים והשמטה שלהם בעדינות לתוך הכניסה לקן בקצב הנכון. מסתבר שהנמלים מגיבות לקצב הנכון של המגע עם חרוז זכוכית עם תמצית פחמימן עליו, כשם שהן מגיבות למגע עם נמלים אמיתיות.
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.
אני רוצה להראות לכם עכשיו קטע מסרט - וזה מתחיל קודם כל בלהראות לכם את הכניסה לקן. הרעיון הוא שהנמלים נכנסות ויוצאות מהכניסה לקן. הן יצאו לבצע משימות שונות, והקצב בו הן נפגשות כשהן נכנסות ויוצאות מהכניסה לקן קובע, או משפיע על ההחלטה של כל נמלה האם לצאת החוצה, ואיזו משימה לבצע. זה צולם על ידי מיקרוסקופ סיב אופטי, וזה למטה בתוך הקן. בהתחלה אתם רואים רק את הנמלים סתם מתעסקות עם מיקרוסקופ הסיב האופטי. אבל הרעיון הוא שהנמלים שם בפנים, וכל אחת חווה זרימה מסויימת של נמלים על פניה - זרם של מגעים עם נמלים אחרות. והתבנית של האינטראקציות האלו קובע האם הנמלה יוצאת בחזרה החוצה, ומה היא עושה כשהיא יוצאת החוצה. אתם יכולים לראות את זה גם בנמלים שממש מחוץ לכניסה לקן כמו אלו. כל נמלה, אם כן, כשהיא חוזרת בחזרה פנימה, נוגעת בנמלים אחרות. והנמלים שממתינות ממש בכניסה לקן כדי להחליט האם לצאת החוצה למסע הבא שלהן, נוגעות בנמלים שנכנסות פנימה.
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.
מה שמעניין במערכת הזו הוא שהיא מבולגנת. היא משתנה. היא רועשת, ובפרט בשתי דרכים. הראשונה היא שהחוויה של הנמלה - של כל נמלה - לא יכולה להיות מאוד צפויה. מכיון שהקצב שבו הנמלים חוזרות תלוי בכל הדברים הקטנים שקורים לנמלה כשהיא יוצאת החוצה ומבצעת את משימתה בחוץ. הדרך השנייה היא שהיכולת של הנמלה להעריך את התבנית חייבת להיות מאוד גסה, כי אף נמלה לא יכולה לעשות ספירה מתוחכמת. אנחנו עושים הרבה הדמיות ומידולים וגם עבודה ניסויית, כדי לנסות ולהבין כיצד שני סוגי הרעש האלה משתלבים ויוצרים ביחד את הפעילות הניתנת לחיזוי של מושבות הנמלים.
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.
שוב, אני לא רוצה לאמר שתבנית מקרית כזו של אינטראקציות יוצרת מפעל שעובד בדיוק וביעילות כמו שעון. למעשה, אם אתה צופה בנמלים, אתה מוצא את עצמך מנסה לעזור להן, כי נראה שאף פעם הן לא עושות שום דבר בדיוק בדרך בה אתה חושב שהן צריכות לעשות אותו. אז זה לא שמתוך המגעים האקראיים האלה צומחת מושלמות. אבל זה עובד די טוב. הנמלים באיזור כבר כמה מאות מיליוני שנים. הן מכסות את כדור הארץ, חוץ מאנטארקטיקה. משהו שהן עושות הוא בבירור מוצלח מספיק כך שתבנית המגעים האקראית הזו, במצטבר, יוצרת משהו שמאפשר לנמלים לעשות המון נמלים נוספות. אחד הדברים שאנו חוקרים הוא כיצד הברירה הטבעית יכולה לפעול לעיצוב השימוש בתבניות אינטראקציה - ברשת הזו של תבניות האינטראקציה - כדי אולי להגביר את יעילות הליקוט של מושבות נמלים.
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.
דבר אחד שאני רוצה שתזכרו בקשר לזה הוא שתבניות האינטראקציה האלה הן דבר שהייתם מצפים שיהיה קשור באופן הדוק לגודל המושבה. הרעיון הפשוט ביותר הוא שכשנמלה במושבה קטנה - ונמלה במושבה גדולה יכולות להשתמש באותו חוק, למשל "אני מצפה לפגוש מלקטת אחרת כל שלוש שניות". אבל במושבה קטנה היא צפויה לפגוש פחות מלקטות, רק משום שיש פחות מלקטות לפגוש. אז סוג כזה של חוק, ככל שהמושבה מתפתחת ונהיית בוגרת וגדולה יותר, יצור התנהגות שונה במושבה בוגרת לעומת מושבה קטנה וצעירה.
Thank you.
תודה.
(Applause)
(מחיאות כפיים)