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.
Azért tanulmányozom a hangyákat, mert szeretek azon gondolkodni, hogyan működnek a szervezetek. Különösen az érdekel, hogyan képesek egy szervezet elemi egységei együttműködni, és ezáltal a szervezet egészének viselkedését meghatározni. A hangyakolóniák jó példák erre, de más példákat is találunk. Ilyen a világháló és számos biológiai rendszer: az agy, a sejtek, a fejlődő embrió.
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.
Kb. 10.000 hangyafaj létezik. Mindegyik kolóniában él, ahol egy vagy néhány királynő van. Az összes többi hangya, amit jönni-menni látunk, steril nőstény dolgozó. Ami az összes hangyakolóniában közös, az az, hogy nincs központi irányítás. Senki nem mondja meg senkinek, hogy mit csináljon. A királynő csak petéket rak. Nincs vezetőség. Egyetlen hangya sem irányítja egy másik hangya viselkedését. Én pedig azt próbálom megérteni, hogyan működik ez. Az elmúlt 20 évben aratóhangyáknak egy délkelet-arizonai populációjával dolgoztam.
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.
Itt látható a megfigyelési területem. Ez a kép valójában a hangyákról készült, a nyúl csak véletlenül került oda. (Nevetés) Ezeket a hangyákat aratóhangyáknak hívják, mivel magokat fogyasztanak. Ez az érett kolónia fészke, és ott van a fészek bejárata. Körülbelül 20 méter távolságban gyűjtik a táplálékot, összegyűjtik a magokat és visszaviszik a fészekhez, ahol tárolják. Évente elmegyek, és térképet rajzolok a megfigyelési területemről. Ez csak egy út, és nem is túl nagy: kb. 250 méter az egyik oldalon és 400 méter a másikon. Minden kolóniának van neve: egy szám, amit egy sziklára festünk. Minden évben elmegyek oda, és megkeresem azokat a kolóniákat, melyek az előző évben aktívak voltak. Felmérem, melyek pusztultak el, és felrajzolom a térképre az újakat. Ezáltal tudom, hogy melyik hány éves. Ebből adódóan pedig tanulmányozni tudom, hogyan változik a viselkedésük, ahogy a kolónia egyre öregebb és nagyobb lesz.
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.
Szeretném bemutatni Önöknek egy kolónia életciklusát. Egy hangya soha nem hoz létre újabb hangyát. Mindig kolónia hoz létre újabb kolóniát. Ezt úgy teszik, hogy minden évben kiküldik a szaporodóképeseket: ezek azok a szárnyas alakok, melyek aztán nászrepülésbe kezdenek. Tehát minden évben ugyanazon a napon - rejtély, hogy ez pontosan hogyan zajlik - minden kolónia kiküldi a szűz, szárnyas, még nem megtermékenyített királynőket és a hímeket, melyek egy helyre repülnek, majd párosodnak. Itt egy nemrég még szűz királynő látható. (Nevetés) Ezek itt a szárnyai. Egy hímmel párosodik épp, míg fönt egy másik hím vár a sorára. A királynők gyakran többször párosodnak. A folyamat végén a hímek elpusztulnak. Nekik eddig tartott a történet.
(Laughter)
(Nevetés)
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.
A frissen megtermékenyített királynők elrepülnek valahova, elhullajtják a szárnyaikat, ásnak egy gödröt maguknak, ahol elkezdik a petéiket lerakni. 15-20 évig élnek, ezalatt folyamatosan petéket raknak, mindezt azzal a spermiummal, ami abból az egyetlen párosodásból származik. A királynő tehát lemegy oda, petéket rak, és eteti a lárvákat. Egy hangya tehát peteként kezdi az életét, és lárva lesz belőle. A lárvákat a saját zsírtartalékainak felöklendezésével eteti. Amikor az első hangyák kikelnek a petéből, lárvák lesznek. Ezután bebábozódnak, majd kifejlett hangyákként jönnek elő. Útnak indulnak, élelmet szereznek, kiássák a fészket, és a királynő soha többet nem jön elő.
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.
Ez egy egyéves kolónia, történetesen az 536-os számú. Ott van a fészek bejárata és egy ceruza viszonyításnak. Ez tehát az a kolónia, melyet a királynő az előző nyáron alapított. Ez egy hároméves kolónia. Ott a bejárat és a ceruza viszonyítási alapként. Csinálnak egy szemétdombot, az élelem el nem fogyasztott részeiből, ami általában maghéjakból áll. Ez egy ötéves kolónia. Ez a bejárat, és ott a ceruza. Ez körülbelül a végleges méret, nagyjából egy méter átmérővel. Itt látható hogyan változik a kolónia mérete és a dolgozók száma - ez tehát nagyjából 10.000 dolgozó - a kolónia években kifejezett életkorának függvényében. A kezdő szám nulla - ekkor még csak az alapító királynő van, és a számuk 10-12 ezerre nő, mire a kolónia ötéves lesz. Ez a méret megmarad egészen a királynő haláláig. Amikor a királynő 15-20 éves lesz, nincs aki több hangyát hozzon létre. Amikor elérik ezt a stabil méretet és létszámot, szaporodni kezdenek. Ekkor küldenek ki szárnyas királynőket és hímeket az éves nászrepülésre. Azért tudom, hogyan változik egy kolónia mérete az életkor előrehaladtával, mert kiástam ismert korú kolóniákat, és egyesével megszámoltam őket. (Nevetés) Mégsem ez a legizgalmasabb része ennek a kutatásnak, habár ez is érdekes.
(Laughter)
(Nevetés)
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.
A valódi kérdés, amin a hangyákkal kapcsolatban gondolkodom az, amit feladatkiosztásnak nevezek. És itt nemcsak a kolónia szervezeti felépítése érdekes, hanem az is, hogy hogyan változtatja meg a viselkedését? Hogyan képes a kolónia a különböző feladatokat ellátó dolgozók számát a külső körülményeknek megfelelően változtatni? Egy kolónia életében történnek dolgok. Ha nyáron esik, a sivatagban árvizek vannak. Ezek sok kárt tesznek a fészekben, ezért több hangya kell a fészek rendbetételéhez. Ha bőséges a táplálékforrás - és ezt mindenki ismeri, aki valaha piknikezett -, több hangya gyűjti az élelmet. Hogyan képes a kolónia a feladatokhoz igazítani a dolgozók számát, ha senki nem mondja meg senkinek, hogy mit csináljon? Ez tehát az a folyamat, amit feladatkiosztásnak nevezek.
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.
A fészket elhagyó aratóhangyáknál a feladatokat négy csoportra osztom: vannak táplálékszerző hangyák, akik az élelemszerző útvonal mentén keresik a táplálékot, vagy viszik vissza azt a fészekbe. A járőrök - ez egy nagyító akart lenni - érdekes csoport. Kora reggel indulnak útnak, a táplálékszerzők előtt. Valamiképp kiválasztják azt az irányt, amerre a táplálékszerzők fognak menni, és pusztán azzal, hogy visszatérnek, jelzik a táplálékszerzőknek, hogy az útvonal biztonságos. A fészekkarbantartók bent dolgoznak, és szeretném elmondani, hogy a fészek leginkább Bill Lishman házára hasonlít. Kamrák vannak belül, a falakat nedves talajjal bélelik, ami vályogszerű felületté szárad ki. Nagyon hasonlít azokra a barlanglakásokra is, melyekben a környéken élő hopi törzs tagjai laknak. A karbantartók ezt a munkát a fészken belül végzik, majd a fészekből a száraz talajszemcséket a rágóik közt tartva hordják a felszínre. Tehát a karbantartók egy kis homokkal jönnek föl, leteszik, megfordulnak és visszamennek. Végül pedig a szemétért felelős dolgozók valamilyen kémiai anyaggal jelölik meg a szemetet, így jelezve territóriumuk határát. Tehát azt látjuk, hogy a szemétfelelősök hulladékkupacot építenek. Egyik nap itt van a kupac, másik napra átmozgatják máshova, aztán újra visszaviszik. Ez tehát a szemétfelelősök munkája. És ezt a négy csoportot csak a fészken kívül dolgozó hangyák alkotják. Ez nagyjából a kolónia 25%-a, és ők a legöregebb hangyák.
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.
Egy hangya tehát valahol a királynő közelében kezdi a munkát. Amikor kiásunk egy fészket, azt látjuk, hogy olyan mély, amilyen széles, ami egy nagy és öreg fészeknél kb. egy méter. Aztán van még egy hosszú alagút és egy kamra, ahol gyakran a királynőt találjuk, persze csak a sziklák nyolc órányi csákányozása után. Nem hiszem, hogy ez a kamra azért lett ilyen, hogy távol tartson engem, a markológépem és a csákányokkal felszerelt diákjaim, hanem inkább azért, mert ha áradás van, a kolóniának időnként mélyre kell visszahúzódnia. Ezért hát egy teljes kamrahálózatot alakítottak ki. A királynő pedig ott van valahol, és petéket rak. Ott vannak a lárvák; a táplálék javát ők eszik meg. És a legtöbb hangyára, amit jönni-menni látunk igaz, hogy nem eszik valami sokat. Az élelmet a lárvák etetésére viszik. Miután a táplálékszerzők megérkeznek, bedobják az élelmet a felső kamrába, ahova más hangyák alulról feljönnek, magukhoz veszik az élelmet, leviszik, lehántják a magokrók a héjat és kupacba rendezik. Ott vannak a karbantartók is, akik a fészek teljes területén dolgoznak. Érdekes módon azonban úgy tűnik, hogy bármely adott pillanatban a kolónia körülbelül fele az égvilágon semmit nem csinál. Tehát ellentétben a bibliai idézettel, mely így szól: “Eredj a hangyához, te rest,” úgy tűnik a kolónia felére, inkább csak mint tartalékra kell tekintenünk. Vagyis, ha bármi történne - bár én még nem láttam ilyet, igaz, nekem csak röpke 20 év tapasztalatom van -, szóval ha valami történne, és szükség lenne rájuk, mind bevethetők lennének. Valójában viszont legtöbbjük csak úgy elvan odabent.
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.
És azt gondolom, nagyon érdekes kérdés, hogy mi lehet egy kolónia szervezeti felépítésében az, ami mégis funkciót ad a tartalékos, semmittevő hangyáknak, akik valamiféle pufferzónaként működnek a fészek mélyén és a külvilágban dolgozó hangyák között. Ha megjelölünk külső dolgozókat, és kiássuk a kolóniát, a fészek mélyén sosem látunk közülük egyet sem. Az történik tehát, hogy amíg a hangyák fiatalok, a fészek mélyén dolgoznak. Ezután valamiképpen tartalékosokká válnak. Végül pedig a külső munkákat végzőkhöz csatlakoznak. És ha egyszer csatlakoztak a külső munkát végzőkhöz, már soha többé nem mennek vissza a fészek mélyére. A legtöbb hangya, a tartalékosokat is beleértve, nem lát túl jól. Van szemük, és különbséget tudnak tenni fény és sötétség között, de elsősorban szaglás alapján dolgoznak. Ki kell hangsúlyoznom, hogy amit esetleg a hangyakirálynőről gondoltak, nem igaz. Még ha rendelkezne is a királynő elegendő intelligenciával ahhoz, hogy a kamrák szövevényén át kémiai úton küldjön üzenetet, és utasítást adjon a fészken kívül dolgozóknak, kizárt, hogy egy ilyen üzenet időben megérkezne úgy, hogy a feladatkiosztás változásaihoz is alkalmazkodjon. Ez az egyik oka annak, hogy tudjuk, a királynő nem irányítja a kolónia viselkedését.
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?"
Tehát amikor először kezdtem foglalkozni a feladatkiosztással, az első kérdésem ez volt: Mi a kapcsolat az egyes feladatokat végző csoportok között? Számít-e a táplálékszerzőknek, hogy mit csinálnak a karbantartók? Számít-e a szemétfelelősöknek, hogy mit csinálnak a járőrök? A kontextus, amiben a kolóniák működését vizsgáltam az volt, hogy minden egyed születésétől fogva a többiektől függetlenül egy adott feladatot végez, és tisztában van a kolónia futószalagán betöltött szerepével. A kérdést mégis inkább így fogalmaztam meg:
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.
Hogyan függnek egymástól az egyes feladatokat végző csoportok? Olyan kísérleteket végeztem, ahol egyetlen tényezőt változtattam meg. Például több feladatot adtam a karbantartóknak azzal, hogy egy kupac fogpiszkálót tettem a bejárat elé kora reggel, amikor megkezdik munkájukat. 20 perccel később így nézett ki a bejárat. (Nevetés) Kb. 40 perccel később pedig így. A karbantartók az összes fogpiszkálót a hangyaboly szélére hurcolták és ott hagyták. Amire kíváncsi voltam, az volt, hogy van itt egy helyzet, aminek a megoldásához többlet karbantartókat állítottak be. Lesz-e ennek bármilyen hatása a más feladatokat végző csoportokra? Ezután megismételtük a teljes kísérletet megjelölt hangyákkal. Itt látható néhány kék színű karbantartó. Idővel kifinomultabb lett a rendszerünk, és már három színnel dolgoztunk. Egyedszinten jelölünk, így tudjuk, hogy melyik hangya hova tartozik. Először repülőgépmakettekhez használt festékkel dolgoztunk, majd rátaláltunk ezekre a csodás kis japán filcekre, amik remekül beváltak. Tehát az eredményeket összefoglalva, igen, úgy tűnik, hogy az egyes feladatok függnek egymástól. Ha tehát megváltoztatom az egyik feladathoz rendelt dolgozók számát, az meg fogja változtatni a másik feladatot végzők számát is. Ha például rendrakási feladatot adok a karbantartóknak, akkor kevesebb táplálékszerzőt látok. És ez minden páros feladatkombinációra igaz volt.
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.
A másik eredmény, ami sokakat meglepett, hogy a hangyák változtatják a feladataikat. Egy adott hangya nem ugyanazt a feladatot végzi egész életében. Ha tehát többletélelmet teszek ki, mindenki más, így a szemétfelelősök is abbahagyják a szemétgyűjtést, hogy a táplálékkal foglalkoznak - táplálékszerzők lesznek. A karbantartók táplálékszerzők lesznek. A járőrök táplálékszerzők lesznek. De a feladatváltás nem minden irányban lehetséges. Itt látható a működése. Ahogy már mondtam, ha több az élelem, a járőrök, szemétfelelősök, karbantartók mind táplálékszerzésre állnak át. Ha több a járőrözési feladat, azaz valamilyen zavart okoztam, és több járőrre van szükség, akkor a karbantartók állnak be járőrözni. Ha azonban több karbantartóra van szükség, például mert egy kupac fogpiszkálót szórtam ki, kintről senki nem fog beállni a karbantartókhoz. A fészken belülről kell ehhez dolgozókat szerezni. A táplálékszerzés tehát a feladatok szempontjából végállomás, míg a fészek a többletdolgozók forrása. Végül pedig úgy tűnik, hogy minden egyes hangya
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.
az adott pillanatban dönti el, hogy aktív legyen-e vagy sem. Ha például többlet- karbantartási feladat van, nem a táplálékszerzők fognak feladatot váltani - tudom, hogy nem fognak. A táplálékszerzők valamiképp úgy döntenek, hogy nem jönnek ki. És itt láttuk a legérdekesebb eredményt: a feladatkiosztást. Ez a folyamat a kolónia életkorával változik a következőképpen: Ha öregebb kolóniákkal kísérletezek, ötévesekkel vagy annál idősebbekkel, sokkal állandóbbak, stabilabbak. Minél kuszábbá válik a helyzet, minél jobban megzavarom őket, annál olajozottabban működik a kolónia. Ezzel szemben a kisebb, fiatalabb kolóniák, például egy csak 2000 hangyából álló kétéves kolónia, sokkal változékonyabb. És ebben az a csodálatos, hogy egy hangya csak egy évig él. Mindegy, melyik évet nézzük. Tehát a stabilabbnak tűnő többéves kolóniákban a hangyák semmivel sem öregebbek, mint a fiatal kolóniákban. Tehát nem léteznek tapasztaltabb, bölcsebb hangyák. Ehelyett a kolóniák szervezeti felépítésében kell legyen valami, ami idővel változik. Ez a magától értetődően változó tényező pedig a méret.
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.
Amióta erre rájöttem, sok időt töltöttem azzal, hogy megértsem, milyen döntési szabályokat - nagyon egyszerű, helyi, feltehetően szaglás útján és kémiai módon működő szabályokat - alkalmazhatnak a hangyák, hiszen egyetlen hangya sem láthatja a teljes képet és értheti meg a feladatkiosztással összefüggő, megjósolható dinamikákat olyan formában, ahogy mi. És mindez a kolónia növekedésével változik. Amire rájöttem az, hogy a hangyák a csápjaik érintkezésével alakítanak ki hálózatot. Bárki, aki figyelt már hangyákat, látta, hogy a csápjaikat összeérintik. A csápjaikkal szagolnak. Amikor egy hangya megérint egy másikat, megszagolja, és el tudja dönteni például, hogy a másik fészektársa-e. A hangyák ugyanis egymás tisztogatása során több rétegben bekenik egymást egy, az adott kolóniára jellemző illatú, zsíros anyaggal. Arra jöttünk rá, hogy egy hangya a csápok érintkezésének mintázata alapján, és abból, hogy milyen gyakran találkozik más feladatot végző hangyákkal, képes eldönteni, hogy neki magának mit kell csinálnia. A lényeg tehát az, hogy nem az egyik hangya ad át a másiknak üzenetet, hanem maga a mintázat az üzenet. És erről később mondok még néhány dolgot.
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.
Először azonban arról beszélnék, hogyan képes egy hangya eldönteni, például azt, hogy egy másik hangya táplálékszerző: Arra számítok, hogy egy társammal fogok valamilyen gyakorisággal találkozni, ehelyett azonban egyre több karbantartóval találkozom. Így kisebb az esélye annak is, hogy én táplálékszerző legyek. A hangyának tehát fel kell ismernie a különbséget egy táplálékszerző és egy karbantartó között. Arra jöttünk rá, hogy ennél a fajnál, és valószínű más fajoknál is, a hangyák testének felszínén lévő zsíros, szénhidrogénekből álló réteg különbözik attól függően, hogy az egyed épp milyen feladatot végez. Kísérleteket végeztünk ennek bizonyítására. Minél hosszabb időt tölt egy hangya a fészken kívül, annál jobban változik a testén lévő egyszerű szénhidrogénből álló réteg, így tehát más feladatok végzésekor más illatot bocsájt ki. Ez a kutikulában lévő, szénhidrogénekből álló, feladatspecifikus illat a csápok rövid ideig tartó érintkezésével valamiképp lehetővé teszi, hogy számon tudják tartani, milyen gyakorisággal találkoznak bizonyos feladatokat végző hangyákkal. Ezt nemrégiben sikerült demonstrálnunk oly módon, hogy a fészek bejáraton át szénhidrogén kivonattal bevont üveggyöngyöket ejtettük le óvatosan és a megfelelő ütemben a fészek belsejébe. Azt tapasztaltuk, hogy ha megfelelő az ütem, a hangyák reagálnak ezekre üveggolyókra, ugyanúgy, ahogy valódi hangyákkal való kontaktusra reagálnának.
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.
Most szeretnék Önöknek egy rövid filmet mutatni. A film a fészek bejáratának bemutatásával kezdődik. A lényeg, hogy a hangyák ki-be mennek a fészek bejáratán különböző feladatok elvégzése céljából, és amilyen arányban találkoznak egymással, a fészek bejáratánál, az határozza meg vagy befolyásolja a döntésüket, hogy kimenjenek-e, és ha igen, milyen feladatot végezzenek. Ezt száloptikás mikroszkóppal készítettük a fészek mélyén. Az elején láthatják, ahogy a hangyák megvizsgálják a száloptikás mikroszkópot. A lényeg, hogy a hangyák ott vannak, és minden egyes hangya társainak egy bizonyos mértékű áramlását érzékeli. A fajtársakkal való kontaktus áramlását. A kontaktus áramlásának mintázata határozza meg, hogy egy hangya elhagyja-e a fészket, és ha igen, mit csinál. Láthatják is ezt azokon a hangyákon, melyek a fészek bejáratán kívül vannak, mint itt ezek. Minden egyes hangya, amelyik visszatér, hozzáér a többiekhez. Azok a hangyák pedig, amelyek a fészek bejáratán belül várnak azért, hogy eldöntsék mi lesz a következő küldetésük, hozzáérnek a beérkező hangyákhoz.
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.
Ami érdekes, hogy ez a rendszer meglehetősen zavaros, változékony, zajos - különösen két tekintetben. Az első, hogy a hangyák egyed szintű tapasztalásai nem igazán kiszámíthatóak. Mert annak az üteme, ahogy a hangyák a fészekbe visszatérnek, számos apró hatástól függ, amely a hangyát éri, miközben kimegy és a feladatát elvégzi. A másik dolog pedig, hogy egy hangya mintázatértékelő képessége elég kezdetleges kell, hogy legyen, hiszen nem képesek bonyolult számításokra. Sok szimulációt, modellezést és kísérletet végzünk, hogy megállapítsuk, ez a két típusú zavarás hogyan adódik össze, és hogyan teszi a hangyakolóniák viselkedését összességében mégis kiszámíthatóvá.
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.
Nem azt állítom, hogy az érintkezéseknek ez a fajta véletlenszerűsége egy gyár működésének óramű pontosságát és hatékonyságát eredményezi. Sőt, a hangyákat figyelve szinte késztetést érzünk arra, hogy segítsünk nekik, mivel úgy tűnik, hogy soha semmit nem csinálnak pontosan úgy, ahogy szerintünk kellene. Tehát messze nem arról van szó, hogy ezekből a véletlenszerű kontaktusokból tökéletesség születne. Viszont elfogadhatóan jól működik. A hangyák több millió éve itt vannak közöttünk. Az Antarktisz kivételével az egész Földön elterjedtek. Valami, amit tesznek, nyilván elég sikeres ahhoz, hogy a véletlenszerű érintkezéseknek ez a mintázata, ha a nagy egészet nézzük, valami olyat hoz létre, ami lehetővé teszi számukra, hogy még több hangya legyen. Az egyik dolog, amit tanulmányozunk, hogyan hathat a természetes szelekció az érintkezés-mintázatok használatára, erre a kölcsönhatás-mintázat hálózatra azért, hogy esetleg növelje a hangyakolóniák táplálékszerzési hatékonyságát.
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.
Mindebből leginkább azt szeretném kiemelni, hogy ezek az érintkezésmintázatok várakozásaink szerint szorosan összefüggnek a kolónia méretével. A legegyszerűbb elképzelés, hogy egy kis kolóniában élő hangya és egy nagy kolóniában élő hangya ugyanolyan szabályok szerint él. Pl: Arra számítok, hogy 3 másodpercenként találkozom egy másik táplálékszerzővel. Egy kis kolóniában azonban valószínű, hogy kevesebb táplálékszerzővel találkozom, egyszerűen azért, mert kevesebben vannak. Ez tehát az a szabály, ami ahogy a kolónia fejlődik -nagyobb és öregebb lesz -, eltérő viselkedést eredményez egy idősebb és egy kisebb, fiatalabb kolóniában.
Thank you.
Köszönöm.
(Applause)
(Taps)