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.
Eu estudo as formigas porque gosto de pensar como funcionam as organizações. Em particular, como as partes simples das organizações interagem para criar o comportamento de toda a organização. As colónias de formigas são um bom exemplo duma organização dessas, e há muitas outras como, por exemplo, a "web". Há muitos sistemas biológicos como esse - o cérebro, as células, os embriões em desenvolvimento.
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.
Há cerca de 10 000 espécies de formigas. Todas vivem em colónias com uma ou algumas rainhas e todas as formigas que vemos a passear são operárias estéreis. Todas as colónias de formigas têm em comum a ausência de controlo central. Ninguém diz a ninguém o que têm de fazer. A rainha apenas põe ovos. Não há qualquer gestão. Nenhuma formiga determina o comportamento de outra formiga. Tento perceber como é que isso funciona. Já trabalho há 20 anos numa população de formigas que comem sementes
Here's my study site. This is really a picture of ants,
no sudeste do Arizona.
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.
Este é o meu local de estudo. Isto é uma fotografia de formigas, o coelho está ali por acaso. (Risos) Estas formigas chamam-se ceifeiras porque comem sementes. Este é o ninho duma colónia madura e ali é a entrada do ninho. Elas forrageiam num raio de 20 metros de distância, apanham as sementes e trazem-nas para o ninho onde as armazenam. Todos os anos vou lá e faço um mapa do local de estudo. Isto é apenas uma estrada e não é muito grande. Tem cerca de 250 metros de um lado e 400 metros do outro. Todas as colónias têm um nome, que é um número que está pintado numa rocha. Vou lá todos os anos e procuro todas as colónias que havia um ano antes. Procuro as que morreram e registo as novas no mapa. Ao fazer isto, sei qual a idade que todas têm. Graças a isso, posso estudar como se altera o seu comportamento quando a colónia envelhece e aumenta de tamanho.
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.
Vou falar-vos do ciclo de vida duma colónia. As formigas nunca fazem mais formigas; as colónias é que fazem mais colónias. Fazem-no todos os anos, enviando as reprodutoras - as que têm asas - num voo de acasalamento. Todos os anos, no mesmo dia - é um mistério como isso acontece - cada colónia faz sair as suas rainhas virgens com asas e os machos e todos voam para um mesmo local onde acasalam. Isto mostra uma recente rainha virgem. Vejam as asas dela. Está a acasalar com este macho e há outro macho em cima à espera de vez. As rainhas acasalam frequentemente mais do que uma vez. Depois disso, todos os machos morrem. Para eles, é tudo.
(Laughter)
(Risos)
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.
Depois, as recém-fecundadas rainhas voam e deixam cair as asas, escavam um buraco, entram nele e começam a pôr ovos. Vivem cerca de 15 a 20 anos, continuando a pôr ovos, usando o esperma do acasalamento inicial. A rainha entra aqui. Põe ovos, alimenta as larvas - uma formiga começa num ovo, depois é uma larva. Alimenta as larvas, regurgitando as suas reservas de gordura. Assim, logo que surgem as formigas - o primeiro grupo de formigas - são larvas, depois são pupas e saem do casulo como formigas adultas. Saem para o exterior, arranjam comida, escavam o ninho
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.
e a rainha nunca mais volta a sair. Esta é uma colónia com um ano - é a 536. Aqui é a entrada do ninho. Há um lápis a servir de escala. É uma colónia fundada por uma rainha no verão anterior. Esta é uma colónia com três anos. Aqui é a entrada do ninho. Há um lápis a servir de escala. Fazem um monturo, uma pilha de detritos - na maior parte, as cascas das sementes que comem. Esta é uma colónia de cinco anos, Aqui é a entrada do ninho. Cá está o lápis para a escala. Este é o maior tamanho que atingem, cerca de um metro de diâmetro. E aqui é como muda o tamanho e o número das formigas operárias - esta tem cerca de 10 000 formigas operárias - em função da idade da colónia, em anos. Começa com zero formigas, apenas a rainha fundadora e cresce até uma dimensão de 10 a 12 mil formigas, quando a colónia atinge os cinco anos. E mantém esse tamanho até a rainha morrer e não haver ninguém para fazer formigas, quando ela tiver 15 a 20 anos. É quando atingem um número estável, em número de formigas que começam a reproduzir-se, ou seja, a enviar mais rainhas com asas e machos para aquele voo de acasalamento. Sei que a dimensão da colónia muda em função da idade da colónia porque escavei colónias de idade conhecida e contei todas as formigas. (Risos) Esta não é a parte mais divertida da investigação, mas é interessante.
(Laughter)
(Risos)
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 questão em que penso quanto a estas formigas é aquilo a que chamo atribuição de tarefas. Não é apenas a forma como a colónia está organizada mas como é que muda o que está a fazer, Como é que a colónia consegue ajustar o número de operárias que executam cada tarefa, quando as condições mudam? Acontecem coisas numa colónia de formigas. Quando chove no verão, e há cheias no deserto há muitos danos no ninho e são precisas formigas extra para limpar aquela confusão. Quando aparece comida extra - todos sabemos isso por causa dos piqueniques - são atribuídas formigas extra para recolher essa comida. Não havendo ninguém a dizer o que fazer, como é que a colónia consegue ajustar o número de operárias que realizam cada tarefa? É a esse processo que eu chamo atribuição de tarefas.
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.
Nas formigas ceifeiras, eu divido as tarefas das formigas que vejo fora do ninho nestas quatro categorias; As forrageiras que procuram comida, num trilho de forrageamento; à procura de comida ou a trazer comida. As patrulheiras - aquilo é supostamente uma lente de aumentar. são um grupo interessante que saem cedo de manhã antes de as forrageiras entrarem em atividade. Escolhem a direção que as forrageiras devem seguir e quando voltam - pelo simples facto de voltarem - informam as forrageiras que é seguro saírem. As operárias de manutenção trabalham no interior do ninho e quero dizer-vos que o ninho é parecida com a casa de Bill Lishman. Ou seja, tem câmaras lá dentro, forram as paredes das câmaras com terra húmida que seca com uma espécie de superfície de adobe. Também se parece com certas grutas do povo Hopi que há nesta área. As operárias de manutenção fazem isso no interior do ninho. Depois saem do ninho com bocados de terra seca nas mandíbulas. Vemos as operárias de manutenção a sair com um pouco de areia, depositam-na, dão meia volta e tornam a entrar. Por fim, as operárias lixeiras põem um químico territorial no lixo. Vemos as operárias lixeiras a fazer uma pilha de detritos. Num dia, está aqui e no dia seguinte elas mudam-no para ali, depois voltam a pô-lo no mesmo local. É assim que trabalham as operárias lixeiras. Estes quatro grupos são apenas as formigas que saem do ninho. São cerca de 25% da colónia, e são as formigas mais velhas.
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.
Uma formiga começa algures perto da rainha. Quando escavamos ninhos, descobrimos que eles são tão profundos como largos, ou seja, têm cerca de um metro de profundidade nos grandes ninhos mais antigos. Depois há outro longo túnel e uma câmara onde encontramos habitualmente a rainha, depois de picarmos a rocha com picaretas durante oito horas. Esta câmara não se deve à minha retroescavadora nem ao meu grupo de estudantes com picaretas mas porque, quando há cheias, a colónia pode ter que se abrigar mais abaixo. Há toda uma rede de câmaras. A rainha está por aqui algures, Só põe ovos. As larvas consomem a maior parte da comida, na maior parte dos formigueiros. As formigas que vemos a passear por aí não comem muito. Transportam a comida e alimentam as larvas. Quando as forrageiras chegam com comida, deixam-na na câmara superior, aparecem outras formigas vindas de baixo, pegam na comida, descascam as sementes e empilham-nas. São as operárias de manutenção que trabalham no ninho. É curioso e interessante: parece que cerca de metade das formigas na colónia estão sempre sem fazer nada, apesar do que se diz na Bíblia: "Olha para as formigas, preguiçoso". Na verdade, podemos pensar nestas formigas como reservas. Ou seja, se acontecer qualquer coisa - coisa que eu nunca vi acontecer mas só as observo há 20 anos - (Risos) se acontecer qualquer coisa, podem sair, se for preciso.
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.
Mas a maioria só anda por ali. Penso que é uma questão muito interessante. O que é que há na organização duma colónia que possa ter uma função de reserva de formigas que não fazem nada? São uma espécie de tampão de segurança entre as formigas que trabalham no ninho e as que trabalham no exterior. Se marcarmos as formigas que trabalham no exterior, e escavarmos uma colónia, nunca as encontramos lá em baixo. O que acontece é que as formigas só trabalham no interior do ninho quando as colónias são mais novas. Mantêm-se nesta reserva. Por fim, são recrutadas para se juntarem à força de trabalho no exterior. Depois de começarem a trabalhar no exterior, nunca mais voltam lá para baixo. A maior parte das formigas não vê muito bem. Têm olhos, distinguem a luz da escuridão mas trabalham sobretudo pelo olfato. Para reforçar que não é verdade aquilo que vocês podem ter pensado sobre as formigas rainhas - mesmo se a rainha tivesse a inteligência de enviar mensagens químicas através desta rede de câmaras para dizer às formigas no exterior o que devem fazer, seria impossível que essas mensagens chegassem a tempo de ver as mudanças na atribuição de operárias que vemos no exterior do ninho. É assim que sabemos que a rainha não dirige o comportamento da colónia.
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?"
Quando comecei a estudar a atribuição de tarefas, a minha primeira pergunta foi: "Qual é a relação entre as formigas que realizam tarefas diferentes?" "As forrageiras sabem o que as operárias de manutenção estão a fazer?" "As operárias lixeiras sabem o que as patrulheiras estão a fazer?" Eu trabalhava no contexto de um conceito de colónias de formigas em que cada formiga estava dedicada à sua tarefa, desde que nascia e, de certa forma, trabalhava independentemente das outras, sabendo qual o seu lugar na linha de montagem. E queria saber: "Qual é a interdependência dos diferentes grupos?"
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.
Assim, fiz experiências em que alterava uma coisa. Por exemplo, criei mais trabalho para as operárias de manutenção colocando uma pilha de palitos perto da entrada do ninho, de manhã cedo, quando as operárias de manutenção começam a ficar ativas. As coisas ficaram assim, ao fim de 20 minutos e cerca de 40 minutos depois. As operárias de manutenção levaram todos os palitos para o pé do monturo mais próximo e deixaram-nos ali. O que eu queria saber era: "Esta é uma situação em que foram recrutadas mais operárias de manutenção. "Terá exercido algum efeito nas operárias que realizam outras tarefas?" Depois repetimos todas essas experiências com as formigas marcadas. Estas são operárias de manutenção, a azul. Posteriormente, ficámos mais sofisticados e temos este sistema de três cores. Marcamo-las individualmente, por isso sabemos que formiga é. Começámos com pintura de modelos de aviões depois descobrimos estes ótimos marcadores japoneses que funcionam muito bem. Resumindo os resultados, acontece que as diferentes tarefas são interdependentes. Se eu alterar o número das que realizam uma tarefa, o número das que realizam outra tarefa também se altera. Por exemplo, se eu fizer distúrbios que as operárias de manutenção têm que limpar, vejo menos formigas a forragear. Isto acontecia em todos os pares de combinações de tarefas.
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.
Outro resultado, que surpreendeu muita gente, foi que as formigas trocam de tarefas. A mesma formiga não faz sempre a mesma tarefa durante toda a vida. Por exemplo, se eu colocar comida extra, as formigas lixeiras deixam de apanhar lixo e vão buscar a comida, tornam-se forrageiras. As operárias de manutenção tornam-se forrageiras. As patrulheiras tornam-se forrageiras. Mas nem todas as transições são possíveis. Isto mostra como funciona. Como eu já disse, se houver mais comida para recolher, as patrulheiras, as lixeiras, as operárias de manutenção passam a ser forrageiras. Se é preciso fazer mais patrulhas - criei um desequilíbrio para precisar de mais patrulheiras - as operárias de manutenção passam a ser patrulheiras. Mas, se for preciso mais trabalho de manutenção - por exemplo, se eu puser um monte de palitos - ninguém volta a mudar para a manutenção do ninho. Têm que ir buscar operárias de manutenção no interior do ninho. Portanto, as forrageiras agem como um tanque e as formigas no interior do ninho agem como uma fonte. Por fim, parece que cada formiga está a decidir, momento a momento, se deve ser ativa ou não.
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.
Por exemplo, quando há trabalho extra para manutenção do ninho, não são as forrageiras que mudam, eu sei que não o fazem. Mas as forrageiras decidem não sair E é este o resultado mais intrigante: a atribuição de tarefas. Este processo altera-se deste modo com a idade da colónia. Quando faço estas experiências com colónias mais velhas - as que têm cinco anos ou mais - elas são muito mais consistentes no seu comportamento e muito mais homeostáticas. Quanto mais as perturbo, mais elas agem como colónias impassíveis. Enquanto que as colónias jovens, pequenas - as colónias de dois anos, só com 2000 formigas - são muito mais instáveis. O espantoso nisto tudo é que uma formiga só vive um ano. Pode ser este ano, ou este ano. Assim, as formigas da colónia mais velha que parece ser mais estável não são mais velhas do que as formigas da colónia mais nova. Não se deve à experiência das formigas mais velhas, mais sábias, é antes qualquer coisa na organização que muda à medida que a colónia envelhece. Uma coisa óbvia que muda é a sua dimensão.
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.
Logo que cheguei a este resultado, passei muito tempo a tentar perceber quais as regras de decisão - regras muito simples, locais, provavelmente regras olfativas, químicas que uma formiga usava, já que as formigas não podem avaliar a situação global - e que produzissem o resultado que eu observava, essa dinâmica previsível sobre quem executa que tarefa. E que se alterava à medida que a colónia aumentava. Descobri que as formigas usam uma rede de contacto pelas antenas. Todos os que já observaram formigas, viram que elas tocam as antenas. Cheiram com as antenas. Quando uma formiga toca noutra, está a cheirá-la e pode dizer, por exemplo, se a outra formiga é do mesmo ninho porque as formigas cobrem-se umas às outras, numa ação de higiene, com uma camada de gordura que contém um odor específico da colónia, Percebemos que uma formiga usa o esquema dos contactos pelas antenas, a frequência com que encontra formigas noutras tarefas, para decidir o que fazer. Portanto, não é uma mensagem o que transmitem de formiga para formiga, é um padrão. A mensagem é o próprio padrão. Vou falar-vos um pouco mais sobre isto.
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.
Mas, primeiro, devem estar a pensar como é que uma formiga pode dizer, por exemplo, que é uma forrageira e espera encontrar outra forrageira a uma certa frequência. Mas, se começa a encontrar maior número de operárias de manutenção, percebe que não deve estar a forragear. Tem que reconhecer a diferença entre uma forrageira e uma operária de manutenção. Ficámos a saber que, nesta espécie - e suspeito que noutras espécies também - estes hidrocarbonetos, esta camada de gordura na superfície exterior da formiga é diferente quando as formigas realizam tarefas diferentes. Fizemos experiências que mostram que, quanto mais tempo uma formiga estiver no exterior, mais se alteram os hidrocarbonetos simples da superfície e acabam por ter um cheiro diferente, ao realizarem tarefas diferentes. Podem usar esse odor específico da tarefa em hidrocarbonetos cuticulares - podem usá-los nos seus breves contactos pelas antenas para perceber qual o ritmo a que encontram formigas de determinadas tarefas. Recentemente demonstrámos isso, colocando um extrato de hidrocarbonetos em pequenas contas de vidro, e deixando cair as contas à entrada do ninho a um ritmo adequado. Acontece que as formigas reagem ao ritmo exato do contacto com uma conta de vidro com extrato de hidrocarbonetos, tal como reagiriam com formigas verdadeiras.
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.
Agora vou mostrar um pequeno filme que começa por mostrar a entrada do ninho. A ideia é que as formigas entram e saem à entrada do ninho. Saíram para realizar diversas tarefas, e o ritmo a que se encontram, quando entram e saem do ninho determina ou influencia a decisão de cada formiga sobre onde ir e que tarefa realizar. Isto é filmado com um microscópio de fibra ótica, no interior do ninho. No início, vemos as formigas a interagir com o microscópio de fibra ótica. Mas a ideia é que as formigas estão ali dentro e cada formiga contacta com um certo fluxo de outras formigas, uma enfiada de contactos com outras formigas. O padrão destas interações determina se a formiga vai sair para o exterior e o que vai fazer quando sair. Também vemos o mesmo nas formigas no exterior, junto da entrada do ninho. Cada formiga, quando entra, contacta as outras formigas. E as formigas que estão à espera à entrada do ninho, decidem se saem em viagem, contactando as formigas que entram.
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.
O que é interessante neste sistema é que é confuso, é variável, é ruidoso. Especialmente, de duas formas. A primeira é que a experiência de cada formiga não é muito previsível. Porque o ritmo a que as formigas regressam depende das pequenas coisas que acontecem a uma formiga que realiza a sua tarefa no exterior. A segunda é que a capacidade de uma formiga para avaliar esse padrão deve ser muito grosseira, porque nenhuma formiga sabe fazer cálculos sofisticados. Fazemos muitas simulações, modelos e também trabalho experimental para tentar perceber como estes dois tipos de interferências se combinam, no agregado, e produzem o comportamento previsível das colónias de formigas.
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.
Não estou a dizer que este tipo de padrão aleatório de interações produz uma fábrica que funciona com a precisão e a eficácia de um relógio. Com efeito, se observarem as formigas, acabam por tentar ajudá-las porque parece que elas nunca fazem nada exatamente da forma que pensamos que deviam fazer. Assim, não é destes contactos aleatórios que surge a perfeição mas funciona bastante bem. As formigas existem desde há centenas de milhões de anos. Cobrem todo o planeta, com exceção da Antártida. Aquilo que fazem tem êxito, obviamente. Este padrão de contactos aleatórios, no seu conjunto, produz uma coisa que permite que as formigas façam mais formigas. Uma das coisas que estamos a estudar é como é que a seleção natural pode estar a atuar agora para modelar o uso destes padrões de interação - esta rede de padrões de interação - para aumentar a eficácia do forrageamento das colónias de formigas.
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.
Mas uma coisa que quero que recordem é que estes padrões de interações são uma coisa que está estreitamente relacionado com a dimensão da colónia. A ideia mais simples é que, quando uma formiga está numa colónia pequena e outra formiga está numa colónia grande, utiliza a mesma regra, tipo: "Espero encontrar outra forrageira de três em três segundos". Mas, numa colónia pequena, há menos hipóteses de encontrar forrageiras porque há menos forrageiras para encontrar. Este é o tipo de regra que, à medida que a colónia evolui, envelhece e aumenta, produzirá comportamentos diferentes entre uma colónia velha e uma mais jovem.
Thank you.
Obrigada.
(Applause)
(Aplausos)