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.
Я изучаю муравьёв, потому что люблю думать, как работают организации. И, в частности, как простые части организаций взаимодействуют для создания поведения всей организации в целом. Так, муравьиная колония — это хороший пример подобной организации. Есть также много и других. Например, сеть. Существует большое количество подобных биосистем: мозг, клетки, развитие эмбриона.
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.
Существует около 10 000 видов муравьёв. Все они живут в колониях, в которых есть одна или несколько королев. Все муравьи, которых вы сейчас видите — бесплодные рабочие самки. Все колонии схожи тем, что в них отсутствует централизованное управление. Никто никому не говорит, что надо делать. Королева только что отложила яйца. Нет никакого руководства. Ни один муравей не управляет поведением другого. И я пытаюсь понять, как в таком случае они живут. Уже 20 лет я изучаю популяцию муравьёв-семяедов на юго-востоке Аризоны.
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.
Это то самое место. И фотография муравьёв с кроликом, который случайно оказался там. Эти муравьи называются муравьи-жнецы, так как они питаются семенами. Это гнездо развитой колонии и вход в него. Муравьи уходят порой за 20 метров от гнезда, собирают семена, приносят их назад в гнездо и делают запасы. Каждый год я езжу туда и составляю карту местности. Это просто дорога. И она небольшая. Около 250 метров с одной стороны и 400 с другой. У каждой колонии есть имя-номер, которое написано на камне. И я езжу туда каждый год и ищу колонии, которые были в прошлом году, чтобы узнать какие погибли, и заношу все новые на карту. Делая это, можно узнать возраст колоний. Так как колония стареет и развивается, я могу изучать изменение поведения муравьёв.
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.
Я хочу рассказать вам о жизненном цикле колонии. Муравьи никогда не производят больше муравьёв, только колонии производят больше колоний. И делают они это, посылая, каждый год, способных к размножению муравьёв — тех, что с крыльями — на брачный полет. Так каждый год, в один и тот же день (это просто загадка как это происходит), каждая колония посылает своих молодых, неоплодотворённых королев с крыльями и самцов в одно место, где они спариваются. Это молодая королева. Вот её крылья. Она спаривается с самцом, а другой самец, наверху, ждёт своей очереди. Очень часто королевы спариваются несколько раз. После этого, все самцы умирают. Для них всё уже кончено.
(Laughter)
(Смех)
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.
Оплодотворённые королевы улетают куда-нибудь, сбрасывают крылья, выкапывают ямку, заползают туда и начинают откладывать яйца. Они будут жить от 15 до 20 лет продолжать откладывать яйца, используя сохранившуюся сперму от того самого спаривания. Так вот, королева заползает в ямку. Она откладывает яйца и кормит личинки, которыми становятся муравьи, вылупившись из яйца. Кормит она их, отрыгивая свои запасы жира. Затем, появляется первая группа муравьёв, муравьёв-личинок. Они становятся куколками. Потом, вырастают во взрослых муравьёв. Они выходят из гнезда, добывают пищу, роют гнездо, а королева уже больше никогда не выходит на поверхность.
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.
Это колония возрастом в 1 год, кажется, номер 536. Вот вход в гнездо. И карандаш для сравнения размера. Эта колония была основана королевой прошлым летом. А это трёхлетняя колония. Вход в гнездо и карандаш. Они делают кучу из мусора, обычно из шелухи семян, которые они едят. Пятилетняя колония. Вход в гнездо с карандашом. Она почти равна расстоянию, на которое они ходят — метру в диаметре. А это как размер колонии и количество муравьёв изменяется — здесь примерно 10 000 рабочих муравьёв — изменяется в соответствии с возрастом колонии. Так, колония рождается вообще без муравьёв, есть только королева-основательница, и разрастается до около 10-12 тысяч муравьёв за пять лет. Колония останется такого размера, пока королева не умрёт в возрасте 15-20 лет, и уже некому будет рожать муравьёв. А когда они достигают этого стабильного размера и количества муравьёв, они начинают воспроизводиться. То есть, посылают больше королев и самцов на брачный полет. И я знаю, как размер колонии изменяется с её возрастом, так как я раскапывала колонии разных возрастов и пересчитывала всех муравьёв. (Смех) И хотя это очень интересно, это ещё не самая весёлая часть моего исследования.
(Laughter)
(Смех)
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.
На самом деле тот вопрос, который я задаю себе, касается распределения сил в колонии. Это не просто как колонии организованы, а как они меняют направление своей деятельности. Как колонии умудряются регулировать поведение такого большого количества рабочих с изменением условий. С колонией может произойти много чего. Так, когда летом идёт дождь, он заливает пустыню, причиняя большие разрушения гнезду. Для восстановления требуются больше муравьёв, чем есть. Когда можно снова собирать пищу — и это то, что все знают о пикниках — назначаются дополнительные муравьи для её сбора. Как же без управления колония направляет определённое количество рабочих выполнять какое-либо задание? Именно этот процесс я и называю распределением сил.
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.
У тех муравьёв-жнецов, которых я видела вне гнезда, различаются четыре категории заданий. Первое — добывание пищи, когда муравей ищет еду или несёт уже найденную кем-то в гнездо. Дозор — это по идее, лупа у него — очень интересная группа муравьёв, которая выходит утром, пока не начался сбор пищи. Они каким-то образом выбирают направление, в котором пойдут сборщики пищи и, по своему возвращению, они говорят им, что путь безопасен. Также есть муравьи, ухаживающие за гнездом. И я хочу сказать, что гнезда очень похожи на дома Билла Лишмана. В гнезде есть, так называемые, палаты. И эти муравьи выкладывают стены этих палат влажной почвой. Высыхая, она становится похожей на глину. Также это очень похоже на некоторые пещеры народа Хопи, проживающего на этой территории. Муравьи-строители делают свою работу внутри гнезда, а затем, они выходят на поверхность с сухой почвой во рту. Вот вы видите, как они выходят с небольшим количеством песка, кладут его, разворачиваются и идут назад. И наконец, муравьи, строящие кучу из мусора, которую они метят чем-то вроде химиката. То, что вы видите, это как эти муравьи строят кучу из мусора. В один день она будет здесь, а уже на следующий они переместят её, а потом вернут на прежнее место. Вот, чем занимаются эти муравьи. И эти четыре группы всего лишь муравьи, выходящие на поверхность. Всего лишь 25 % всей колонии. Все они старые муравьи.
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.
Так что, муравей сначала находится где-то рядом с королевой. Когда мы раскапывали гнезда, оказалось, что они находятся на глубине примерно одного метра у уже старых гнёзд, что совпадает с их шириной. И ещё есть также другой длинный туннель и палата, в которой мы часто находим королеву, после того как восемь часов копали там мотыгой. И я не думаю, что эта палата появилась из-за меня и моей лопаты и моей команды студентов с мотыгами, а, из-за затопления, когда колонии иногда уходят глубже. Так что, это целая система палат. Королева где-то там и откладывает яйца. Вот личинки. Они потребляют большую часть пищи. А это большинство муравьёв колонии, те, что ходят туда и обратно. Они почти совсем не едят, а только кормят личинки. Когда муравьи-добытчики приносят пищу, они просто бросают её в верхней палате, а другие муравьи снизу берут её, несут вниз, очищают от шелухи и сваливают в кучу. Это муравьи, которые работают по всему гнезду. И очень любопытно, но получается, что в любое время, около половины муравьёв колонии просто ничего не делают. Так что, несмотря на то, что в Библии сказано «Пойди к муравью, ленивец», на самом деле, можно считать этих муравьёв резервом. Скажем, на случай, если что-нибудь случиться. Хотя, я ни разу не видела такого. Правда, я наблюдала за муравьями всего лишь 20 лет. Возможно, если что-нибудь случиться, они все выйдут из гнезда, если будут нужны. Но на самом деле, они в основном просто слоняются без дела.
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.
И я думаю, что это очень любопытно, как же так организованы колонии, что создают резерв муравьёв, которые ничего не делают? И они являются чем-то вроде амортизатора между муравьями, работающими глубоко внизу гнезда, и муравьями, работающими на поверхности. Если пометить всех муравьёв на поверхности, и вскопать гнездо, вы никогда не найдёте их глубоко. Так что получается, что муравьи работают в гнезде, когда они молоды. Затем, как-то попадают в резерв. И, в конце концов, присоединяются к рабочей силе на поверхности. И после того, как они начинают работать вне гнезда, они уже никогда не возвращаются назад. Большинство муравьёв, включая и работающих вне гнезда, не очень хорошо видят. У них есть глаза, они могут различать темноту и свет, но в основном они работают, ориентируясь на запах. Так что, то о чем вы возможно подумали о королеве — неправда. Даже если королева обладала бы интеллектом и посылала химические сообщения через целую систему палат, говоря муравьям снаружи, что нужно делать, то эти сообщения никак бы не смогли прийти вовремя, чтобы объяснить то распределение сил, которое мы видим вне гнезда. И это лишь одно объяснение, почему королева не управляет поведением колонии.
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?"
Когда я в первый раз занялась вопросом распределения сил, у меня в голове возник вопрос. Каковы отношения между муравьями, выполняющими разные задания? Имеет ли значение для добытчиков, что делают строители? Имеет ли значение для строителей кучи, что делают дозорные? Я думала над ответом, подразумевая, что в колонии каждый муравей был каким-то образом, с рождения, определён для конкретного задания и выполнял его независимо от других, зная своё место в муравьином сообществе. Но вместо того вопроса, я, на самом деле, хотела узнать, как взаимосвязаны разные группы муравьёв.
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.
Так что я провела ряд экспериментов, изменяя что-то в обычной жизни муравьёв. Например, я создавала больше работы для муравьёв, ремонтирующих гнездо, поместив несколько зубочисток рядом со входом рано утром, когда эта группа ещё единственная, кто работает. Вот, как это выглядело через 20 минут. А вот, как через 40. Они просто взяли все зубочистки и перенесли их на границы холма, оставив их там. Это было все, что я хотела узнать. Вот ситуация, когда понадобятся дополнительные рабочие. Отразиться ли это на муравьях, выполняющие другие задания? Сначала мы повторили подобные эксперименты, пометив муравьёв. Вот они, синие рабочие. Затем, ещё больше усложнили и ввели трёхцветную систему. Мы можем помечать их индивидуально, так что точно знаем, какой муравей, что делает. Сначала мы работали с краской для моделей самолётов, а потом нашли эти удивительные маленькие японские маркеры, которые работали просто превосходно. В общем, выяснилось, что да, различные задания взаимосвязаны. Так, если я изменю количество муравьёв, выполняющих одно задание, то измениться и количество, выполняющих другое. Например, если я наведу беспорядок, который придётся убирать муравьям-рабочим, то я увижу, что количество муравьёв-добытчиков сократилось. И так было для всех парных комбинаций заданий.
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.
Второй результат, который удивил многих, заключается в том, что муравьи в действительности меняются заданиями. Один и тот же муравей не выполняет одно и то же задание всю жизнь. Например, если я давала муравьям дополнительную еду, те, кто занимался кучей, прекращали свою работу и шли за едой. Они становились добытчиками. Строители становились добытчиками. Дозорные становились добытчиками. Но не все переходы возможны. И это показывает, как это работает. Как я только, что сказала, если есть дополнительная еда, дозорные, муравьи, занимающиеся кучей, строители — все начнут добывать пищу. Если нужно больше муравьёв для патрулирования — я создавала условия, чтобы так произошло — муравьи-строители становились патрульными. Но если больше требовалось строителей, например, если я кладу зубочистки, то никто не станет строителем. Новые строители приходят только из гнезда. Таким образом, добывание пищи универсально, а муравьи внутри гнезда являются первоисточником всех на поверхности. Наконец, всё выглядит так, как будто каждый муравей сам решает, когда ему быть активным, а когда нет.
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.
Например, когда требуется рабочая сила для ремонта гнезда, добытчики не становятся строителями. Я точно это знаю. Но ведь они как-то решают, что не должны это делать. И вот самый интригующий результат: распределение сил на задания. Этот процесс изменяется с возрастом колонии, и изменяется он таким образом. Когда я провожу этот эксперимент со старыми колониями, с теми, которым пять и более лет, они оказываются намного более последовательными и намного более гомеостатическими. Чем труднее была ситуация, чем больше проблем я для них создавала, тем больше они вели себя как непотревоженная колония. В то время как молодые, небольшие колонии — двухлетние с всего 2 000 муравьёв — были более изменчивы. И самое удивительное во всем этом это то, что муравьи живут один год. Это может быть этот год, или этот. Но муравьи в более старых колониях, которые кажутся более стабильными, не старее муравьёв в молодых колониях. Это все не благодаря опыту пожилых, более мудрых муравьёв. Напротив, что-то в самой организации должно меняться с возрастом колонии. И очевидной вещью, которая меняется, является размер.
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.
С тех пор как я получила все эти результаты, я потратила много времени, выясняя какие правила влияют на решение — очень простые, частные, возможно обонятельные, химические правила могли бы использовать муравьями, если отдельно взятый муравей не знает общей ситуации. Правила, которые дали бы увиденный мной результат, которые предсказывали бы динамику распределения заданий. И те, которые бы изменялись с увеличением размеров колонии. И я обнаружила, что муравьи используют систему усикового контакта. Все, кто когда-нибудь наблюдал за муравьями, видели, как они касаются своих усиков. Они нюхают с их помощью. Когда один муравей касается другого, он чувствует запах, и может понять, например, что другой муравей — это самка из гнезда, потому что муравьи покрывают себя и других слоем жира со специфичным ароматом колонии. Мы можем понять, что муравьи используют систему усикового контакта, когда он встречает муравья, выполняющего другое задание, в качестве показателя, говорящего ему, что нужно делать. И самое главное здесь, не просто сообщение, которое они передают друг другу, а сама система. Сама система и есть сообщение. И сейчас я расскажу вам немного об этом.
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.
Но, вы наверное не можете понять, как муравей может понять, что я, например, добытчик. По идее я должна встречаться с добытчиками время от времени. Но, вместо этого, я встречаю много строителей гнезда. Значит, шансов, что я лично стану добытчиком невелики. Так, что муравей знает разницу между добытчиком и строителем. И мы выяснили, что у этого вида муравьёв — и я думаю, что и у других видов тоже — эти углеводороды, этот слой жира на муравьях, различается и зависит от задания. И мы провели ряд экспериментов, которые показали, что чем дольше муравей находиться на поверхности, тем больше этот углеводородный слой меняется. Они пахнут по-разному, выполняя разные задания. И они могут использовать этот специфичный запах, в своём коротком прикосновении с чьими-либо усиками, продолжая затем встречаться с муравьями, выполняющими какое-либо задание. И совсем недавно мы подтвердили это, поместив экстракт углеводород на небольшие стеклянные бусинки, и поместив их рядом со входом в нужном количестве. И оказалось, что муравьи контактировали со стеклянными бусинками со слоем углеводорода, как будто они были настоящими муравьями.
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.
Теперь я хочу показать вам небольшой фильм. Он начинается с показа входа в гнездо. Муравьи входят в гнездо и выходят оттуда. Они выполняют разные задания, и то, что они встречаются, на входе, определяет или влияет на решения муравья: стоит ли ему выходить и какое задание выполнять. Это было снято с помощью волоконно-оптического микроскопа. Это происходит глубоко внутри гнезда. Вначале вы видите муравьёв, которые очень заинтересованы волоконно-оптическим микроскопом. Но, здесь важно, что муравьи, находящееся там, каждый муравей ждёт определённого потока муравьёв, которые пройдут мимо, потока контактов с другими муравьями. И модель этого контакта определит, стоит ли муравью идти на поверхность, и что ему делать наверху. Вы также можете видеть, как муравьи на поверхности ведут себя идентично. Каждый муравей, возвращаясь в гнездо, контактирует с другими муравьями. А муравьи, ожидающие в гнезде ответа, о том, что им нужно будет делать, контактируют с пришедшими муравьями.
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.
Чем интересна эта система, так тем, что она беспорядочна. Она непостоянна. Она неспокойна. В особенности в двух случаях. Во-первых, опыт муравья — каждого муравья — предсказуем. Количество возвращающихся муравьёв зависит от всех мелочей, которые происходят с муравьём, когда он выходит из гнезда и выполняет задание. Во-вторых, способность определить модель поведения довольно примитивна, так как муравьи не умеют считать. Так что, мы много моделировали, воспроизводили, и экспериментировали, чтобы выяснить, как эти две вещи сочетаются во множестве, производя предсказуемое поведение муравьиной колонии.
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.
Опять же, я не хочу сказать, что эта бессистемная модель взаимодействия создаёт фабрику, которая работает как часы. На самом деле, после того как вы понаблюдаете за муравьями, вам захочется помочь им, так как кажется, что они не делают ничего, что, по вашему мнению, должны. Так что совершенство появляется вовсе не из-за случайных контактов. Но это система работает достаточно хорошо. И продолжает делать это уже на протяжении нескольких сотен миллионов лет. Муравьи обитают везде, кроме Антарктики. То, что они делают, определённо успешно. И система случайных контактов в совокупности вырабатывает что-то, что позволяет муравьям множиться. И одна из тех вещей, которую мы сейчас изучаем, это как естественный отбор работает сейчас, формируя использование контактов, сети этих контактов, для увеличения эффективности кормодобывания у муравьиных колоний.
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.
Однако есть одна вещь, о которой я хочу вам напомнить. Модели взаимодействия, по идее, должны быть тесно связаны с размером колонии. Самая простая идея, что муравей в маленькой колонии и муравей в большой колонии используют одно и то же правило, например, «Я думаю, что буду встречать добытчика каждые три секунды». Но в маленькой колонии, шанс встретить добытчика меньше, просто, потому что самих добытчиков меньше. Так что это правило, с развитием и старением колонии, будет порождать отличное поведение в старой и молодой колонии.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты).