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.
Tôi nghiên cứu loài kiến, vì tôi muốn tìm hiểu cách hoạt động của chúng. cụ thể, cách các bộ phận tương tác để tạo ra hành vi của toàn hệ thống. Vì thế, tập đoàn kiến là ví dụ tiêu biểu cho một tổ chức như vậy, và còn nhiều các tổ chức khác. Như là mạng lưới. Có nhiều hệ thống sinh học như vậy-- trong đó có não, tế bào, phôi đang phát triển.
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.
Có khoảng 10.000 loài kiến. Chúng sống theo bầy đàn với một hoặc một vài con kiến chúa, và những con kiến xung quanh bạn thấy là những con kiến thợ là kiến cái vô sinh. Điểm chung của loài kiến là chúng không có trung tâm kiểm soát. Không ai nói cho ai biết phải làm gì. Kiến chúa chỉ đẻ trứng. Nó không có quyền kiểm soát. Không có con nào lãnh đạo con nào. Và tôi đã tìm hiểu cách chúng hoạt động. Tôi đã nghiên cứu trong 20 năm qua về một cộng đồng kiến ăn hạt tại phía đông nam vùng Arizona.
Here's my study site. This is really a picture of ants, and the rabbit just happens to be there. And these ants are called harvester ants because they eat seeds. This is the nest of the mature colony, and there's the nest entrance. And they forage maybe for about 20 meters away, gather up the seeds and bring them back to the nest, and store them. And every year I go there and make a map of my study site. This is just a road. And it's not very big: it's about 250 meters on one side, 400 on the other. And every colony has a name, which is a number, which is painted on a rock. And I go there every year and look for all the colonies that were alive the year before, and figure out which ones have died, and put all the new ones on the map. And by doing this I know how old they all are. And because of that, I've been able to study how their behavior changes as the colony gets older and larger.
Đây là nơi nghiên cứu. Hình ảnh loài kiến, và con thỏ này chỉ tình cờ ở đó thôi. Và loài kiến này là kiến thu hoạch bởi chúng ăn các loại hạt. Đây là tổ của bầy kiến trưởng thành, và có lối vào trong tổ. Chúng kiếm ăn quanh đó khoảng 20 mét, lượm hạt mang về tổ, và cất trữ. Hàng năm tôi đều tới và vẽ một bản đồ ở đó Thực chất đây là một con đường. Và nó cũng không quá rộng: Khoảng 250 mét chiều rộng, 400 mét chiều dài. Mỗi đàn đều có tên, tương ứng với một số, được vẽ trên một hòn đá. Tôi tới đó hàng năm và tìm xem đàn nào còn sống từ năm trước, từ đó tôi biết được bầy nào đã chết, và thêm những đàn kiến mới vào bản đồ. Như vậy tôi biết chúng đã bao nhiêu tuổi. Và khi đó, tôi có thể nghiên cứu về sự thay đổi hành vi khi đàn kiến lớn dần và mở rộng quy mô.
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.
Tôi sẽ cho bạn biết về vòng đời của một đàn kiến. Kiến không tạo thêm kiến; mà cộng đồng kiến tạo nên các siêu cộng đồng. Chúng làm điều đó bằng cách để những đoàn kiến sinh sản-- những con có cánh -- bay để giao phối. Vậy nên hàng năm, vào cùng một thời điểm-- điều này vẫn là một ẩn số cho việc -- mỗi đàn kiến có chính xác những kiến chúa có cánh, kiến đực rời tổ, sau đó chúng bay đến cùng một nơi. Và giao phối. Và đây là hình ảnh của kiến chúa. Với đôi cánh của mình. Nó đang trong quá trình giao phối, và bên cạnh là một con kiến đực khác đang đợi đến lượt. Thường thì kiến chúa sẽ giao phối vài lần. Sau đó, kiến đực sẽ chết. Một cuộc đời ngắn ngủi.
(Laughter)
( Tiếng cười )
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.
Sau đó kiến chúa mới giao phối bay đi tìm nơi thích hợp, làm rụng cánh của mình, đào một khoang và đẻ trứng ở đó. Và chúng sẽ sống trong 15 hoặc 20 năm, tiếp tục đẻ trứng bằng tinh trùng từ lần giao phối trước đó. Kiến chúa vào trong khoang. Nó đẻ trứng, cho ấu trùng ăn -- vậy kiến bắt đầu từ trứng, sau đó là ấu trùng. Ấu trùng ăn các chất tiết ra từ lượng mỡ dự trữ của kiến chúa. Sau đó, khi được sinh ra -- đàn kiến đầu tiên -- xuất hiện, đó là ấu trùng. Sau đó thành nhộng. Rồi lột xác trưởng thành. Chúng ra ngoài, kiến ăn, đào tổ, và kiến chúa sẽ không xuất hiện nữa.
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.
Đây là đàn kiến 1 năm tuổi -- số 536. Đó là lối vào tổ, bút chì để đo tỉ lệ. Và đây là tổ kiến được tạo ra bởi một con kiến chúa vào mùa hè năm ngoái. Đây là tổ kiến 3 năm tuổi. Đó là lối vào tổ, bút chì để đo tỉ lệ. Chúng thải ra một đống chất thải -- chủ yếu là vỏ của hạt chúng đã ăn. Đây là một tổ kiến 3 năm tuổi. Đó là lối vào, bút này để đo tỉ lệ. Cái này to bằng với chiều ngang của chúng, khoảng một mét. Đây là quá trình biến đổi kích thước của bầy kiến và số lượng kiến thợ -- có khoảng 10.000 kiến thợ -- thay đổi theo hàm liên kết với tuổi của đàn, đơn vị là năm. Mốc đầu là 0 con kiến, đến khi kiến chúa tạo tổ, và nó phát triển với kích thước khoảng 10 hoặc 12 nghìn con khi đàn được 5 tuổi. Và vẫn giữ nguyên kích thước đó cho đến khi kiến chúa qua đời kiến chúa sống 15 hoặc 20 năm, khi đó đàn kiến không thể sản sinh thêm. Và khi đã đạt đến kích thước ổn định này, với số lượng kiến đó, chúng bắt đầu sinh sản. Đó là, để những con kiến chúa có cánh và kiến đực rời tổ đến chuyến bay giao phối. Và tôi biết được sự thay đổi kích cỡ theo hàm liên kết với tuổi của đàn kiến là vì tôi đã đào từng tổ đã xác định được năm tuổi và tôi đếm từng con một. (Cười) Nhưng mà đó không phải là phần thú vị nhất của nghiên cứu này, dù nó khá hài hước.
(Laughter)
(Cười)
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.
Thực ra vấn đề mà tôi tò mò về chúng là cái mà tôi gọi nó là sự phân bổ nhiệm vụ. Không chỉ về cách tổ chức bầy đàn, mà là cách chúng thích nghi như thế nào? Cách mà bầy kiến sắp xếp điều chỉnh số lượng kiến thợ thực hiện nhiệm vụ khi điều kiện xung quanh thay đổi? Có các yếu tố tác động tới bầy kiến. Khi trời mưa vào mùa hè, gây ngập lụt trên sa mạc. Tổ kiến bị ảnh hưởng rất nhiều, do đó cần thêm những con kiến khác để dọn dẹp đống hỗn độn đó. Khi có thêm thức ăn -- chính là kiểu dã ngoại -- và những con kiến phụ thêm đó được phân công thu lượm thức ăn. Không ai đứng đầu chỉ đạo chúng, vậy tại sao đàn kiến có thể tự điểu chỉnh số lượng kiến thợ làm nhiệm vụ? Tôi gọi quá trình đó là phân bổ nhiệm vụ.
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.
Ở loài kiến thu hoạch, tôi chia nhiệm vụ các con kiến mà tôi quan sát bên ngoài tổ thành 4 loại: một con kiến đang kiếm ăn, khi nó ra ngoài kiếm ăn, tìm kiếm thức ăn và mang về tổ. Kiến tuần tra -- đó có lẽ là một chiếc kính lúp -- là một nhóm thường ra ngoài vào sáng sớm trước khi những con kiến kiếm ăn hoạt động. Chúng xác định được phương hướng mà những con kiếm ăn sẽ đi, và quay trở về -- khi chúng trở lại -- chúng sẽ cho những con kiếm ăn biết nơi đó an toàn để kiếm mồi. Sau đó là kiến thợ xây dựng sửa sang bên trong tổ, và tôi muốn nói rằng tổ của chúng trông rất giống nhà của Bill Lishman. Đó là, bên trong có các khoang, chúng lót các bức tường của các khoang bằng đất ẩm và khi khô nó sẽ thành kiểu tương tự như gạch sống. Nó giống với những ngôi nhà trong hang đá của người Hop ở khu vực đó. Và kiến thợ có nhiệm vụ xây dựng dọn dẹp sẽ làm việc trong tổ, sau đó chúng mang theo ít đất khô ở hàm dưới của mình rời tổ. Vậy khi bạn thấy kiến thợ ra ngoài mà có một ít cát, thả chúng xuống và quay đi. Kiến thợ dọn dẹp xử lí, chất đống những phế thải. Hôm nay thì chất thải ở đây, nhưng ngày mai lại ở nơi khác, sau đó lại mang trở về. Và đó là những gì kiến xử lí rác thải làm. Bốn nhóm này làm việc bên ngoài tổ. Chiếm 25% dân số cả bầy, và đó là những con trưởng thành nhất.
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.
Có những con sẽ hoạt động đâu đó quanh kiến chúa. Khi đào tổ lên chúng tôi nhận thấy nó khá sâu và rộng, sâu khoảng 1 mét đối với tổ lâu năm. Có một đường hầm dài khác và một khoang, thường thì kiến chúa sẽ ở đó, chúng tôi mất 8 giờ đồng hồ nỗ lực dùng cuốc đào. Tôi nghĩ khoang to hơn không phải là do sự tác động của tôi hay máy đào hay nhóm nghiên cứu sinh viên, mà là do khi lũ lụt, bầy kiến phải di chuyển xuống nơi sâu hơn. Và đây là toàn bộ hệ thống các khoang. Kiến chúa ở đâu đó; và chỉ đẻ trứng. Có ấu trùng ở đó, chúng ăn hầu hết tất cả mọi thứ. Và thực chất hầu hết các cá thể kiến -- mà bạn thấy quanh bạn không ăn nhiều. Chúng kiếm mồi về và cho ấu trùng ăn. Khi kiến kiếm ăn trở về, chúng thả đồ ăn vào khoang trên. và những con khác từ bên dưới đi lên, lấy thức ăn, mang về, bóc vỏ hạt, chất thành đống. Kiến thợ dọn dẹp làm việc mọi nơi trong tổ. Và thật kỳ lạ, thật thú vị là, trong mọi thời điểm như thể một nửa đàn kiến trong tổ không làm gì cả. Có vẻ khác những gì trong Kinh thánh nói, về việc “Hãy nhìn những con kiến đi, hỡi kẻ biếng nhác”, nhưng thực tế, bạn có thể coi chúng như quân dự bị. Chính xác hơn là, nếu có động tĩnh gì -- và tôi chưa thấy gì cả, tôi đã theo dõi chúng suốt 20 năm -- nếu có gì đó xảy ra, chúng phải ra ngoài khi cần thiết. Nhưng thực tế, chúng chỉ quanh quẩn đâu đó
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.
Và đó là một câu hỏi khá thú vị -- về sự tổ chức sắp xếp của bầy kiến trong việc xác định chức năng của các cá thể kiến dự bị. Chúng như những con kiến dự phòng giữa những con kiến làm việc bên trong và ngoài tổ. Nếu bạn để ý thấy những con kiến làm việc bên ngoài, đang đào tổ, bạn sẽ không thể thấy chúng sâu trong tổ. Vì những con kiến đã làm việc bên trong tổ từ khi còn nhỏ. Chúng bắt đầu làm việc bên ngoài. Cuối cùng chúng được phân công tham gia vào lực lượng lao động bên ngoài tổ. Một khi làm việc bên ngoài, chúng sẽ không bao giờ xuống dưới tổ. Phần lớn loài kiến, kể cả loài này, thị lực đều không tốt. Chúng có mắt, chúng phân biệt được ánh sáng và bóng tối, nhưng chủ yếu hoạt động bằng khứu giác. Để củng cố thêm việc những nhận định mà bạn nghĩ về kiến chúa là không đúng -- Ngay cả khi kiến chúa có trí thông minh khi sản sinh tín hiệu hóa học tới toàn bộ hệ thống các khoang để chỉ thị cho bầy kiến thợ, nhưng các tín hiệu đó không thể tới kịp thời để tạo ra sự luân phiên ca làm việc ngoài tổ của kiến thợ mà ta thấy. Vì vậy đó là minh chứng cho việc kiến chúa không lãnh đạo hành vi của bầy.
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?"
Khi tôi bắt đầu nghiên cứu về việc phân bổ nhiệm vụ, câu hỏi đầu tiên của tôi là, ” Mối quan hệ giữa các cá thể kiến với các vai trò khác nhau là gì? ” Liệu khi kiến dọn dẹp làm việc có ảnh hưởng đến kiến kiếm ăn? Kiến xử lí chất thải làm việc có ảnh hưởng tới kiến tuần tra?” Tôi nghiên cứu cộng đồng kiến dưới góc độ của từng cá thể bằng cách nào đó từ khi sinh ra đã tận tụy với vai trò của mình và làm việc khá độc lập, biết rõ vị trí của mình trong bầy. Và hơn thế tôi muốn làm rõ ”Các nhóm vai trò khác nhau liên kết với nhau thế nào?”
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.
Vậy nên tôi đã thực hiện các thí nghiệm. Ví dụ, tôi đã tạo ra thêm nhiều việc làm cho kiến thợ bằng cách đặt một đống tăm gần lối vào tổ, vào rạng sáng khi kiến thợ bắt đầu hoạt động. Và sau 20 phút nó trông như thế này đây. Còn đây là sau 40 phút. Và kiến thợ dọn dẹp đã mang hết đống tăm ra rìa ngoài tổ rồi để ở đó. Và điều tôi muốn biết là, “tình huống này lí giải tại sao kiến dọn dẹp được tuyển thêm -- liệu điều này có ảnh hưởng gì đến các kiến thợ đang thực hiện nhiệm vụ khác?” Sau đó chúng tôi lặp lại các thí nghiệm đó với những con kiến đã được đánh dấu. Đây là những con kiến dọn dẹp màu xanh. Gần đây, chúng tôi đã thực hiện một cách phức tạp hơn và đây là hệ thống 3 màu sắc. Và chúng tôi có thể đánh dấu từng con để nhận diện được chúng. Lúc đầu chúng tôi đã dùng sơn máy bay sau đó chúng tôi dùng những chiếc bút vẽ tuyệt vời của Nhật và chúng khá hiệu quả. Và cuối cùng tổng kết lại, thực sự có sự phụ thuộc lẫn nhau giữa những con có vai trò khác nhau. Nếu tôi thay đổi lượng công việc của một nhiệm vụ, nó sẽ thay đổi lượng công việc của nhiệm vụ khác. Và ví dụ, nếu tôi tạo ra một mớ hỗn độn thì kiến dọn dẹp sẽ phải xử lí chúng, khi đó lượng kiến ra ngoài kiếm ăn ít hơn. Và điều này đúng cho những nhiệm vụ kết hợp linh hoạt theo cặp.
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.
Và kết quả thứ hai, sẽ làm rất nhiều người phải ngạc nhiên, đó là loài kiến có sự chuyển đổi nhiệm vụ. Một con kiến cả đời nó sẽ không chỉ làm mãi một nhiệm vụ. Ví dụ như, nếu tôi bỏ thêm thức ăn vào, thì những con khác -- những con kiến xử lí chất thải sẽ ngừng làm việc và đi lấy thức ăn, khi đó chúng có vai trò là kiến kiếm ăn. Kiến dọn dẹp thành kiến kiếm ăn. Kiến tuần tra cũng vậy. Nhưng không phải sự luân chuyển nào cũng khả thi. Đây là quá trình thực hiện. Như tôi đã nói, nếu có thêm nhiều thức ăn, kiến tuần tra, kiến xử lí rác thải, kiến dọn dẹp đều sẽ có vai trò kiếm ăn. Giả sử khảo sát công việc tuần tra -- tôi đã tạo ra sự xáo trộn trong đàn, khi đó sẽ cần thêm kiến tuần tra -- kiến dọn dẹp sẽ chuyển sang đi tuần. Trường hợp cần nhiều kiến dọn dẹp hơn -- ví dụ, khi tôi đặt thêm một đống tăm -- thì lúc này sẽ không còn con nào chuyển sang dọn dẹp, chúng phải nhờ những con kiến dọn dẹp ở bên trong tổ ra ngoài. Kiến kiếm ăn có vai trò như một bồn chứa, những con kiến trong tổ chính là nguồn. Cuối cùng, có vẻ như các cá thể kiến luôn luôn phải nghĩ về việc có hoạt động hay không.
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.
Ví dụ, khi có thêm công việc dọn dẹp tổ, kiến kiếm ăn sẽ không chuyển sang dọn dẹp. Tôi biết chúng sẽ không làm việc này. Vì lí do nào đó, chúng lựa chọn không ra ngoài. Và đây là kết quả thú vị nhất: sự phân bổ nhiệm vụ. Quá trình này thay đổi năm tuổi của đàn, và thay đổi như sau. Khi tôi thực hiện thí nghiệm này với đàn kiến nhiều năm tuổi -- tầm từ 5 năm tuổi đổ lên -- chúng thực sự nhất quán với nhau ở bất kì thời điểm nào và cân bằng nội mô hơn Khi gặp khó khăn, tôi càng gây nhiễu, thì chúng lại càng như thể chưa có gì xảy ra. Trái lại với những đàn nhỏ, ít tuổi -- đàn 2 năm tuổi với chỉ 2000 con kiến -- lại dễ bị xáo trộn. Và điều bất ngờ đó chính là việc một con kiến chỉ sống được 1 năm. Có thể là năm này, hay năm này. Những con kiến ở đàn nhiều năm tuổi trông có vẻ ôn định hơn không hề già hơn so với những con thuộc đàn ít năm tuổi. Nó không dựa vào kinh nghiệm của những con kiến già khôn ngoan. Mà là cấu tạo tổ chức thay đổi khi cộng đồng kiến lớn dần. Và hiển nhiên là thay đổi về kích thước.
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.
Từ khi có được kết quả này, tôi đã dành rất nhiều thời gian để tìm ra những loại quy tắc ra quyết định -- kiểu đơn giản, cục bộ, về khứu giác, hóa học mà một con kiến có thể sử dụng, vì không con nào có khả năng đánh giá tổng thể -- và cho ra kết quả mà tôi thấy được sự linh động trong khả năng dự đoán trước, ai sẽ làm nhiệm vụ gì. Và nó sẽ thay đổi khi cộng đồng kiến lớn dần. Và tôi phát hiện ra đàn kiến giao tiếp tín hiệu với nhau bằng râu. Ai từng quan sát kiến đều thấy qua việc chúng chạm râu vào nhau Chúng đánh hơi bằng râu. Khi kiến chạm râu vào nhau, tức chúng đang đánh hơi. khi đó nó sẽ biết liệu đối phương có phải bạn cùng tổ hay không bởi vì kiến làm sạch râu của chúng bằng một lớp mỡ, mang mùi đặc trưng của đàn. Chúng tôi đã tìm hiểu được việc kiến liên lạc bằng cặp râu của mình, tỉ lệ gặp gỡ những con có vai trò khác, quyết định việc chúng cần làm. Vậy tín hiệu ở đây là gì, không phải tín hiệu truyền từ cá thể này sang cá thể khác, mà là truyền theo một khuôn mẫu. Bản thân mô hình nó đã là tín hiệu. Tôi sẽ nói rõ hơn về nó.
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.
Đầu tiên bạn có thể sẽ thắc mắc: Làm thế nào một con kiến có thể xưng danh, ví dụ, tôi là kiến thợ kiếm ăn. Tôi muốn gặp kiến kiếm ăn khác nhiều hơn. Nếu thay vào đó tôi gặp nhiều kiến dọn dẹp hơn, Tôi có khả năng sẽ ít đi kiếm ăn hơn. Vậy nên cần biết sự khác nhau giữa một con kiến kiếm ăn và một con kiến dọn dẹp. Và tôi đã thấy được rằng, ở loài này -- và có thể ở những loài khác nữa -- hỗn hợp hydrocarbon, lớp mỡ bên ngoài của loài kiến, khác nhau khi thực hiện vai trò khác nhau. Chúng tôi đã thực hiện các thí nghiệm cho thấy rằng những con càng ra ngoài tổ làm việc nhiều, lượng hydrocarbon trên lớp vỏ của chúng càng thay đổi, chúng sẽ mang mùi khác nhau, khi thực hiện các vai trò khác nhau. Chúng có thể sử dụng mùi đặc trưng cho nhiệm vụ đó ở lớp hydrocarbon -- trong những cuộc chạm râu ngắn ngủi để bằng cách nào đó nắm được tỉ lệ gặp những con kiến có nhiệm vụ cụ thể khác. Chúng tôi đã chứng minh điều này bằng cách đưa chiết xuất hydrocacbon vào các hạt thủy tinh nhỏ, và thả nhẹ nhàng các hạt vào trước cửa tổ với tỷ lệ thích hợp. Và kết quả là chúng sẽ phản ứng lại với tần suất tương ứng với một hạt kính thủy tinh có chiết xuất hydrocacbon, như khi chúng tương tác với những con kiến thật.
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.
Tôi muốn các bạn xem một đoạn phim -- mở đầu là hình ảnh lối vào tổ kiến. Những con kiến đang ra vào tổ. Chúng ra ngoài làm những nhiệm vụ khác nhau, tỉ lệ mà chúng gặp nhau khi ra vào tổ sẽ quyết định, hoặc ảnh hưởng, tới quyết định của từng cá thể về việc có ra ngoài hay không, và cần làm những gì. Đây là sâu bên trong tổ. Được quan sát bởi kính hiển vi quang học. Ban đầu bạn sẽ thấy những con kiến bị thu hút bởi chiếc kính hiển vi quang học. Những con kiến ở đó, và từng con một sẽ đều đi qua một “dòng chảy” -- tương tác với những con khác. Và kiểu tương tác này quyết định việc kiến có ra ngoài hay không, và khi ra sẽ là nhiệm vụ gì. Bạn cũng có thể sẽ thấy những con chỉ ở ngoài tổ như thế này. Từng con một, sau đó, quay trở về, tương tác với những con khác. Còn những con đang đợi sẵn trong tổ lựa chọn việc có ra ngoài tiếp tục hành trình hay không, sẽ tương tác với những con từ ngoài vào.
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.
Điều thú vị của hệ thống này là việc nó khá lộn xộn. Nó dễ biến động. Còn ồn ào. Cụ thế thể là do hai điều. Thứ nhất là những điều mà từng con sẽ gặp phải không thể lường trước được. Vì tỉ lệ số kiến trở về phụ thuộc vào tất cả các sự kiện xảy ra với một con kiến khi ra ngoài làm nhiệm vụ. Điều thứ hai là khả năng đánh giá cấu trúc này của một cá thể kiến còn nhiều thiếu sót vì không con nào có thể thực hiện các phép tính tinh vi. Vì vậy, chúng tôi tiến hành mô phỏng, thử nghiệm, để tìm ra cách kết hợp hai kiểu ồn ào này, trong tổng thể, tạo ra hành vi đã dự đoán trước của đàn kiến.
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.
Một lần nữa, ý của tôi không phải là kiểu tương tác lộn xộn này tạo ra một dây chuyền làm việc chính xác hiệu quả và đều đặn. Thực tế, nếu bạn quan sát đàn kiến, bạn sẽ muốn giúp chúng vì chúng có vẻ như chẳng bao giờ làm gì cả nó không như những gì bạn nghĩ về việc chúng nên làm gì đó. Và không hẳn là khi sự tương tác lộn xộn này biến mất, sự hoàn hảo sẽ nảy sinh. Nhưng công việc sẽ khá hiệu quả. Loài kiến đã có từ vài trăm triệu năm trước. Có mặt mọi nơi trên trái đất, trừ Nam cực. Những việc mà chúng đang làm thực sự thành công khiến một mô hình hỗn loạn như thế, về tổng thể, tạo ra các yếu tố cho phép chúng sản sinh thêm nhiều cá thể hơn. Một trong những vấn đề mà chúng tôi đang nghiên cứu là cách chọn lọc tự nhiên đang hoạt động như thế nào để định hình việc sử dụng các mô hình tương tác này -- cũng như mạng lưới các mô hình tương tác này -- để tăng hiệu suất kiếm ăn của bày kiến.
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.
Và một điều tôi muốn các bạn lưu ý là những mô hình tương tác này có liên quan chặt chẽ tới kích thước của bầy. Hiểu đơn giản là khi một con kiến trong một đàn nhỏ tuổi -- và một con ở đàn nhiều năm tuổi có quyền tương đương nhau, như “Cứ sau ba giây tôi muốn gặp một kiến kiếm ăn khác” Nhưng ở bầy nhỏ tuổi, khả năng gặp được sẽ thấp hơn, vì có ít kiến kiếm ăn hơn. Vậy nguyên tắc chung là, khi bầy kiến phát triển và lớn dần mở rộng kích thước, sẽ sản sinh ra các hành vi khác nhau theo độ tuổi của đàn.
Thank you.
Cảm ơn.
(Applause)
( Vỗ tay )