Μελετάω τα μυρμήγκια στην έρημο, στα τροπικά δάση, στην κουζίνα μου και στους λόφους γύρω από τη Σίλικον Βάλεϊ όπου ζω. Πρόσφατα συνειδητοποίησα πως τα μυρμήγκια αλληλεπιδρούν με διαφορετικό τρόπο, ανάλογα με το περιβάλλον. Και σκέφτηκα πως μπορούμε να μάθουμε απ' αυτό για άλλα συστήματα, όπως για τους εγκεφάλους και για τα δίκτυα δεδομένων που κατασκευάζουμε, ακόμα και για τον καρκίνο.
I study ants in the desert, in the tropical forest and in my kitchen, and in the hills around Silicon Valley where I live. I've recently realized that ants are using interactions differently in different environments, and that got me thinking that we could learn from this about other systems, like brains and data networks that we engineer, and even cancer.
Το κοινό σε όλα αυτά τα συστήματα είναι πως δεν υπάρχει κεντρικός έλεγχος. Μια αποικία μυρμηγκιών αποτελείται από στείρες θηλυκές εργάτριες - αυτά είναι τα μυρμήγκια που βλέπετε γύρω σας - και ένα ή περισσότερα θηλυκά αναπαραγωγής που απλώς γεννάνε αυγά. Δεν δίνουν εντολές. Παρ' όλο που ονομάζονται βασίλισσες, δεν λένε σε κανέναν τι να κάνει. Έτσι, σε μια αποικία μυρμηγκιών, κανείς δεν είναι επικεφαλής και όλα τα συστήματα όπως αυτό, χωρίς κεντρικό έλεγχο, ρυθμίζονται με πολύ απλές αλληλεπιδράσεις. Τα μυρμήγκια αλληλεπιδρούν με την οσμή. Οσμίζονται με τις κεραίες τους και αλληλεπιδρούν με αυτές, έτσι, όταν ένα μυρμήγκι αγγίξει το άλλο με τις κεραίες του, ξέρει, για παράδειγμα, αν το άλλο μυρμήγκι είναι από την ίδια φωλιά και τι εργασία έκανε. Εδώ βλέπετε πολλά μυρμήγκια να κυκλοφορούν και να αλληλεπιδρούν σε έναν ειδικό χώρο στο εργαστήριο, που επικοινωνεί με σωλήνες με δύο άλλους χώρους. Έτσι, όταν ένα μυρμήγκι συναντάει ένα άλλο, δεν έχει σημασία ποιο, στην πραγματικότητα δεν εκπέμπουν κάποιο περίπλοκο σήμα ή μήνυμα. Το μόνο που έχει σημασία για το μυρμήγκι είναι η συχνότητα με την οποία συναντάει άλλα μυρμήγκια. Συνολικά, αυτή η αλληλεπίδραση, δημιουργεί ένα δίκτυο. Οπότε, αυτό είναι το δίκτυο των μυρμηγκιών που μόλις είδατε να κυκλοφορούν στο εργαστήριο και είναι αυτό το συνεχώς μετακινούμενο δίκτυο που δημιουργεί τη συμπεριφορά της αποικίας, όπως το αν όλα κρύβονται στη φωλιά τους, ή πόσα θα βγουν έξω να αναζητήσουν τροφή. Ένας εγκέφαλος λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο, αλλά το σπουδαίο με τα μυρμήγκια είναι πως μπορείτε να δείτε όλο το δίκτυο καθώς δημιουργείται.
So what all these systems have in common is that there's no central control. An ant colony consists of sterile female workers -- those are the ants you see walking around — and then one or more reproductive females who just lay the eggs. They don't give any instructions. Even though they're called queens, they don't tell anybody what to do. So in an ant colony, there's no one in charge, and all systems like this without central control are regulated using very simple interactions. Ants interact using smell. They smell with their antennae, and they interact with their antennae, so when one ant touches another with its antennae, it can tell, for example, if the other ant is a nestmate and what task that other ant has been doing. So here you see a lot of ants moving around and interacting in a lab arena that's connected by tubes to two other arenas. So when one ant meets another, it doesn't matter which ant it meets, and they're actually not transmitting any kind of complicated signal or message. All that matters to the ant is the rate at which it meets other ants. And all of these interactions, taken together, produce a network. So this is the network of the ants that you just saw moving around in the arena, and it's this constantly shifting network that produces the behavior of the colony, like whether all the ants are hiding inside the nest, or how many are going out to forage. A brain actually works in the same way, but what's great about ants is that you can see the whole network as it happens.
Υπάρχουν περισσότερα από 12.000 είδη μυρμηγκιών, σε όλα τα δυνατά περιβάλλοντα, και αλληλεπιδρούν με διαφορετικό τρόπο για να αντιμετωπίσουν διαφορετικές περιβαλλοντικές προκλήσεις. Μια σημαντική περιβαλλοντική πρόκληση που έχει να αντιμετωπίσει κάθε σύστημα, είναι το κόστος λειτουργίας δηλαδή τι χρειάζεται για να λειτουργήσει το σύστημα. Μια άλλη περιβαλλοντική πρόκληση είναι η εύρεση και η συλλογή πόρων. Στην έρημο το κόστος λειτουργίας είναι υψηλό επειδή το νερό σπανίζει και τα μυρμήγκια που τρώνε σπόρους και που μελετώ στην έρημο πρέπει να ξοδέψουν νερό για να βρουν νερό. Έτσι, ένα μυρμήγκι που ψάχνει για σπόρους στον καυτό ήλιο, χάνει απλώς νερό. Όμως η αποικία παίρνει νερό μεταβολίζοντας τα λίπη των σπόρων που τρώνε. Έτσι, σε αυτό το περιβάλλον, η αλληλεπίδραση χρησιμεύει στην ενεργοποίηση της αναζήτησης τροφής. Ένας τροφοσυλλέκτης δεν βγαίνει έξω εκτός αν έχει επαρκή αλληλεπίδραση με τους άλλους, και αυτό που βλέπετε είναι τροφοσυλλέκτες που επιστρέφουν στη φωλιά μέσα από το τούνελ και συναντούν τους τροφοσυλλέκτες καθώς αυτοί βγαίνουν. Αυτό έχει νόημα για την αποικία των μυρμηγκιών, επειδή όσο περισσότερη τροφή υπάρχει εκεί έξω, τόσο πιο γρήγορα τη βρίσκουν οι τροφοσυλλέκτες, και τόσο γρηγορότερα επιστρέφουν και περισσότεροι τροφοσυλλέκτες βγαίνουν έξω. Το σύστημα βρίσκεται σε αδράνεια μέχρι να συμβεί κάτι θετικό.
There are more than 12,000 species of ants, in every conceivable environment, and they're using interactions differently to meet different environmental challenges. So one important environmental challenge that every system has to deal with is operating costs, just what it takes to run the system. And another environmental challenge is resources, finding them and collecting them. In the desert, operating costs are high because water is scarce, and the seed-eating ants that I study in the desert have to spend water to get water. So an ant outside foraging, searching for seeds in the hot sun, just loses water into the air. But the colony gets its water by metabolizing the fats out of the seeds that they eat. So in this environment, interactions are used to activate foraging. An outgoing forager doesn't go out unless it gets enough interactions with returning foragers, and what you see are the returning foragers going into the tunnel, into the nest, and meeting outgoing foragers on their way out. This makes sense for the ant colony, because the more food there is out there, the more quickly the foragers find it, the faster they come back, and the more foragers they send out. The system works to stay stopped, unless something positive happens.
Η επικοινωνία υπάρχει για να ενεργοποιήσει τους τροφοσυλλέκτες. Έχουμε μελετήσει την εξέλιξη αυτού του συστήματος. Κατ' αρχήν, υπάρχει ποικιλία. Αποδεικνύεται πως οι αποικίες διαφέρουν. Τις μέρες της ξηρασίας κάποιες αποικίες αναζητούν λιγότερο τροφή, οπότε οι αποικίες διαφέρουν στο πώς διαχειρίζονται την κατανάλωση του νερού για την αναζήτηση σπόρων και στο πώς παίρνουν πίσω νερό σε μορφή σπόρων. Προσπαθούμε να καταλάβουμε γιατί κάποιες αποικίες συλλέγουν λιγότερη τροφή από άλλες με το να σκεφτούμε τα μυρμήγκια ως νευρώνες, χρησιμοποιώντας μοντέλα από τη νευροεπιστήμη. Όπως ένας νευρώνας μαζεύει ερεθίσματα από άλλους νευρώνες για να αποφασίσει πότε να πάρει μπρος, έτσι και τα μυρμήγκια μαζεύουν ερεθίσματα από άλλα μυρμήγκια για να αποφασίσουν αν θα βγουν για αναζήτηση τροφής. Αυτό που ψάχνουμε είναι οι πιθανές διαφοροποιήσεις μεταξύ των αποικιών στο πόσες φορές πρέπει να αλληλεπιδράσει κάθε μυρμήγκι πριν θελήσει να βγει έξω για αναζήτηση τροφής, επειδή μια τέτοια αποικία, θα αναζητούσε τροφή λιγότερο συχνά.
So interactions function to activate foragers. And we've been studying the evolution of this system. First of all, there's variation. It turns out that colonies are different. On dry days, some colonies forage less, so colonies are different in how they manage this trade-off between spending water to search for seeds and getting water back in the form of seeds. And we're trying to understand why some colonies forage less than others by thinking about ants as neurons, using models from neuroscience. So just as a neuron adds up its stimulation from other neurons to decide whether to fire, an ant adds up its stimulation from other ants to decide whether to forage. And what we're looking for is whether there might be small differences among colonies in how many interactions each ant needs before it's willing to go out and forage, because a colony like that would forage less.
Αυτό εγείρει ένα ανάλογο ερώτημα για τον εγκέφαλο. Συζητάμε για τον εγκέφαλο, αλλά φυσικά, κάθε εγκέφαλος είναι ελαφρώς διαφορετικός, και μπορεί να υπάρχουν κάποια άτομα ή κάποιες συνθήκες, όπου οι ηλεκτρικές ιδιότητες των νευρώνων είναι τέτοιες που απαιτούν περισσότερα ερεθίσματα για να πάρουν μπρος, και αυτό θα οδηγήσει σε διαφοροποιήσεις στη λειτουργία του εγκεφάλου.
And this raises an analogous question about brains. We talk about the brain, but of course every brain is slightly different, and maybe there are some individuals or some conditions in which the electrical properties of neurons are such that they require more stimulus to fire, and that would lead to differences in brain function.
Προκειμένου να θέσουμε ερωτήματα που αφορούν στην εξέλιξη, πρέπει να γνωρίζουμε για την επιτυχία της αναπαραγωγής. Αυτός είναι ένας χάρτης της τοποθεσίας όπου παρακολουθούσα τον πληθυσμό αυτής της αποικίας μυρμηγκιών-θεριστών, για περίπου 28 χρόνια, που είναι περίπου η διάρκεια ζωής μιας αποικίας. Κάθε σύμβολο είναι μια αποικία, και το μέγεθος του συμβόλου σχετίζεται με το πόσους απογόνους είχαν, επειδή χρησιμοποιήσαμε γενετικές μεταβολές για να ταιριάξουμε τις γονεϊκές αποικίες με τις αποικίες απογόνων, δηλαδή, να καταλάβουμε ποιες αποικίες ιδρύθηκαν από μια κόρη-βασίλισσα και σε ποια γονεϊκή αποικία είχε αυτή γεννηθεί. Ήταν εκπληκτικό μετά από τόσα χρόνια να ανακαλύψω πως, για παράδειγμα, η αποικία 154, την οποία γνώριζα καλά για πολλά χρόνια, είναι η προγιαγιά. Αυτή είναι η θυγατρική της αποικία, αυτή είναι η αποικία-εγγονή και αυτές είναι οι αποικίες-δισέγγονα. Κάνοντας αυτό, μπόρεσα να μάθω πως οι αποικίες των απογόνων μοιάζουν με τις γονεϊκές στον τρόπο που αποφασίζουν ποιες μέρες είναι πολύ ζεστές για αναζήτηση τροφής. Τα μυρμήγκια-απόγονοι ζουν μακριά από τις γονεϊκές αποικίες και δεν συναντιούνται ποτέ μαζί τους, έτσι, είναι αδύνατον τα μυρμήγκια-απόγονοι να το έχουν μάθει αυτό από τη γονεϊκή αποικία. Το επόμενο βήμα μας ήταν να ψάξουμε τη γενετική μεταβολή που υπήρχε πίσω από αυτή την ομοιότητα.
So in order to ask evolutionary questions, we need to know about reproductive success. This is a map of the study site where I have been tracking this population of harvester ant colonies for 28 years, which is about as long as a colony lives. Each symbol is a colony, and the size of the symbol is how many offspring it had, because we were able to use genetic variation to match up parent and offspring colonies, that is, to figure out which colonies were founded by a daughter queen produced by which parent colony. And this was amazing for me, after all these years, to find out, for example, that colony 154, whom I've known well for many years, is a great-grandmother. Here's her daughter colony, here's her granddaughter colony, and these are her great-granddaughter colonies. And by doing this, I was able to learn that offspring colonies resemble parent colonies in their decisions about which days are so hot that they don't forage, and the offspring of parent colonies live so far from each other that the ants never meet, so the ants of the offspring colony can't be learning this from the parent colony. And so our next step is to look for the genetic variation underlying this resemblance.
Τότε μπόρεσα να αναρωτηθώ ποιος τα πάει καλύτερα. Κατά τη διάρκεια της μελέτης, και ιδιαίτερα τα τελευταία 10 χρόνια, υπήρξε πολύ μεγάλη ξηρασία στις νοτιοδυτικές Πολιτείες, και αποδείχτηκε πως οι αποικίες που εξοικονομούν νερό και μένουν μέσα όταν κάνει πολύ ζέστη, άρα θυσιάζουν όσο το δυνατόν περισσότερη τροφή, είναι αυτές με τις περισσότερες πιθανότητες για αποικίες απογόνων. Για πολύ καιρό νόμιζα πως η αποικία 154 δεν πάει καλά, επειδή στις ιδιαίτερα ξηρές μέρες αναζητούσαν ελάχιστα τροφή, ενώ οι άλλες αποικίες ήταν έξω και μάζευαν πολλή τροφή. Όμως, για την ακρίβεια, η αποικία 154 είναι εξαιρετικά επιτυχημένη. Είναι μητριάρχισσα. Είναι μια από τις σπάνιες προγιαγιάδες στην περιοχή. Απ' όσο γνωρίζω, αυτή είναι η πρώτη φορά που μπορέσαμε να παρακολουθήσουμε τη συνεχή εξέλιξη της συλλογικής συμπεριφοράς σε έναν φυσικό πληθυσμό ζώων και να ανακαλύψουμε τι λειτουργεί καλύτερα.
So then I was able to ask, okay, who's doing better? Over the time of the study, and especially in the past 10 years, there's been a very severe and deepening drought in the Southwestern U.S., and it turns out that the colonies that conserve water, that stay in when it's really hot outside, and thus sacrifice getting as much food as possible, are the ones more likely to have offspring colonies. So all this time, I thought that colony 154 was a loser, because on really dry days, there'd be just this trickle of foraging, while the other colonies were out foraging, getting lots of food, but in fact, colony 154 is a huge success. She's a matriarch. She's one of the rare great-grandmothers on the site. To my knowledge, this is the first time that we've been able to track the ongoing evolution of collective behavior in a natural population of animals and find out what's actually working best.
Το διαδίκτυο χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο για να ρυθμίσει τη ροή των πληροφοριών που μοιάζει πολύ με αυτόν που χρησιμοποιούν τα μυρμήγκια-θεριστές για να ρυθμίσουν τη ροή των τροφοσυλλεκτών. Μαντέψτε πώς το λέμε εμείς αυτό. Το μυρμήκτιο έρχεται (Χειροκρότημα) Τα δεδομένα δεν φεύγουν από τον υπολογιστή προέλευσης εκτός αν λάβουν σήμα πως υπάρχει αρκετή ευρυζωνικότητα για να ταξιδέψουν. Στις απαρχές του διαδικτύου, όταν τα λειτουργικά έξοδα ήταν πολύ υψηλά και ήταν πολύ σημαντικό να μη χάνονται δεδομένα, το σύστημα είχε συσταθεί για αλληλεπιδράσεις που ενεργοποιούν τη ροή των δεδομένων. Είναι ενδιαφέρον που τα μυρμήγκια χρησιμοποιούν έναν αλγόριθμο πολύ όμοιο με αυτόν που ανακαλύψαμε πρόσφατα, όμως αυτός είναι ένας μόνο από τους λίγους αλγορίθμους των μυρμηγκιών που γνωρίζουμε. Τα μυρμήγκια είχαν 130 εκατομμύρια χρόνια για να εξελίξουν πολλούς, καλούς αλγορίθμους και νομίζω πως είναι πολύ πιθανό, κάποια από τα υπόλοιπα 12.000 είδη, να έχουν και αυτά αλγορίθμους που θα είχαν ενδιαφέρον για δίκτυα δεδομένων που δεν έχουμε σκεφτεί καν ακόμα.
Now, the Internet uses an algorithm to regulate the flow of data that's very similar to the one that the harvester ants are using to regulate the flow of foragers. And guess what we call this analogy? The anternet is coming. (Applause) So data doesn't leave the source computer unless it gets a signal that there's enough bandwidth for it to travel on. In the early days of the Internet, when operating costs were really high and it was really important not to lose any data, then the system was set up for interactions to activate the flow of data. It's interesting that the ants are using an algorithm that's so similar to the one that we recently invented, but this is only one of a handful of ant algorithms that we know about, and ants have had 130 million years to evolve a lot of good ones, and I think it's very likely that some of the other 12,000 species are going to have interesting algorithms for data networks that we haven't even thought of yet.
Τι συμβαίνει όταν τα λειτουργικά έξοδα είναι χαμηλά; Τα λειτουργικά έξοδα είναι χαμηλά στην τροπική ζώνη επειδή έχει πολλή υγρασία και είναι εύκολο για τα μυρμήγια να κυκλοφορούν έξω. Όμως τα μυρμήγκια είναι τόσο πολυάριθμα και πολυποίκιλα στην τροπική ζώνη ώστε υπάρχει μεγάλος ανταγωνισμός. Όποιοι κι αν είναι οι πόροι που χρησιμοποιεί ένα είδος, το πιο πιθανό είναι πως τους ίδιους θα χρησιμοποιεί ταυτοχρόνως και κάποιο άλλο είδος. Οπότε, σε αυτό το περιβάλλον οι αλληλεπιδράσεις έχουν την αντίθετη χρήση. Το σύστημα συνεχίζει να λειτουργεί εκτός αν συμβεί κάτι αρνητικό. Ένα είδος που μελετώ φτιάχνει κυκλώματα στα δέντρα των μυρμηγκιών- τροφοσυλλεκτών, που πηγαίνουν από τη φωλιά σε κάποια πηγή τροφής και πάλι πίσω, κυκλικά, εκτός αν συμβεί κάτι αρνητικό, όπως μια αλληλεπίδραση με μυρμήγκια ενός άλλου είδους. Εδώ έχουμε ένα παράδειγμα της ασφάλειας των μυρμηγκιών. Στη μέση υπάρχει ένα μυρμήγκι που κλείνει την είσοδο της φωλιάς με το κεφάλι του, αντιδρώντας έτσι στην αλληλεπίδραση του με ένα άλλο είδος. Είναι αυτά τα μικρά που τρέχουν γύρω-γύρω με την κοιλιά τους στον αέρα. Όμως όταν περάσει η απειλή, η είσοδος ανοίγει ξανά. Μπορεί να υπάρχουν περιπτώσεις στην ασφάλεια των υπολογιστών, όπου τα λειτουργικά έξοδα είναι αρκετά χαμηλά, που αντιδρώντας σε μια άμεση απειλή θα μπορούσαμε να εμποδίζουμε την πρόσβαση προσωρινά και μετά να την ανοίγουμε ξανά, αντί να προσπαθούμε να φτιάξουμε μόνιμα προγράμματα και τείχη ασφαλείας.
So what happens when operating costs are low? Operating costs are low in the tropics, because it's very humid, and it's easy for the ants to be outside walking around. But the ants are so abundant and diverse in the tropics that there's a lot of competition. Whatever resource one species is using, another species is likely to be using that at the same time. So in this environment, interactions are used in the opposite way. The system keeps going unless something negative happens, and one species that I study makes circuits in the trees of foraging ants going from the nest to a food source and back, just round and round, unless something negative happens, like an interaction with ants of another species. So here's an example of ant security. In the middle, there's an ant plugging the nest entrance with its head in response to interactions with another species. Those are the little ones running around with their abdomens up in the air. But as soon as the threat is passed, the entrance is open again, and maybe there are situations in computer security where operating costs are low enough that we could just block access temporarily in response to an immediate threat, and then open it again, instead of trying to build a permanent firewall or fortress.
Μια άλλη περιβαλλοντική πρόκληση που έχουν να αντιμετωπίσουν όλα τα συστήματα, είναι η εύρεση και η συλλογή πόρων. Για να το αντιμετωπίσουν αυτό, τα μυρμήγκια λύνουν το πρόβλημα της συλλογικής έρευνας. Αυτό είναι κάτι που έχει πολύ ενδιαφέρον για τη ρομποτική επειδή έχουμε καταλάβει πως αντί να στέλνουμε ένα πολύπλοκο, ακριβό ρομπότ να εξερευνήσει έναν άλλο πλανήτη ή να ψάξει μέσα σε ένα φλεγόμενο κτίριο, μπορεί να ήταν πιο αποτελεσματικό να έχουμε μια ομάδα φτηνότερων ρομπότ που ανταλλάσσουν μόνο στοιχειώδεις πληροφορίες. Αυτό κάνουν τα μυρμήγκια. Τα μυρμήγκια-εισβολείς της Αργεντινής, δημιουργούν διευρυνόμενα δίκτυα έρευνας. Αντιμετωπίζουν πολύ καλά το βασικό πρόβλημα της ομαδικής έρευνας, που είναι το πώς ψάχνει κανείς προσεκτικά καλύπτοντας ταυτόχρονα μια μεγάλη περιοχή. Αυτό που κάνουν είναι, όταν υπάρχουν πολλά μυρμήγκια σε μια μικρή περιοχή, το καθ΄ένα μπορεί να ψάξει πολύ σχολαστικά, επειδή θα υπάρχει κάποιο άλλο μυρμήγκι κοντά και θα ψάχνει εκεί πέρα, όμως όταν υπάρχουν λίγα μυρμήγκια σε μια μεγάλη περιοχή, πρέπει να διευρύνουν τα μονοπάτια τους για να καλύψουν περισσότερο έδαφος. Νομίζω πως αξιολογούν την πυκνότητα με τις αλληλεπιδράσεις, όποτε όταν είναι πολλά, συναντιόνται συχνότερα και ψάχνουν πιο διεξοδικά. Τα διάφορα είδη χρησιμοποιούν μάλλον διαφορετικούς αλγόριθμους επειδή έχουν εξελιχτεί έτσι ώστε να ασχολούνται με διαφορετικές πηγές. Θα ήταν χρήσιμο να γνωρίζουμε σχετικά μ' αυτό, οπότε πρόσφατα ζητήσαμε από τα μυρμήγκια να λύσουν το πρόβλημα της ομαδικής αναζήτησης στο ακραίο περιβάλλον της μικρό-βαρύτητας στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Όταν πρωτοείδα αυτή την εικόνα, σκέφτηκα, «Ωχ, όχι, έδεσαν τη φωλιά κάθετα», όμως μετά συνειδητοποίησα πως αυτό δεν είχε σημασία. Η ιδέα εδώ είναι πως τα μυρμήγκια εργάζονται τόσο σκληρά για να κρατηθούν στον τοίχο ή στο πάτωμα, πείτε το όπως θέλετε, ώστε έχουν λιγότερες πιθανότητες να αλληλεπιδράσουν, κι έτσι η σχέση ανάμεσα στο πόσα είναι και στο πόσο συχνά συναντιόνται θα μπορούσε να διαταραχτεί. Ακόμα αναλύουμε τα δεδομένα. Δεν έχω ακόμα τα αποτελέσματα. Όμως θα είχε ενδιαφέρον να γνωρίζουμε πώς λύνουν αυτό το πρόβλημα άλλα είδη, σε διαφορετικά περιβάλλοντα στη Γη, κι έτσι διαμορφώνουμε ένα πρόγραμμα για να ενθαρρύνουμε τα παιδιά σε όλο τον κόσμο να κάνουν αυτό το πείραμα με διαφορετικά είδη. Είναι πολύ απλό. Μπορεί να γίνει με φτηνά υλικά και με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να φτιάξουμε έναν διεθνή χάρτη με τους αλγορίθμους της ομαδικής αναζήτησης των μυρμηγκιών. Νομίζω πως είναι πιθανό, τα είδη που εισβάλλουν περισσότερο, αυτά που μπαίνουν στα κτίρια μας, να είναι καλά γι' αυτό, επειδή βρίσκονται στην κουζίνα σας καθώς είναι πολύ ικανά στο να βρίσκουν τροφή και νερό.
So another environmental challenge that all systems have to deal with is resources, finding and collecting them. And to do this, ants solve the problem of collective search, and this is a problem that's of great interest right now in robotics, because we've understood that, rather than sending a single, sophisticated, expensive robot out to explore another planet or to search a burning building, that instead, it may be more effective to get a group of cheaper robots exchanging only minimal information, and that's the way that ants do it. So the invasive Argentine ant makes expandable search networks. They're good at dealing with the main problem of collective search, which is the trade-off between searching very thoroughly and covering a lot of ground. And what they do is, when there are many ants in a small space, then each one can search very thoroughly because there will be another ant nearby searching over there, but when there are a few ants in a large space, then they need to stretch out their paths to cover more ground. I think they use interactions to assess density, so when they're really crowded, they meet more often, and they search more thoroughly. Different ant species must use different algorithms, because they've evolved to deal with different resources, and it could be really useful to know about this, and so we recently asked ants to solve the collective search problem in the extreme environment of microgravity in the International Space Station. When I first saw this picture, I thought, Oh no, they've mounted the habitat vertically, but then I realized that, of course, it doesn't matter. So the idea here is that the ants are working so hard to hang on to the wall or the floor or whatever you call it that they're less likely to interact, and so the relationship between how crowded they are and how often they meet would be messed up. We're still analyzing the data. I don't have the results yet. But it would be interesting to know how other species solve this problem in different environments on Earth, and so we're setting up a program to encourage kids around the world to try this experiment with different species. It's very simple. It can be done with cheap materials. And that way, we could make a global map of ant collective search algorithms. And I think it's pretty likely that the invasive species, the ones that come into our buildings, are going to be really good at this, because they're in your kitchen because they're really good at finding food and water.
Η πιο δημοφιλής πηγή μυρμηγκιών είναι τα πικ-νικ, και είναι μια συγκεντρωμένη πηγή. Όπου υπάρχει ένα κομμάτι φρούτου, είναι πιθανό κάπου κοντά να υπάρχει και κάποιο άλλο, και τα μυρμήγκια που ειδικεύονται στις συγκεντρωμένες πηγές τροφής χρησιμοποιούν τις αλληλεπιδράσεις για να στρατολογήσουν. Οπότε, όταν ένα μυρμήγκι συναντήσει κάποιο άλλο, ή όταν βρίσκει κάποια χημική ουσία που έχει αφήσει κάποιο άλλο, τότε αλλάζει κατεύθυνση για να πάει προς εκεί που έγινε η αλληλεπίδραση, κι έτσι δημιουργείται η σειρά των μυρμηγκιών που μοιράζονται μαζί σας το πικ-νικ.
So the most familiar resource for ants is a picnic, and this is a clustered resource. When there's one piece of fruit, there's likely to be another piece of fruit nearby, and the ants that specialize on clustered resources use interactions for recruitment. So when one ant meets another, or when it meets a chemical deposited on the ground by another, then it changes direction to follow in the direction of the interaction, and that's how you get the trail of ants sharing your picnic.
Εδώ είναι ένα μέρος που νομίζω πως θα μπορέσουμε να μάθουμε από τα μυρμήγκια κάτι σχετικό με τον καρκίνο. Κατ'αρχήν, είναι προφανές πως θα μπορούσαμε να κάνουμε πολλά για να προλάβουμε τον καρκίνο με το να μην επιτρέπουμε στους ανθρώπους να χρησιμοποιούν ή να πουλούν τοξίνες που ενισχύουν την ανάπτυξη του καρκίνου στα σώματά μας, όμως δεν νομίζω πως τα μυρμήγκια μπορούν να μας βοηθήσουν σ' αυτό επειδή δεν δηλητηριάζουν ποτέ τις αποικίες τους. Όμως μπορούμε να μάθουμε από τα μυρμήγκια κάτι σχετικό με τη θεραπεία του καρκίνου. Υπάρχουν πολλά είδη καρκίνου. Ο καθένας δημιουργείται σε ένα συγκεκριμένο μέρος του σώματος, και μετά κάποιου είδους καρκίνος θα εξαπλωθεί ή θα κάνει μετάσταση σε συγκεκριμένους ιστούς όπου εκεί μάλλον θα βρει τους πόρους που χρειάζεται. Αν το δείτε από τη σκοπιά των πρώτων μεταστατικών καρκινικών κυττάρων καθώς ψάχνουν τους πόρους που χρειάζονται, αν αυτοί οι πόροι είναι συγκεντρωμένοι, πιθανώς να χρησιμοποιούν αλληλεπιδράσεις για να στρατολογήσουν, κι αν μπορέσουμε να βρούμε πώς στρατολογούν τα κύτταρα. τότε ίσως μπορέσουμε να στήσουμε παγίδες για να τα πιάσουμε πριν αυτά εδραιωθούν.
Now this is a place where I think we might be able to learn something from ants about cancer. I mean, first, it's obvious that we could do a lot to prevent cancer by not allowing people to spread around or sell the toxins that promote the evolution of cancer in our bodies, but I don't think the ants can help us much with this because ants never poison their own colonies. But we might be able to learn something from ants about treating cancer. There are many different kinds of cancer. Each one originates in a particular part of the body, and then some kinds of cancer will spread or metastasize to particular other tissues where they must be getting resources that they need. So if you think from the perspective of early metastatic cancer cells as they're out searching around for the resources that they need, if those resources are clustered, they're likely to use interactions for recruitment, and if we can figure out how cancer cells are recruiting, then maybe we could set traps to catch them before they become established.
Τα μυρμήγκια χρησιμοποιούν τις αλληλεπιδράσεις με διάφορους τρόπους, σε μια τεράστια ποικιλία περιβαλλόντων, και θα μπορούσαμε να μάθουμε από αυτό για τα άλλα συστήματα που λειτουργούν χωρίς κεντρικό έλεγχο. Χρησιμοποιώντας απλές αλληλεπιδράσεις, οι αποικίες των μυρμηγκιών έχουν να επιδείξουν εκπληκτικά κατορθώματα για περισσότερο από 130 εκατομμύρια χρόνια. Έχουμε να μάθουμε πολλά από αυτά.
So ants are using interactions in different ways in a huge variety of environments, and we could learn from this about other systems that operate without central control. Using only simple interactions, ant colonies have been performing amazing feats for more than 130 million years. We have a lot to learn from them.
Σας ευχαριστώ.
Thank you.
(Χειροκρότημα)
(Applause)