العلم، لقد مكننا العلم من معرفة الكثير عن الأماكن البعيدة في الكون، الأمر الذي هو مهم جداً و بعيد جداً، إلّا أنه في الوقت نفسه هناك أمور أكثر قرباً بكثير، و أكثر ارتباطاً مباشرة بنا، و لا نفهم الكثير عنها. و أحدها هو التعقيد الإجتماعي المذهل للحيوانات من حولنا، و اليوم أريد أن أخبركم ببعض القصص عن التعقيد الحيوانات.
Science, science has allowed us to know so much about the far reaches of the universe, which is at the same time tremendously important and extremely remote, and yet much, much closer, much more directly related to us, there are many things we don't really understand. And one of them is the extraordinary social complexity of the animals around us, and today I want to tell you a few stories of animal complexity.
لكن بداية، ما الذي نطلق عليه التعقيد؟ ما هو المركب؟ حسناً، المركب ليس معقد. الأمر المركب يتألف من العديد من الأجزاء الصغيرة، جميعها مختلفة، و كل منها له دوره المحدد في الآلية. و على النقيض، إن الجهاز المركب مكون من العديد، العديد من الأجزاء المتشابهة، و تفاعلها هو ما ينتج سلوك متجانس ككل. إن الأجهزة المركبة لها العديد من الأجزاء المتفاعلة التي تتصرف وفقاً لقواعد بسيطة، فردية، و هذا يؤدي إلى خصائص ناشئة. إن سلوك الجهاز ككل لا يمكن توقعه من القواعد الفردية فقط. كما كتب أرسطو، إن الكل أكبر من مجموع أجزائه. لكن دعنا ننتقل من أرسطو إلى مثال أكثر واقعية للأجهزة المركبة.
But first, what do we call complexity? What is complex? Well, complex is not complicated. Something complicated comprises many small parts, all different, and each of them has its own precise role in the machinery. On the opposite, a complex system is made of many, many similar parts, and it is their interaction that produces a globally coherent behavior. Complex systems have many interacting parts which behave according to simple, individual rules, and this results in emergent properties. The behavior of the system as a whole cannot be predicted from the individual rules only. As Aristotle wrote, the whole is greater than the sum of its parts. But from Aristotle, let's move onto a more concrete example of complex systems.
هذه كلاب ترير اسكتلندية. في البداية، إن الجهاز غير منظم. ثم يأتي تشويش: الحليب. كل فرد يبدأ بالدفع باتجاه واحد و هذا ما يحصل. إن الدولاب هو خاصية ناشئة من التفاعلات بين الجراء التي قاعدتها الوحيدة هي أن تحاول أن تبقي على منفذ للحليب و لهذا تدفع في إتجاه عشوائي.
These are Scottish terriers. In the beginning, the system is disorganized. Then comes a perturbation: milk. Every individual starts pushing in one direction and this is what happens. The pinwheel is an emergent property of the interactions between puppies whose only rule is to try to keep access to the milk and therefore to push in a random direction.
إن كل ما في الأمر هو إيجاد القواعد البسيطة التي منها ينشاً التعقيد. إنني أسمي ذلك بتبسيط التعقيد، إنه ما نقوم به في إدارة تصميم الأجهزة في جامعة إي تي أتش في زيورخ. إننا نجمع البيانات عن مجتمعات الحيوانات، نحلل الأنماط المركبة، نحاول تفسيرها. إنه عمل يتطلب عمل علماء فيزياء مع علماء أحياء، مع علماء رياضيين و علماء حاسوب، و تفاعلهم هو ما يُنتج كفاءة خارجة عن الحدود لحل هذا المشاكل. لذا مرة أخرى، إن الكل أكبر من مجموع الأجزاء. بطريقة ما، إن التعاون هو مثال آخر على الأجهزة المركبة.
So it's all about finding the simple rules from which complexity emerges. I call this simplifying complexity, and it's what we do at the chair of systems design at ETH Zurich. We collect data on animal populations, analyze complex patterns, try to explain them. It requires physicists who work with biologists, with mathematicians and computer scientists, and it is their interaction that produces cross-boundary competence to solve these problems. So again, the whole is greater than the sum of the parts. In a way, collaboration is another example of a complex system.
و قد تتساءل إلى جانب مَن أميل، إلى الأحياء أم الفيزياء؟ في الحقيقة، إن الأمر مختلف قليلاً، و للتوضيح، يجب أن أخبركم بقصة قصيرة عن نفسي. عندما كنت طفلاً، كنت أحب بناء الأشياء، أن أصنع آلات معقدة. لذا قررت أن أدرس الهندسة الكهربائية و علم الروبوتات، و مشروع تخرجي كان بناء روبوت إسمه إي آر-1 -- لقد بدا كهذا ـــ القادر على جمع المعلومات من بيئته و يكمل اتباعه لخط أبيض على الأرض. لقد كان الأمر معقد جداً، جداً، لكنه نجح بشكل رائع في غرفة الاختبار، و في يوم العرض، لقد كان دكاترتنا قد تجمعوا لتقييم المشروع. فأخذنا إي آر-1 لغرفة التقييم. لقد تبين أن الضوء في تلك الغرفة كان مختلف قليلاً. لقد ارتبك نظام الرؤية للروبوت. عند المنحنى الأول في الخط، لقد خرج الروبوت عن مساره، و اصطدم بالجدار. لقد أمضينا أسابيع في بناءه، و كل ما لزم لتدميره كان تغير طفيف في لون الضوء في الغرفة. هذا عندما أدركت أنه كلما زادت درجة تعقيد الآلة التي تصنعها، كلما زادت فرص فشلها بسبب أمر غير متوقع تماماً. و قررت، في الواقع، أنني لم أعد حقاً أريد صنع أشياء معقدة. أردت أن أفهم التعقيد، تعقيد العالم من حولنا و خصوصاً في مملكة الحيوان.
And you may be asking yourself which side I'm on, biology or physics? In fact, it's a little different, and to explain, I need to tell you a short story about myself. When I was a child, I loved to build stuff, to create complicated machines. So I set out to study electrical engineering and robotics, and my end-of-studies project was about building a robot called ER-1 -- it looked like this— that would collect information from its environment and proceed to follow a white line on the ground. It was very, very complicated, but it worked beautifully in our test room, and on demo day, professors had assembled to grade the project. So we took ER-1 to the evaluation room. It turned out, the light in that room was slightly different. The robot's vision system got confused. At the first bend in the line, it left its course, and crashed into a wall. We had spent weeks building it, and all it took to destroy it was a subtle change in the color of the light in the room. That's when I realized that the more complicated you make a machine, the more likely that it will fail due to something absolutely unexpected. And I decided that, in fact, I didn't really want to create complicated stuff. I wanted to understand complexity, the complexity of the world around us and especially in the animal kingdom.
الأمر الذي يحضرنا إلى الخفافيش. خفافيش بيخستين هي فصيلة شائعة من الخفافيش الأوروبية. إنها حيوانات اجتماعية جداً. في الأغلب هي تجثم أو تنام مع بعضها البعض. و هي تعيش في مستعمرات أمومية، أي أنه في كل ربيع، تجتمع الإناث بعد السبات الشتوي، و تبقى مع بعضها لحوالي ستة أشهر لترعى صغارها، و جميعها يحمل شريحة صغيرة جداً، ما يعني أنه في كل مرة يدخل أحدها واحدة من صناديق الخفافيش هذه المجهزة خصيصاً، نعرف مكانها، و الأهم من ذلك، نعرف مع من هي. فأنا أدرس تجمعات الجثوم في الخفافيش، و هذا ما تبدو عليه. خلال النهار، تجثم الخفافيش في عدد من المجموعات الجزئية في صناديق مختلفة. قد يحدث أن تنقسم المستعمرات في يوم ما بين صندوقين، لكن في يوم آخر، قد تكون مع بعضها في صندوق واحد، أو تنقسم بين ثلاثة أو أكثر من الصناديق، و كل ذلك يبدو عشوائي، حقاً. إنه يسمى ديناميكية الانفصال-الاتحاد، هي خاصية لمجموعة الحيوانية خاصية الانفصال و الاندماج بانتظام في مجموعات جزئية مختلفة.
Which brings us to bats. Bechstein's bats are a common species of European bats. They are very social animals. Mostly they roost, or sleep, together. And they live in maternity colonies, which means that every spring, the females meet after the winter hibernation, and they stay together for about six months to rear their young, and they all carry a very small chip, which means that every time one of them enters one of these specially equipped bat boxes, we know where she is, and more importantly, we know with whom she is. So I study roosting associations in bats, and this is what it looks like. During the day, the bats roost in a number of sub-groups in different boxes. It could be that on one day, the colony is split between two boxes, but on another day, it could be together in a single box, or split between three or more boxes, and that all seems rather erratic, really. It's called fission-fusion dynamics, the property for an animal group of regularly splitting and merging into different subgroups.
إذاً ما نقوم به هو أخذ كل هذه البيانات من كل هذه الأيام المختلفة و تجميعها مع بعض لاستخلاص نمط تجمّع على المدى الطويل بتطبيق تقنيات من تحليل الشبكات لفهم موضوع التركيب الاجتماعي للمستعمرة بأكمله. حسناً؟ إذاً تبدو هذه الصورة بهذا الشكل. في هذه الشبكة، كل الدوائر هي عُقد، أفراد من الخفافيش، و الخطوط بينهم هي روابط اجتماعية، علاقات بين الأفراد. لقد تبين أن هذه صورة مثيرة للاهتمام جداً. مستعمرة الخفافيش هذه منظمة في مجتمعين مختلفين الأمر الذي لا يمكن توقعه من ديناميكية الانفصال-الاتحاد اليومية. نحن نسميها بالوحدات الاجتماعية الخفية. الأمر الأكثر إثارة للاهتمام، في الواقع: كل سنة، عند أكتوبر تقريباً، تنقسم المستعمرة، و تقوم كل الخفافيش بالسبات الشتوي منفصلة عن بعضها البعض، لكن سنة بعد سنة، عندنا تجتمع الخفافيش مع بعضها مرة أخرى في الربيع، تبقى المجتمعات على حالها.
So what we do is take all these data from all these different days and pool them together to extract a long-term association pattern by applying techniques with network analysis to get a complete picture of the social structure of the colony. Okay? So that's what this picture looks like. In this network, all the circles are nodes, individual bats, and the lines between them are social bonds, associations between individuals. It turns out this is a very interesting picture. This bat colony is organized in two different communities which cannot be predicted from the daily fission-fusion dynamics. We call them cryptic social units. Even more interesting, in fact: Every year, around October, the colony splits up, and all bats hibernate separately, but year after year, when the bats come together again in the spring, the communities stay the same.
إذاً هذه الخفافيش تتذكر أصدقاءها لمدة طويلة جداً. بواسطة أدمغة بحجم حبة الفول السوداني، هي تبقي على روابط فردية و طويلة المدى. لم نكن نعرف أن ذلك كان من الممكن حدوثة. لقد عرفنا أن الرئيسيات و الفيلة و الدلافين تستطيع فعل ذلك، لكن بالمقارنة مع الخفافيش، الحيوانات السابقة تمتلك أدمغة ضخمة. إذاً كيف من الممكن أن تبقي الخفافيش على هذا التركيب الاجتماعي المركب و المستقر بالرغم من القدرات المعرفية المحدودة كهذه؟
So these bats remember their friends for a really long time. With a brain the size of a peanut, they maintain individualized, long-term social bonds, We didn't know that was possible. We knew that primates and elephants and dolphins could do that, but compared to bats, they have huge brains. So how could it be that the bats maintain this complex, stable social structure with such limited cognitive abilities?
و هنا حيث يوفر التعقيد جواباً. لفهم هذا النظام، قمنا ببناء نموذج بالكمبيوتر للجثوم، قائم على قواعد بسيطة، فردية، و حاكينا الآلاف و الآلاف من الأيام في مستعمرة الخفافيش الافتراضية هذه. إنه نموذج رياضي، لكنه ليس معقد. ما أعلمنا به النموذج هو، باختصار، أن كل خفاش تعرف بضعة أفراد آخرين في المستعمرة كصديقاتها، و هناك إحتمال أكبر بقليل أن تجثم في صندوق معهن. قواعد بسيطة، فردية. هذا كل ما في الأمر لتفسير التعقيد الاجتماعي لهذه الخفافيش.
And this is where complexity brings an answer. To understand this system, we built a computer model of roosting, based on simple, individual rules, and simulated thousands and thousands of days in the virtual bat colony. It's a mathematical model, but it's not complicated. What the model told us is that, in a nutshell, each bat knows a few other colony members as her friends, and is just slightly more likely to roost in a box with them. Simple, individual rules. This is all it takes to explain the social complexity of these bats.
لكن هناك ما هو أكثر إثارة للاهتمام. بين عامي 2010 و 2011، لقد فقدت المستعمرة أكثر من ثلثي أفرادها، على الأغلب بسبب الشتاء القارص. في الربيع الذي تلاه، لم تشكل المستعمرة مجتمعين ككل سنة، ما قد يؤدي إلى موت كل المستعمرة لأنها كانت لتصبح صغيرة جداً. عوضاً عن ذلك، لقد كونت وحدة اجتماعية وحيدة و متماسكة، ما سمح للمستعمرة بالبقاء خلال ذلك الفصل و بالازدهار مرة أخرى خلال السنتين التاليتين. ما نعرفه هو أن الخفافيش لا تدرك أن مستعمرتها تقوم بهذا. كل ما تقوم به هو اتباع قواعد تجمع بسيطة، و من هذه البساطة ينشأ التعقيد الاجتماعي الأمر الذي يسمح للمستعمرة أن تكون مرنة ضد التغيرات الكبيرة في التركيبة السكانية. إنني أجد هذا لأمر مذهل.
But it gets better. Between 2010 and 2011, the colony lost more than two thirds of its members, probably due to the very cold winter. The next spring, it didn't form two communities like every year, which may have led the whole colony to die because it had become too small. Instead, it formed a single, cohesive social unit, which allowed the colony to survive that season and thrive again in the next two years. What we know is that the bats are not aware that their colony is doing this. All they do is follow simple association rules, and from this simplicity emerges social complexity which allows the colony to be resilient against dramatic changes in the population structure. And I find this incredible.
الآن أريد أن أخبركم بقصة أخرى، لكن من أجل ذلك يجب علينا أن نسافر من أوروبا إلى صحراء كالاهاري في أفريقيا الجنوبية. هنا حيث تعيش حيوانات السرقاط. إني متأكد أنكم تعرفون حيوانات السرقاط. إنها كائنات مذهلة. إنها تعيش في مجموعات مع سُلَّم اجتماعي صارم جداً. هناك زوج مسيطر وحيد، و العديد من المرؤوسين، بعضهم يقوم بدور الحرّاس، بعضهم بقوم برعاية الصغار، بعضهم يعلم الجراء، و هكذا. ما نقوم به هو وضع أطواق تتبع عن طريق الأقمار الصناعية صغيرة جداً على هذه الحيوانات لدراسة كيف تتحرك مع بعضها، و علاقة ذلك بتركيبها الاجتماعي. و هناك مثال مثير للاهتمام جداً للحركة الجماعية عند حيوانات السرقاط. في وسط المحمية التي يعيشون فيها يوجد طريق. على هذا الطريق توجد سيارات، إذاً هو خطر. لكن يجب على حيوانات السرقاط عبوره لتنتقل من منطقة رعي إلى أخرى. لذا تساءلنا، كيف تقوم بذلك بالضبط؟ لقد وجدنا أن الأنثى المسيطرة هي في الأغلب من يقود المجموعة إلى الطريق، لكن فيما يتعلق بعبوره، عبور الطريق، إنها تفسح المجال للمرؤسين، هي طريقة لقول: "تقدموا، أخبروني إن كانت الطريق آمن." ما لم أعرفه، في الحقيقة، كانت القواعد في سلوكها التي اتبعتها حيوانات السرقاط ليحدث هذا التغيير عند حد المجموعة و إن كانت القواعد البسيطة كافية لتفسير الأمر.
Now I want to tell you another story, but for this we have to travel from Europe to the Kalahari Desert in South Africa. This is where meerkats live. I'm sure you know meerkats. They're fascinating creatures. They live in groups with a very strict social hierarchy. There is one dominant pair, and many subordinates, some acting as sentinels, some acting as babysitters, some teaching pups, and so on. What we do is put very small GPS collars on these animals to study how they move together, and what this has to do with their social structure. And there's a very interesting example of collective movement in meerkats. In the middle of the reserve which they live in lies a road. On this road there are cars, so it's dangerous. But the meerkats have to cross it to get from one feeding place to another. So we asked, how exactly do they do this? We found that the dominant female is mostly the one who leads the group to the road, but when it comes to crossing it, crossing the road, she gives way to the subordinates, a manner of saying, "Go ahead, tell me if it's safe." What I didn't know, in fact, was what rules in their behavior the meerkats follow for this change at the edge of the group to happen and if simple rules were sufficient to explain it.
لذا قمت ببناء نموذج، نموذج يحاكي عبور حيوانات السرقاط حيوانات السرقاط لطريق مقلّد. إنه نموذج مبسط. إن حيوانات السرقاط المتحركة كالجسيمات العشوائية التي لها قاعدة مميزة تتعلق بالانتظام في خط مستقيم. إنها ببساطة تتحرك سوية. عندما تصل هذه الحسيمات إلى الطريق، إنها تشعر بنوع ما من العوائق، و ترتد عنه. إن الاختلاف الوحيد بين الأنثى المسيطرة، مبين هنا في اللون الأحمر، و الأفراد الأخرى، هو أن بالنسبة لها، ارتفاع العائق، و هو في الحقيقة الخطر الذي يتم إدراكه و الذي يمثله الطريق، هو فقط أعلى بقليل، و هذا الاختلاف الضئيل في قاعدة تحرك الفرد كافي لتفسير ما نرصده، أن الأنثى المسيطرة تقود مجموعتها إلى الطريق ثم تفسح المجال للحيوانات الأخرى لكي يعبروا أولاً. جورج بوكس، الذي كان عالم إحصاء إنجليزي، كتب مرة: "كل النماذج خاطئة، لكن بعض النماذج مفيدة." و في الحقيقة، هذا النموذج خاطئ بشكل واضح، لأنه في الواقع، حيوانات السرقاط هي ليست جسيمات عشوائية. لكنها أيضاً مفيدة، لأنها تخبرنا أن البساطة الشديدة في قواعد الحركة على المستوى الفردي يمكنها أن تنتج بتعقيد بالغ على مستوى المجموعة. لذا مرة أخرى، هذا تبسيط للتعقيد.
So I built a model, a model of simulated meerkats crossing a simulated road. It's a simplistic model. Moving meerkats are like random particles whose unique rule is one of alignment. They simply move together. When these particles get to the road, they sense some kind of obstacle, and they bounce against it. The only difference between the dominant female, here in red, and the other individuals, is that for her, the height of the obstacle, which is in fact the risk perceived from the road, is just slightly higher, and this tiny difference in the individual's rule of movement is sufficient to explain what we observe, that the dominant female leads her group to the road and then gives way to the others for them to cross first. George Box, who was an English statistician, once wrote, "All models are false, but some models are useful." And in fact, this model is obviously false, because in reality, meerkats are anything but random particles. But it's also useful, because it tells us that extreme simplicity in movement rules at the individual level can result in a great deal of complexity at the level of the group. So again, that's simplifying complexity.
أود أن أختم بما يعنيه هذا بالنسبة لكل الفصيلة. عندما تفسح الأنثى المسيطرة المجال لمرؤوس، إنه ليس من قبيل الكياسة. في الحقيقة، إن الأنثى المسيطرة مهمة جداً من أجل ترابط المجموعة. إن ماتت على الطريق، تصبح المجموعة بأكملها في خطر. إذاً فهذا السلوك لتجنب الخطر هو استجابة تطورية قديمة جداً. حيوانات السرقاط هذه تكرر تكتيك متطور عمره آلاف من الأجيال، و هي تلائمه مع خطر حديث، في هذه الحالة هذا الخطر هو طريق بناه البشر. إنها تلائم قواعد بسيطة جداً، و السلوك المركب الناتج يسمح لحيوانات السرقاط أن تقاوم انتهاكات الانسان لمواطنهم الطبيعية.
I would like to conclude on what this means for the whole species. When the dominant female gives way to a subordinate, it's not out of courtesy. In fact, the dominant female is extremely important for the cohesion of the group. If she dies on the road, the whole group is at risk. So this behavior of risk avoidance is a very old evolutionary response. These meerkats are replicating an evolved tactic that is thousands of generations old, and they're adapting it to a modern risk, in this case a road built by humans. They adapt very simple rules, and the resulting complex behavior allows them to resist human encroachment into their natural habitat.
في النهاية، قد تكون الخفافيش هي ما يغير تركيبه الاجتماعي كاستجابة لتضاؤل مفاجئ في عدد الأفراد، أو قد تكون حيوانات السرقاط هي من يظهر تكيّف جديد لطرق البشر، أو قد تكون فصيلة أخرى. إن رسالتي هنا -- و إنها ليست بمعقدة، لكنها رسالة بسيطة و أتمنى -- إن رسالتي هنا أن الحيوانات تبدي تعقيد اجتماعي مذهل، و هذا يسمح لها بالتأقلم و تستجيب للتغيرات في بيئتها. بثلاثة كلمات، في مملكة الحيوان، إن البساطة تؤدي إلى تعقيد الأمر الذي يؤدي إلى مرونة.
In the end, it may be bats which change their social structure in response to a population crash, or it may be meerkats who show a novel adaptation to a human road, or it may be another species. My message here -- and it's not a complicated one, but a simple one of wonder and hope -- my message here is that animals show extraordinary social complexity, and this allows them to adapt and respond to changes in their environment. In three words, in the animal kingdom, simplicity leads to complexity which leads to resilience.
شكراً.
Thank you.
(تصفيق) دانيا جيرهاردت: شكراً جزيلاً، نيكولاس، لهذه البداية الرائعة. هل أنت متوتر قليلاً؟ نيكولاس بيروني: إنني بخير، شكراً. دانيا جيرهاردت: حسناً، رائع. إنني متأكدة أنه يوجد الكثير من الناس في الجمهور الذين قد حاولوا ربط ما بين الحيوانات التي كنت تتكلم عنها -- الخفافيش و السرقاط -- و البشر. لقد ضربت بعض الأمثلة: إن الإناث هي الاجتماعية، إن الإناث هي المسيطرة، لا أعلم كيف يفكر كل شخص. لكن هل من الصائب عمل هذه الروابط؟ هل يوجد تعميمات يمكنك تأكيدها في هذا الخصوص التي هي صالحة لكل الفصائل؟ نيكولاس بيروني: حسناً، يمكنني القول أنه هناك أيضاً أمثلة مضادة لهذه التعميمات. على سبيل المثال، في حيوانات فرس البحر أو الكوالا، في الحقيقة، إن الذكور هي من تعتني بالصغار دائماً. و العبرة في أنه من الصعب غالباً، و أحياناً خطير بعض الشيء، مقارنة بين البشر و الحيوانات. و هذا كل ما في الأمر. دانيا جيرهاردت: شكراً جزيلاً على هذه البداية الرائعة. شكراً، نيكولاس بيروني.
(Applause) Dania Gerhardt: Thank you very much, Nicolas, for this great start. Little bit nervous? Nicolas Perony: I'm okay, thanks. DG: Okay, great. I'm sure a lot of people in the audience somehow tried to make associations between the animals you were talking about -- the bats, meerkats -- and humans. You brought some examples: The females are the social ones, the females are the dominant ones, I'm not sure who thinks how. But is it okay to do these associations? Are there stereotypes you can confirm in this regard that can be valid across all species? NP: Well, I would say there are also counter-examples to these stereotypes. For examples, in sea horses or in koalas, in fact, it is the males who take care of the young always. And the lesson is that it's often difficult, and sometimes even a bit dangerous, to draw parallels between humans and animals. So that's it. DG: Okay. Thank you very much for this great start. Thank you, Nicolas Perony.