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.
Ştiinţa. Ştiinţa ne-a permis să aflăm atât de multe despre colţurile îndepărtate ale universului, care e în acelaşi timp nemaipomenit de important şi extraordinar de îndepărtat şi totuşi mult, mult mai aproape, mult mai direct asociat cu noi; sunt multe lucruri pe care nu le înţelegem cu adevărat. Şi unul dintre ele e extraordinara complexitate socială a animalelor din jurul nostru, iar azi vreau să vă spun câteva istorisiri despre complexitatea animalelor.
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.
Dar, întâi, ce numim complexitate? Ce este complex? Ei bine, complex înseamnă necomplicat. Ceva complicat conţine multe părţi mici, toate diferite, şi fiecare dintre ele îşi are propriul rol precis în maşinărie. În schimb, un sistem complex e alcătuit din multe, multe părţi similare şi interacţiunea lor e cea care produce un comportament pe de-a-ntregul coerent. Sistemele complexe au multe părţi care interacţionează şi care se comportă conform unor reguli simple, individuale, iar acest fapt rezultă în proprietăţi emergente. Comportamentul sistemului ca întreg nu poate fi prezis doar din regulile individuale. Cum spunea Aristotel, întregul e mai mare decât suma părţilor lui. Hai să trecem de la Aristotel la un exemplu mai concret de sisteme complexe.
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.
Aceştia sunt terrieri scoţieni. La început, sistemul e dezorganizat. Apoi apare o perturbare: laptele. Fiecare individ începe să împingă într-un sens şi iată ce se întâmplă. Morișca e un efect rezultat din interacţiunile dintre căţei a căror singură regulă e să aibă acces continuu la lapte şi astfel să împingă într-un sens la întâmplare.
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.
Deci totul e să găseşti regulile simple din care reiese complexitatea. Numesc acest lucru complexitatea simplificată; e ceea ce facem la catedra de proiectare a sistemelor la ETH Zurich. Adunăm informaţii despre populaţiile de animale, analizăm tiparele complexe, încercăm să le interpretăm. E nevoie de fizicieni care să lucreze cu biologi, cu matematicieni şi cu informaticieni, iar interacţiunea lor determină capacitatea de interrelaţionare pentru a rezolva aceste probleme. Din nou, întregul e mai mare decât suma părţilor lui. Într-un fel, colaborarea e un alt exemplu de sistem complex.
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.
Poate vă întrebaţi de partea cui sunt eu, a biologiei sau a fizicii? În realitate, e un pic diferit şi, ca să explic, trebuie să vă spun o mică povestire despre mine. Când eram copil, îmi plăcea să construiesc lucruri, să creez maşinării complicate. Aşa că m-am apucat să studiez ingineria electrică şi robotica, iar proiectul meu de final a fost despre construirea unui robot numit ER-1, arăta aşa, care urma să colecteze informaţii din mediul său şi apoi să urmeze o linie albă de pe jos. Era extrem de complicat, dar a funcţionat minunat în camera noastră de testare şi profesorii s-au adunat în ziua demonstraţiei ca să dea o notă proiectului. Aşa că l-am dus pe ER-1 în camera de evaluare. S-a dovedit că lumina din acea cameră era uşor diferită. Sistemul de viziune al robotului a fost derutat. La prima curbă din linie şi-a părăsit cursul şi a intrat într-un perete. Ne petrecuserăm săptămâni să-l construim şi tot ce a fost suficient să-l distrugă a fost o schimbare subtilă a culorii luminii din cameră. Atunci am realizat că, cu cât creezi o maşinărie mai complicată, cu atât mai mari sunt şansele să dea erori datorită unui fapt cu totul neaşteptat. Şi am hotărât că, de fapt, nu doream cu adevărat să creez lucruri complicate. Doream să înţeleg complexitatea, complexitatea lumii ce ne înconjoară şi mai ales cea din lumea animalelor.
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.
Ceea ce ne duce la lilieci. Liliecii lui Bechstein sunt o specie comună de lilieci europeni. Sunt animale foarte sociale. În cea mai mare parte, dorm la un loc. Trăiesc în colonii maternale, adică în fiecare primăvară femelele se întâlnesc după hibernarea de iarnă şi stau împreună vreo şase luni să-şi crească puii. Fiecare are ataşat un cip foarte mic, deci de fiecare dată când unul dintre ei intră într-un adăpost special amenajat pentru lilieci, ştim unde se află şi, mai important, ştim cu cine este. Am studiat legăturile dintre lilieci şi aşa arată ele. Pe timpul zilei, liliecii dorm în subgrupuri, în adăposturi diferite. Se poate întâmpla ca într-o zi, colonia să se împartă între două adăposturi, dar, într-altă zi, se poate să stea împreună într-un singur adăpost, sau să se împartă între 3 sau 4 adăposturi, şi totul pare mai degrabă dezordonat. Se numeşte dinamica de fisiune-fuziune, adică proprietatea unui grup de animale de a se împărţi şi a se uni regulat în subgrupuri diferite.
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.
Noi luăm toate aceste informaţii din toate aceste zile diferite şi le unificăm pentru a scoate un tipar de asociere pe termen lung prin aplicarea tehnicilor de analiză a reţelei ca să obţinem o imagine completă a structurii sociale a coloniei. Iată cum arată această imagine. În această reţea, toate cercurile sunt puncte, lilieci individuali, iar liniile dintre ele sunt legături sociale, asocierile dintre indivizi. Rezultatul e un tipar foarte interesant. Această colonie de lilieci e organizată în două comunităţi diferite care nu pot fi prevăzute din dinamica zilnică de fisiune-fuziune. Le numim unităţi sociale ascunse. Chiar mai interesant: în fiecare an, prin octombrie, colonia se împarte şi fiecare liliac hibernează separat; dar an după an, când liliecii se reunesc primăvara, comunităţile rămân la fel.
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?
Deci aceşti lilieci îşi amintesc de prieteni pentru mult timp. Cu un creier cât o boabă de fasole, păstrează legături sociale individuale, de lungă durată. Nu ştiam că aşa ceva era posibil. Ştiam că primatele, elefanţii şi delfinii pot face asta, dar, comparativ cu liliecii, aceştia au creiere imense. Cum se poate ca liliecii să păstreze o structură socială complexă, stabilă, având capacităţi cognitive atât de limitate?
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.
Şi aici complexitatea vine cu un răspuns. Pentru a înţelege acest sistem, am construit un model computerizat al odihnei, având la bază reguli simple, individuale, şi am simulat mii şi mii de zile într-o colonie virtuală de lilieci. E un model matematic, dar nu e complicat. Pe scurt, modelul ne-a indicat că fiecare liliac are câţiva membri din cealaltă colonie ca prieteni şi e mai probabil să doarmă într-un adăpost cu ei. Reguli simple, individuale. Asta e tot ce trebuie pentru a lămuri complexitatea socială a acestor lilieci.
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.
Dar e mai mult de-atât. Între 2010 şi 2011, colonia a pierdut mai mult de două treimi din membrii ei, probabil din cauza iernii foarte reci. În primăvara următoare, nu s-au format două comunităţi, ca în fiecare an, periclitând întreaga colonie pentru că devenise prea mică. În schimb, s-a format o singură unitate socială, care a permis coloniei să supravieţuiască sezonului şi să prospere iar în următorii doi ani. Ce ştim e că liliecii nu sunt conştienţi de ceea ce face colonia. Tot ce fac e să urmeze reguli simple de asociere şi din această simplitate rezultă complexitatea socială care permite coloniei să fie flexibilă în faţa modificărilor dramatice în structura populaţiei. Şi asta mi se pare incredibil.
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.
Acum vă voi spune altă poveste, dar pentru asta trebuie să călătorim din Europa până în deşertul Kalahari din Africa de Sud. Aici trăiesc suricatele. Sigur ştiţi suricatele. Sunt creaturi fascinante. Trăiesc în grupuri cu o ierarhie socială foarte strictă. Există o pereche dominantă şi mulţi subordonaţi, unii având rol de santinele, alţii de babysitteri, alţii de educatori ai puilor şi tot aşa. Am pus zgărzi foarte mici cu GPS la gâtul acestor animale pentru a studia cum se mişcă împreună şi cum influenţează acest lucru structura lor socială. Iată un exemplu foarte interesant de mişcare colectivă a suricatelor. În mijlocul rezervaţiei în care trăiesc trece un drum. Pe drum circulă maşini, deci e periculos. Dar suricatele trebuie să-l traverseze pentru a ajunge de la un punct de hrănire la altul. Ne-am întrebat cum reușesc? Am aflat că femela dominantă e în general cea care conduce grupul la drum, dar când trebuie să traverseze drumul, dă întâietate subordonaţilor, un fel de-a spune: „Daţi-i drumul, spuneţi-mi dacă e sigur.” Ce nu ştiam, de fapt, erau regulile din comportament pe care le urmau suricatele în cazul acestei schimbări din partea liderului grupului, şi dacă regulile simple erau suficiente pentru a o explica.
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.
Aşa că am construit un model de suricate simulate care să treacă un drum simulat. E un model simplist. Suricatele în mişcare sunt precum particulele aleatorii al căror rol unic e cel de aliniere. Pur şi simplu se mişcă împreună. Când aceste particule ajung la drum, simt un fel de obstacol şi se lovesc de el. Singura diferenţă între femela dominantă, aici în roşu, şi ceilalţi indivizi e că pentru ea, înălţimea obstacolului, de fapt, riscul perceput faţă de drum, e mai mare şi această diferenţă măruntă în regula de mişcare a individului e suficientă pentru a explica ceea ce observăm: că femela dominantă îşi conduce grupul către drum şi apoi face loc celorlalţi, să treacă ei primii. George Box, un statistician englez, scria odată: „Toate modelele sunt false, dar unele modele sunt folositoare.” Şi, de fapt, acest model e evident fals, deoarece, în realitate, suricatele sunt orice, numai nu particule aleatorii. Dar e şi folositor, căci ne spune că simplitatea extremă în regulile de mişcare la nivel de individ poate da naştere unei complexităţi măreţe la nivel de grup. Iarăşi, asta înseamnă complexitate simplificată.
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.
Doresc să concluzionez cu ce înseamnă asta pentru întreaga specie. Când femela dominantă face loc unui subordonat, nu o face din curtoazie. De fapt, femela dominantă e extrem de importantă pentru coeziunea grupului. Dacă ea moare pe drum, întregul grup e în pericol. Deci acest comportament de evitare a riscului. e un răspuns evolutiv foarte vechi. Aceste suricate reproduc o tactică evoluată, veche de mii de generaţii şi o adaptează la riscul modern, în acest caz un drum construit de oameni. Adaptează reguli foarte simple şi comportamentul complex care rezultă le permite să reziste încălcării umane a habitatului lor natural.
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.
În final, poate liliecii, care îşi schimbă structura socială ca răspuns la o scădere bruscă a populaţiei, sau poate suricatele, care indică o nouă adaptare la drumul uman, sau poate altă specie. Mesajul meu - şi nu e unul complicat, ci unul simplu, de admiraţie şi speranţă -- mesajul meu e că animalele arată o complexitate socială extraordinară şi asta le permite să se adapteze şi să răspundă modificărilor din mediul lor. În câteva cuvinte, în lumea animalelor, simplitatea duce la complexitate, care duce la flexibilitate.
Thank you.
Mulţumesc.
(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.
(Aplauze) Dania Gerhardt: Mulţumesc foarte mult, Nicolas, pentru acest început grozav. Eşti un pic agitat? Nicolas Perony: Sunt bine, mulţumesc. DG: OK, foarte bine. Sunt sigură că mulţi oameni din public au încercat cumva să facă asocieri între animalele de care ai vorbit, lilieci, suricate şi oameni. Ai dat nişte exemple: Femelele sunt cele sociale, femelele sunt cele dominante, nu sunt sigură cine cum gândeşte. Dar e în regulă să facem aceste asocieri? Sunt ele stereotipuri pe care le poţi confirma în această privinţă care pot fi valabile la toate speciile? NP: Aş spune că există şi contra-exemple la aceste stereotipuri. De exemplu, la caii de mare sau la koala, masculii sunt, de fapt, cei care au întotdeauna grijă de pui. Lecţia care trebuie învăţată e că deseori e dificil şi uneori chiar un pic periculos să facem paralele între oameni şi animale. Asta e. DG: Bun. Mulţumesc foarte mult pentru acest început grozav. Mulţumim, Nicolas Perony.