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.
Bilim, bilim evrenin uzak ufukları hakkında birçok şey bilmemizi sağlarken aynı anda hem çok büyük bir öneme sahip ve bize çok uzak olan, fakat aynı zamanda çok daha yakın ve bizimle çok daha yakından ilgili pek anlamadığımız birçok şey var. Bunlardan biri çevremizdeki hayvanların olağanüstü sosyal karmaşıklığıdır ve bugün size hayvanların karmaşıklıkları hakkında birkaç şey anlatmak istiyorum.
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.
Fakat önce, karmaşıklığı nasıl tanımlarız? Karmaşık nedir? Karmaşık, karışık değildir. Karışık bir şey hepsi birbirinden farklı birçok küçük parçadan oluşur ve hepsi de sistem içerisinde kendi özel rolüne sahiptir. Buna karşılık, karmaşık bir sistem birbirine benzeyen birçok küçük parçadan meydana gelir ve çevreyle uyumlu davranışı ortaya çıkaran bu parçaların birbiriyle etkileşimidir. Karmaşık sistemler basit, kendine özgü kurallara göre hareket eden birçok etkileşimli parça barındırır ve bu yeni özellikler doğurur. Sistemin bir bütün olarak işleyişi birbirinden bağımsız kurallara bakarak öngörülemez. Aristo'nun dediği gibi: Bütün, parçaların toplamından fazlasıdır. Fakat Aristo'yu bir kenara bırakıp, karmaşık sistemlere daha somut bir örnek verelim.
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.
Bunlar İskoç Teriyerleri. Başlangıçta, organize bir sistemleri yoktu. Sonra, bir dış faktör geliyor: süt. Her birey diğerini bir yönde ittirmeye başlıyor ve ortaya bu çıkıyor. Sonradan ortaya çıkan bu fırıldak hareketi yavrular arasında, tek amacı süte erişimi sürekli tutmaya çalışmak olan, bu sebepten rastgele bir yönde ittirmeye yol açan bir özellik.
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.
Yani, olay sadece karmaşıklığa yol açan basit kuralları bulabilmekte. Ben buna karmaşıklığı basitleştirmek diyorum ve ETH Zurich Sistem Dizaynı bölümünde yaptığımız şey bu, hayvan toplulukları hakkında veriler topluyoruz, karmaşık motifleri analiz ediyoruz ve onları açıklamaya çalışıyoruz. Biyologlar, matematikçiler ve bilgisayar bilimcileriyle çalışan fizikçilerin ve onlar arasındaki etkileşimin birleşimiyle çözüme ulaşmak mümkün oluyor. Ve yine, bütün, parçaların toplamından fazlası. Bir açıdan, işbirliği de karmaşık sisteme başka bir örnektir.
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.
Belki soruyorsunuzdur, ben ne taraftayım, biyoloji mi fizik mi? Aslında, bu biraz farklı ve açıklamak için size kendimle ilgili kısa bir hikaye anlatacağım. Ben çocukken, birşeyler yapmaya, karmaşık makineler üretmeye bayılırdım. Bu yüzden elektrik mühendisliği ve robotik okumaya başladım. Master projem ER-1 adında bir robot yapmaktı. Böyle görünen, çevreden bilgi toplayarak yerdeki beyaz bir çizgiyi takip eden bir robot. Bu oldukça karışıktı fakat test odamızda oldukça güzel bir şekilde çalıştı. Ve gösterim gününde profesörlerin projeye not vermesi için ER-1'i değerlendirme odasına soktuk. Sonradan anlaşıldı ki odadaki ışık normalde olduğundan biraz farklıymış. Robotun görüş sistemi şaşırmıştı. çizgideki ilk dönüşte robot yoldan çıktı ve duvara çarptı. Robotu yapmak için haftalarımızı harcamamıza rağmen odadaki ışığın rengindeki ufak bir değişim onu bozmaya yetti. O zaman anladım ki bir makineyi ne kadar karmaşık yaparsanız tamamen beklenmeyen bir sebepten dolayı başarısız olma ihtimali o kadar artar. Ve aslında karmaşık bir şeyler yapmak istemediğime karar verdim. Karmaşıklığı anlamak istiyordum. Çevremizdeki ve özellikle de hayvanlar alemindeki karmaşıklığı.
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.
Bu da bizi yarasalara getiriyor. Bechstein yarasaları Avrupa'da yaygın bir türdür. Oldukça sosyal hayvanlardır. Çoğunlukla birlikte tünüyor veya uyuyorlar. Anaç koloniler halinde yaşıyorlar, dişiler kış uykusundan sonra her bahar bir araya geliyor ve yavrularını büyütmek için yaklaşık altı ay beraber yaşıyor. Ve hepsi oldukça küçük bir çip taşıyor. Ne zaman yarasalardan biri bu özel yarasa kutularından birine girse nerede olduğunu biliyoruz, ve daha da önemlisi kiminle olduğunu biliyoruz. Ben de yarasalardaki tüneme davranışlarını inceledim ve ortaya çıkan bu oldu. Gün boyunca, yarasalar farklı kutularda farklı gruplara ayrılarak tünüyorlar bir gün koloni iki kutuya dağılmış olabilirken başka bir gün hepsi aynı kutuda beraber veya üç ya da daha fazla kutuya dağılmış olabiliyor. Ve bu aslen oldukça düzensiz gibi görünüyor. Buna birleşme-ayrılma dinamikleri deniyor, düzenli olarak farklı alt gruplara birleşip ayrılan hayvan gruplarının bir özelliği.
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.
Bizim yaptığımız ise farklı günlerde alınmış bütün bu verileri bir araya getirerek ağ analizi içeren tekniklerle koloninin sosyal yapısına dair uzun vadeli bir model ortaya çıkarmak. Ve işte ortaya çıkan resim bu. Bu ağda, bütün noktalar ayrı birer yarasayı ve aralarındaki çizgiler de bireyler arasındaki bağı, ilişkiyi ifade ediyor. Ve ortayan çıkan manzara oldukça ilginç. Bu yarasa kolonisi günlük birleşme-ayrılma dinamikleriyle tahmin edilemeyecek bir şekilde iki farklı topluluğa ayrılıyor. Biz bu topluluklara örtük sosyal birimler adını verdik. Daha da ilginç olanı, her yıl, ekim ayı dolaylarında koloni dağılıyor ve bütün yarasalar bağımsız olarak uykuya yatıyor. Fakat her geçen yıl yarasalar baharda yeniden bir araya geldiğinde topluluklar aynı kalıyor.
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?
Yani yarasalar oldukça uzun bir süre arkadaşlarını hatırlıyor. Yer fıstığı boyutunda beyinleriyle, bireyselliklerini koruyabiliyor, uzun vadeli bağlar kurabiliyorlar. Bunun mümkün olduğunu bilmiyorduk. Primatların, fillerin ve yunusların bunu yapabildiğini biliyorduk fakat yarasalara kıyasla onların beyinleri devasa kalıyor. Yani nasıl olur da yarasalar böyle kısıtlı bilişsel yetenekleriyle bu kadar karmaşık ve stabil bir sosyal yapı kurabiliyorlar?
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.
Ve karmaşıklık bizi işte burada bir yanıta ulaştırıyor. Bu sistemi anlamak için, tüneme üzerine basit, bağımsız kurallara sahip bir bilgisayar modeli geliştirdik ve sanal bir yarasa kolonisiyle binlerce günlük simulasyon yaptık. Bu matematiksel bir model, fakat karışık değil. Model kısaca bize gösteriyor ki, her yarasa diğer birkaç koloni üyesini arkadaşı olarak tanıyor ve onunla birlikte tünemeye biraz daha yatkın oluyor. Basit, bağımsız kurallar. Yarasaların sosyal karmaşıklığını anlamak açıklamak için sadece bu yetiyor.
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.
Fakat daha iyisi de var. 2010-2011 arasında koloni üyelerinin üçte ikisinden fazlasını muhtemelen soğuk kış yüzünden kaybetmişti. Sonraki bahar, koloni her yıl yaptığı gibi, bu kez küçüklüğünden dolayı bütün koloninin ölümüne sebep olabilecek bölünmeyi tercih etmedi. Bunun yerine birbirine bağlı, tek bir sosyal yapı oluşturdu, koloninin mevsimi canlı çıkarmasını ve sonraki iki yıl içinde yeniden büyümesini sağladı. Biliyoruz ki yarasalar, kolonilerinin böyle birşey yaptığından habersizdi. Yarasaların tek yaptıkları basit bağlanma kurallarını uygulamaktı ve bu basit kurallardan topluluğun yapısındaki dramatik değişimlere direnmelerini sağlayan sosyal karmaşıklık ortaya çıktı. Ben bunu olağanüstü buluyorum.
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.
Şimdi size başka bir hikaye anlatmak istiyorum, fakat bunun için Avrupa'dan Güney Afika'daki Kalahari Çölü'ne gideceğiz. Burası mirketlerin yaşadığı yer. Mirketleri eminim biliyorsunuzdur, büyüleyici canlılar. Çok sıkı sosyal hiyerarşiye sahip gruplar halinde yaşarlar. Bir dominant çift ve bazıları gözcülük ve bebek bakıcılığı bazıları da yavrulara öğretmenlik gibi görevler üstlenen astlar vardır. Biz de birlikte nasıl hareket ettiklerini ve bunun sosyal yapılarıyla olan ilgisini anlamak için bu hayvanlara GPS tasmalar taktık. Ve işte mirketlerdeki kolektif davranışlara enteresan bir örnek. Yaşadıkları bölgenin ortasından bir yol geçmekte. Yolda araçlar var, yani tehlikeli. Fakat mirketler bir beslenme yerinden diğerine gitmek için karşıya geçmek zorundalar. Biz de sorduk, bunu nasıl yapıyorlar? Öğrendik ki grubu yola yönlendiren çoğunlukla dominant dişi oluyor, fakat olay yolun karşısına geçmeye gelince dişi "devam edin, güvenli olup olmadığını bana haber verin" dercesine yolu astlarına bırakıyor. Bilmediğim şey ise, bu noktada mirket grubundaki bu değişikliğe yol açan kuralların ne olduğu ve basit kaidelerin bunu açıklamaya yetip yetmeyeceğiydi.
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.
Ben de sanal mirketlerin sanal bir yolu geçtiği bir model yaptım. Basite indirgenmiş bir model. Tek kuralın dizilim olduğu, rastgele parçacıklar gibi hareket eden mirketler. Sadece birlikte hareket ediyorlar. Parçacıklar yola ulaştığında, bir çeşit engeli hissediyorlar ve karşısında dusaksıyorlar. Kırmızıyla gösterilen dominant dişi ve diğerleri arasındaki tek fark dişi için engelin yüksekliği, yani yolu geçmekten duyulan risk birazcık daha yüksek ve bireyin hareket kuralındaki bu küçük farklıklık gözlemlediğimiz şeyi açıklamaya yetiyor, yani dominant dişinin grubunu yola yönlendirmesi ve daha önce geçmeleri için yolu diğerlerine vermesini. Bir İngiliz istatistikçi George Box zamanında şöyle yazmıştır: "Bütün modeller yanlıştır, fakat bazıları kullanışlıdır." Ve bu modelin yanlış olduğu açıktır, çünkü gerçekte mirketlerin rastgele parçacıklarla alakası yoktur. Fakat aynı zamanda kullanışlı da, çünkü bize, bireysel bazda son derece basit olan bu davranış kurallarının grup bazında oldukça büyük bir karmaşıklık sağladığını gösteriyor. Ve yine yaptığımız, karmaşıklığı basitleştirmek.
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.
Bunun bütün tür için ne anlama geldiğini açıklayarak kapatmak istiyorum. Dominant dişi yolu bir astına verdiğinde bunu nezaketten yapmıyor. Aslında grubun birliği için dominant dişi oldukça önem arz ediyor. Eğer dişi yolda ölürse, bütün grup risk altında kalır. Yani bu riskten kaçınma davranışı oldukça eski evrimsel bir tepki. Bu mirketler binlerce jenerasyon öncesine dayanan bu taktiği, bu örnekte insan yapımı bir yol olan modern risklere uyarlayarak uyguluyorlar. Bu oldukça basit kuralları özümsüyorlar ve bu durum, doğal yaşam alanlarındaki insan işgalinden korunmalarını sağlayan karmaşık davranışların yolunu açıyor.
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.
Sonuç olarak, bu, bir populasyon düşüşüne tepki olarak yarasaların sosyal yapılarını değiştirmesi veya mirketlerin insan yapımı yola adapte olmaları veya başka bir tür olabilir. Demek istediğim şey, --ki karışık değil, merak ve umuttan doğan basit bir mesaj-- buradaki mesajım, hayvanlar olağanüstü sosyal karmaşıklığa sahipler ve bu onların çevredeki değişimlere adapte olmalarını ve tepki vermelerini sağlıyor. Üç kelimeye özetlersek, hayvanlar aleminde basitlik karmaşıklığa, karmaşıklık da uyuma yol açıyor.
Thank you.
Teşekkürler.
(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.
(Alkış) Dania Gerhardt: Bu harika başlangıç için çok teşekkürler Nicolas. Biraz gergin misin? Nicolas Perony: İyiyim, teşekkürler. DG: Tamam, harika. Eminim seyircilerimizin birçoğu bahsettiğin hayvanları ilişkilendirmeye çabalamıştır -- yarasalar, mirketler -- ve insanlar. Bazı örnekler verdin: Dişiler sosyal olanlar, dişiler dominant olanlar, kimin nasıl düşündüğünü bilmiyorum. Ama bu ilişkilendirmeleri yapmak doğru mu? Bu açıdan onaylayabileceğin, tüm türler arasında geçerli kalıplaşmış yargılar var mı? NP: Bu kalıpların tersi örnekler olduğunu da söyleyebilirim. Örneğin, denizatlarında veya koalalarda yavruların bakımını erkekler üstlenir. Buradan çıkarabileceğimiz şey insanlarla hayvanlar arasında paralellikler bulmak çoğunlukla zor ve hatta biraz tehlikeli Bu. DG: Tamam. Bu harika başlangıç için çok teşekkür ederim. Teşekkürler Nicolas Perony.