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.
Khoa học, khoa học đã cho phép chúng ta biết được rất nhiều điều về những nơi xa xôi trong vũ trụ, những điều vừa vô cùng quan trọng vừa vô cùng xa xôi, nhưng tuy vậy, cũng rất gần gũi có liên hệ trực tiếp tới chúng ta rất nhiều còn rất nhiều điều mà chúng ta không thực sự hiểu. Và một trong số chúng là sự phức hợp xã hội phi thường của các loài động vật quanh ta, và hôm nay, tôi muốn kể cho các bạn nghe một vài câu chuyện về sự phức hợp của động vật.
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.
Nhưng trước tiên, sự phức hợp là như thế nào ? Phức hợp là gì? Thực ra, phức hợp không hề phức tạp. Những thứ phức tạp được tạo ra từ nhiều phần nhỏ, khác biệt nhau, và mỗi phần trong đó có vai trò riêng biệt trong cả bộ máy. Ngược lại, một hệ phức hợp lại được cấu thành từ rất nhiều, rất nhiều thành phần tương tự, và chính sự tương tác giữa chúng tạo ra hành vi nhất quán tổng thể. Các hệ phức hợp có rất nhiều phần tương tác vốn tuân theo các quy luật riêng rẽ và đơn giản, và điều này tạo ra những "đặc tính hợp trội". Hành vi của toàn bộ hệ thống không thể được dự đoán trước nếu chỉ dựa trên các quy luật riêng rẽ. Như Aristotle đã viết, tổng thể lớn hơn tổng cơ học từng phần của nó gộp lại. Nhưng từ câu nói của Aristotle, hãy đi tới một ví dụ chắc chắn hơn về hệ thống phức hợp.
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.
Đây là những chú chó sục Xcốt-len. Ban đầu, hệ thống mất trật tự. Sau đó xuất hiện nhân tố gây nhiễu: sữa. Tất cả các cá thể bắt đầu đẩy nhau theo một hướng và đây là những gì sẽ xảy ra. Chong chóng quay là một "đặc tính hợp trội" xảy ra do tương tác giữa những chú chó con mà quy luật duy nhất là cố gắng duy trì sự tiếp cận của chúng với tô sữa. và do đó, đẩy chúng đi theo một hướng ngẫu nhiên.
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.
Do đó, tất cả đều xoay quanh việc tìm ra các quy luật đơn giản mà từ đó nảy sinh phức hợp . Tôi gọi nó là đơn giản hóa phức hợp, và đó là những gì chúng tôi làm tại cơ sở thiết kế hệ thống ở ETH Zurich. Chúng tôi thu thập dữ liệu về các quần thể động vật, phân tích các mẫu phức hợp, cố gắng lý giải chúng. Nó đòi hỏi các nhà vật lý phải làm việc cùng với các nhà sinh học, với các nhà toán học và các nhà khoa học máy tính, và chính sự tương tác giữa họ tạo ra khả năng vượt ra ngoài ranh giới để giải quyết những vấn đề trên. Vậy nên, một lần nữa, tổng thể thì lớn hơn tổng từng phần của chúng. Theo một cách nào đó, sự cộng tác là một ví dụ khác của hệ thống phức hợp.
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.
Và có lẽ bạn sẽ tự hỏi tôi phải theo bên nào đây, sinh học hay vật lý? Thực ra, có một chút khác biệt, và để giải thích nó, tôi cần phải kể cho bạn nghe một câu chuyện ngắn về bản thân tôi. Khi còn nhỏ, tôi thích chế tạo các thứ, để tạo ra những chiếc máy phức tạp. Vậy nên tôi đã đến với điện kỹ thuật và rô bốt, và đề án tôi muốn thực hiện khi tốt nghiệp là chế tạo con rô bốt với tên ER-1... nó trông như thế này đây... với chức năng thu thập thông tin từ môi trường xung quanh và đi theo các vạch trắng trên mặt đất. Nó vô cùng, vô cùng phức tạp, nhưng nó vận hành suôn sẻ trong phòng thí nghiệm, và vào ngày thực nghiệm, các giáo sư đều có mặt để đánh giá đề án. Do vậy chúng tôi đem ER-1 đến phòng đánh giá. Cuối cùng thì ánh sáng trong phòng có đôi chút khác biệt. Hệ thống thị giác của rô bốt bị rối loạn. Tại đường rẽ đầu tiên, nó đi lệch hướng, và đâm thẳng vào tường. Chúng tôi đã mất nhiều tuần để chế tạo nó, vậy mà để phá hủy nó chỉ cần một thay đổi rất nhỏ của ánh sáng trong phòng. Đó là khi tôi nhận ra rằng bạn làm một chiếc máy càng phức tạp, nó càng dễ bị hư hỏng do một thứ gì đó hoàn toàn không ngờ tới. Và tôi đi đến quyết định, thực ra, tôi không hề muốn tạo ra các thứ phức tạp. Tôi muốn hiểu được sự phức hợp, sự phức hợp của thế giới xung quanh chúng ta và đặc biệt trong thế giới loài vật.
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.
Điều này đưa chúng ta tới ví dụ về loài dơi. Bechstein là một loài dơi phổ biến thuộc họ dơi châu Âu. Chúng là loài động vật có tính xã hội cao. Phần lớn chúng đậu và ngủ cùng nhau. Và chúng sống trong các quần thể dơi cái, điều này có nghĩa vào mỗi mùa xuân, các con cái tập trung lại sau giấc ngủ đông, và sống cùng nhau trong vòng khoảng 6 tháng để nuôi con non, và tất cả chúng đều mang một con chip rất nhỏ, điều này có nghĩa là mỗi lần một trong số chúng đi vào trong một trong những hộp dơi được trang bị đặc biệt, chúng ta sẽ biết nó ở đâu, và quan trọng hơn nữa, chúng ta biết nó đậu cùng con nào. Do vậy, tôi nghiên cứu quần hợp cùng đậu của loài dơi, và nó trông như thế này đây. Trong suốt một ngày, các con dơi đậu trong một số phân nhóm tại những hộp khác nhau. Nó có thể giữ nguyên như thế trong một ngày, quần thể được tách làm đôi giữa hai chiếc hộp, nhưng một ngày khác, chúng có thể ở cùng nhau trong một hộp duy nhất, hoặc tách ra giữa ba hộp hoặc nhiều hơn, và trông chúng có vẻ khá thất thường. Nó được gọi là động lực học phân tách-hợp nhất, đặc tính của một nhóm động vật thường xuyên tách và hợp nhất thành các phân nhóm khác nhau.
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.
Vậy nên những gì chúng tôi làm là lấy toàn bộ dữ liệu từ những ngày khác nhau và tập hợp chúng lại để rút ra một mô hình quần hợp dài hạn bằng cách áp dụng các kỹ thuật với phân tích mạng lưới để có được bức tranh hoàn chỉnh về kết cấu xã hội của quần thể này. Các bạn rõ rồi chứ? Vậy thì bức tranh trông như thế này. Trong mạng lưới này, tất cả các vòng tròn tức các mắt nối là các cá thể dơi riêng lẻ, và các đường giữa chúng là mối gắn kết, quần hợp xã hội giữa từng cá thể. Hóa ra đây là một bức tranh vô cùng thú vị. Quần thể dơi được tổ chức thành 2 cộng đồng khác nhau mà không thể được đoán trước dựa trên động lực học phân tách-hợp nhất hàng ngày. Chúng tôi gọi chúng là các đơn vị xã hội bí ẩn. Thực ra, điều thú vị hơn là: Hàng năm, vào khoảng tháng 10, quần thể tách ra và tất cả các con dơi ngủ đông riêng rẽ, nhưng năm này qua năm khác, khi các con dơi tụ tập lại vào mùa xuân, các quần thể vẫn không thay đổi.
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?
Vậy nên những con dơi này nhớ được những người bạn của chúng trong thời gian rất dài. Với kích cỡ não chỉ bằng một hạt lạc, chúng duy trì mối liên kết xã hội lâu dài, riêng biệt. Chúng ta không hề biết là chúng có thể làm được điều đó. Chúng ta biết các loài linh trưởng, voi và cá heo có thể làm điều đó, nhưng nếu so với dơi, chúng có bộ não khổng lồ. Vậy làm sao mà loài dơi có thể duy trì kết cấu xã hội ổn định và phức hợp này với khả năng nhận thức hạn chế như thế?
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.
Đây là lúc thuyết phức hợp đem lại câu trả lời. Để hiểu được hệ thống này, chúng tôi đã xây dựng một mô hình máy tính về việc đậu của chim, dựa trên các quy luật cá thể, đơn giản, và mô phỏng hàng nghìn, hàng nghìn ngày trong quần thể dơi ảo. Đây là mô hình toán học, nhưng không hề phức tạp. Nói một cách ngắn gọn, những gì mô hình muốn truyền tải là mỗi con dơi biết một vài thành viên khác trong quần thể như bạn của chúng, và có xu hướng đậu cùng một hộp với chúng. Quy luật cá thể, đơn giản. Đó là tất cả những gì cần để giải thích sự phức hợp xã hội của loài dơi.
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.
Nhưng còn hơn thế nữa. Vào giữa năm 2010 và 2011, quần thể mất đi hơn 2/3 số lượng cá thể, có lẽ là do mùa đông quá lạnh. Mùa xuân tiếp theo, nó không hình thành 2 cộng đồng giống mọi năm, điều có thể khiến cả quần thể bị chết do số lượng trở nên quá ít. Thay vào đó, chúng hình thành một đơn vị xã hội gắt kết duy nhất điều đã giúp quần thể sống sót qua mùa đó và tiếp tục sinh trưởng trong 2 năm tiếp theo. Điều chúng ta biết là những con dơi không biết được quần thể của chúng đang làm việc này. Tất cả những gì chúng làm là tuân theo một quy luật quần hợp đơn giản và chính từ sự đơn giản này hình thành nên phức hợp xã hội điều giúp cho quần thể nhanh chóng thích nghi trước sự thay đổi đột ngột trong kết cấu số lượng. Và tôi thấy điều này thật tuyệt vời.
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.
Bây giờ, tôi muốn kể cho bạn một câu chuyện khác, nhưng lần này chúng tôi phải đi từ châu Âu đến sa mạc Kalahari ở Nam Phi. Đây là nơi loài chồn đất châu Phi meerkat sinh sống. Tôi chắc là bạn biết về chúng. Chúng là những sinh vật tuyệt diệu. Chúng sống theo đàn với phân cấp xã hội rất khắt khe. Đây là cặp đầu đàn, và rất nhiều con phụ thuộc khác, một vài con đóng vai trò lính gác, một vài con là bảo mẫu, một vài con dạy dỗ các con non, vân vân. Những gì chúng tôi làm là đeo vòng cổ cho chúng trên đó có gắn thiết bị định vị rất nhỏ để nghiên cứu cách mà chúng di chuyển cùng nhau, và điều đó có liên hệ gì tới tổ chức xã hội của loài này. Và đây là một ví dụ rất thú vị về chuyển động tập thể ở chồn meerkat. Trong khoảng đất nơi chúng sống có một con đường. Trên đường có xe qua lại nên rất nguy hiểm. Nhưng những con chồn meerkat phải băng qua chúng để đi từ chỗ kiếm ăn này sang chỗ khác. Vậy chúng tôi đặt ra câu hỏi, chính xác là chúng đã làm việc đó như thế nào? Chúng tôi nhận thấy con cái đầu đàn chủ yếu là con dẫn đàn tới con đường, nhưng khi phải thực sự băng qua đường, nó để các con khác đi lên trước, như thực sự muốn nói, "Đi trước đi, và báo cho ta nếu nó an toàn." Thực ra, điều tôi không biết là những con chồn meerkat đã tuân theo quy luật ứng xử nào để khiến cho sự hoán đổi này xảy ra tại vệ đường và liệu rằng các quy luật đơn giản có đủ để lý giải nó.
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.
Vậy nên, tôi xây dựng một mô hình, mô hình mô phỏng những con chồn meerkat đang băng qua một con đường mô phỏng. Nó là một mô hình đơn giản hóa. Những con chồn di chuyển như là những phần tử ngẫu nhiên mà quy luật độc nhất là sự liên kết. Chúng đơn giản di chuyển cùng nhau. Khi những phần tử này tới con đường, chúng cảm nhận nó như một chướng ngại vật, và chúng nhảy lên con đường. Khác biệt duy nhất giữa con cái đầu đàn, ở đây có màu đỏ, và những con khác, là đối với nó, độ cao của chướng ngại vật, thực chất là độ nguy hiểm cảm nhận từ con đường, có chút cao hơn, và chính sự khác biệt nhỏ này trong quy luật di chuyển của cá thể là đủ để giải thích điều mà chúng ta quan sát được, rằng con cái đầu đàn dẫn đoàn của nó tới con đường và sau đó nhường đường cho con khác để chúng băng qua trước. Nhà thống kê người Anh, George Box, đã từng viết, "Tất cả các mô hình đều sai, nhưng một vài trong số chúng là hữu dụng." Và thực chất, mô hình này hiển nhiên là sai, vì trên thực tế, meerkat không phải là các phần tử ngẫu nhiên. Nhưng nó cũng hữu dụng, vì nó cho ta biết sự vô cùng đơn giản trong quy luật di chuyển ở cấp độ cá thể có thể dẫn đến một sự phức hợp rất lớn trên cấp độ của cả đàn. Vậy một lần nữa, đó là đơn giản hóa sự phức hợp.
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.
Tôi muốn đi tới kết luận về ý nghĩa của điều này cho mọi loài. Khi con cái đầu đàn nhường đường cho con khác, đó không phải là lịch sự. Thực chất, con cái đầu đàn là vô cùng quan trọng cho sự gắn kết của cả đàn. Nếu nó chết trên đường, cả đàn sẽ gặp nguy hiểm. Vậy hành vi tránh rủi ro này là đặc trưng tiến hóa từ xa xưa. Những con chồn meerkat đang lặp lại thủ thuật tiến hóa đã được truyền lại từ hàng nghìn thế hệ trước đó, và chúng tương thích nó với mội mối nguy hiểm của ngày nay, trong trường hợp này là con đường của con người. Chúng thích ứng những quy luật vô cùng đơn giản, và tạo nên hành vi phức hợp cho phép chống lại sự xâm lấn của loài người đến nơi sinh sống tự nhiên của loài
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.
Cuối cùng, đó có thể là loài dơi thay đổi kết cấu xã hội trước sự sụt giảm số lượng, hoặc loài chồn meerkat cho thấy sự thích ứng lạ thường đối với con đường do con người tạo nên, hoặc có thể ở các loài khác. Thông điệp của tôi ở đây là, nó không hề phức tạp, mà chỉ là một niềm băn khoăn và hi vọng đơn thuần thông điệp của tôi ở đây là các loài động vật cho thấy sự phức hợp xã hội phi thường, và điều này cho phép chúng thích nghi và phản hồi lại các thay đổi trong môi trường của mình Tóm lại trong 3 từ, ở thế giới loài vật, đơn giản dẫn tới phức hợp điều này dẫn tới sự phục hồi nhanh chóng.
Thank you.
Xin cảm ơn.
(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.
(Vỗ tay) Dania Gerhardt: Cảm ơn rất nhiều, Nicolas, phần khởi đầu rất tuyệt. Hơi căng thẳng đúng không? Nicolas Perony: Tôi ổn mà, cảm ơn nhé! DG: Được rồi, tốt lắm. Tôi chắc rằng rất nhiều khán giả bằng cách nào đó đã cố gắng kết nối giữa những loài động vật mà anh đã nói đến như dơi, chồn meerkat và loài người. Anh đã đưa ra vài ví dụ: Các con cái là các con mang vai trò xã hội, các con cái là các con đầu đàn, Tôi không chắc mọi người nghĩ như thế nào. Nhưng liên kết như vậy có ổn không? Có hay không những khuôn mẫu như thế về vấn đề này mà có giá trị trên tất cả các loài? NP: Vâng, tôi có thể nói rằng cũng có những ví dụ chống lại những khuôn mẫu này. Ví dụ như, trên thực tế, ở loài cá ngựa hay loài koala, những con đực là kẻ chăm sóc các con non, luôn luôn là như thế. Và bài học ở đây là thường rất khó và đôi khi thậm chí hơi nguy hiểm khi đưa ra những sự tương quan giữa con người và loài vật. Như vậy đấy. DG: Vâng. Cảm ơn rất nhiều vì phần khởi đầu rất tuyệt này. Cảm ơn anh, Nicolas Perony.