So I stand before you as an evolutionary biologist, a professor of evolutionary biology, which sounds like a rather fancy title, if I may say so myself. And I'm going to talk about two topics that aren't normally talked about together, and that's market economies and fungi. Or is it fun-GUY, or, as we say in Europe now, fun-GEE? There's still no consensus on how to say this word.
Je me présente devant vous en tant que biologiste de l'évolution, professeure de biologie de l'évolution, et tout ça semble assez pompeux, à mon avis. Et je vais vous parler de deux sujets qui ne sont normalement pas associés : l'économie de marché et les champignons (fungi). On hésite comment prononcer ce g, comme dans « guis » ou dans « gîs ». Il n'y a toujours pas de consensus sur la prononciation de ce mot.
So I want you to imagine a market economy that's 400 million years old, one that's so ubiquitous that it operates in almost every ecosystem of the world, so huge that it can connect millions of traders simultaneously, and so persistent that it survived mass extinctions. It's here, right now, under our feet. You just can't see it. And unlike human economies that rely on cognition to make decisions, traders in this market, they beg, borrow, steal, cheat, all in the absence of thought.
Je veux donc que vous imaginiez une économie de marché vieille de 400 millions d'années, qui est si omniprésente, qu'elle fonctionne dans presque tous les écosystèmes du monde, si énorme qu'elle peut connecter des millions de commerçants simultanément, et si persistante qu'elle a survécu à des extinctions de masse. Elle est là, maintenant, sous nos pieds. Elle est juste invisible. Et contrairement aux économies humaines qui s'appuient sur la cognition pour prendre des décisions, les commerçants sur ce marché mendient, empruntent, volent et trichent, en l'absence de toute pensée.
So hidden from our eyes, plant roots are colonized by a fungus called arbuscule mycorrhizae. Now the fungus forms these complex networks underground of fine filaments thinner than even threads of cotton. So follow one of these fungi, and it connects multiple plants simultaneously. You can think of it as an underground subway system, where each root is a station, where resources are loaded and unloaded. And it's also very dense, so roughly the length of many meters, even a kilometer, in a single gram of dirt. So that's the length of 10 football fields in just a thimbleful of soil. And it's everywhere. So if you passed over a tree, a shrub, a vine, even a tiny weed, you passed over a mycorrhizal network. Roughly 80 percent of all plant species are associated with these mycorrhizal fungi.
Cachées de nos yeux, les racines des plantes sont colonisées par un champignon mycorhizien à arbuscule. Les champignons construisent des réseaux souterrains complexes avec des filaments fins, plus minces que des fils de coton. Suivez l'un de ces champignons, et il reliera plusieurs plantes en même temps. Vous pouvez penser à cela comme un système de métro souterrain, où chaque racine est un terminal, où les ressources sont chargées et déchargées. C'est aussi très dense, long de plusieurs mètres, même d'un kilomètre dans un seul grain de poussière. C'est la longueur de 10 terrains de football dans un dé à coudre. Il est partout. En passant devant un arbre, un arbuste, une vigne ou une mauvaise herbe, vous passez au-dessus d'un réseau mycorhizien. Environ 80 % de toutes les sortes de plantes sont associées à ces champignons mycorhiziens.
So what does a root covered in fungi have to do with our global economy? And why as an evolutionary biologist have I spent the last 10 years of my life learning economic jargon? Well, the first thing you need to understand is that trade deals made by plant and fungal partners are surprisingly similar to those made by us, but perhaps even more strategic. You see, plant and fungal partners, they're not exchanging stocks and bonds, they're exchanging essential resources, and for the fungus, that's sugars and fats. It gets all of its carbon directly from the plant partner. So much carbon, so every year, roughly five billion tons of carbon from plants go into this network underground. For the root, what they need is phosphorus and nitrogen, so by exchanging their carbon they get access to all of the nutrients collected by that fungal network. So to make the trade, the fungus penetrates into the root cell of the host and forms a tiny structure called an arbuscule, which is Latin for "little tree." Now, you can think of this as the physical stock exchange of the trade market.
Alors, qu'est-ce qu'une racine couverte de champignons a à voir avec notre économie mondiale ? Et pourquoi en tant que biologiste de l'évolution ai-je passé les 10 dernières années de ma vie à apprendre le jargon économique ? Eh bien, la première chose que vous devez comprendre est que les accords commerciaux faits par des partenaires végétaux et fongiques sont étonnamment similaires à ceux que nous fabriquons, mais peut-être encore plus stratégiques, car plantes et partenaires fongiques, n'échangent pas d'actions ou d'obligations, ils échangent des ressources essentielles et pour le champignon, ce sont les sucres et les graisses. Il obtient tout son carbone directement de la plante partenaire. Tant de carbone que chaque année, environ 5 milliards de tonnes de carbone venant des plantes entrent dans ce réseau souterrain. Pour les racines, ce dont elles ont besoin c'est de phosphore et d'azote, donc en échangeant leur carbone elles ont accès à tous les nutriments collectés par ce réseau fongique. Donc, pour commercer, le champignon pénètre dans la cellule racine de l'hôte et forme une minuscule structure appelée arbuscule, qui vient du latin « petit arbre ». Vous pouvez penser à cela comme à la bourse physique du marché commercial.
So up until now, it seems very harmonious. Right? I scratch your back, you scratch mine, both partners get what they need. But here is where we need to pause and understand the power of evolution and natural selection. You see, there's no room for amateur traders on this market. Making the right trade strategy determines who lives and who dies.
Donc, jusqu'à présent, cela semble très harmonieux. N'est-ce pas ? Je te gratte le dos, tu grattes le mien, les deux partenaires obtiennent ce dont ils ont besoin. Mais c'est là où nous devons faire une pause pour comprendre le pouvoir de l'évolution et de la sélection naturelle. En fait, il n'y a pas de place pour les commerçants amateurs sur ce marché. Élaborer la bonne stratégie commerciale détermine qui vit et qui meurt.
Now, I use the word strategy, but of course plant and fungi, they don't have brains. They're making these exchanges in the absence of anything that we would consider as thought. But, as scientists, we use behavioral terms such as strategy to describe behaviors to certain conditions, actions and reactions that are actually programmed into the DNA of the organism.
J'utilise le mot stratégie, mais, bien sûr, les plantes et les champignons n'ont pas de cerveau. Ils font ces échanges en l'absence de tout ce que nous considérerions comme une pensée. Mais, en tant que scientifiques, nous utilisons des termes comportementaux comme la stratégie pour décrire les comportements dans certaines conditions, actions et réactions, qui sont réellement programmées dans l'ADN de l'organisme.
So I started studying these trade strategies when I was 19 years old and I was living in the tropical rainforests of Panama. Now, everybody at the time was interested in this incredible diversity aboveground. And it was hyperdiversity. These are tropical rainforests. But I was interested in the complexity belowground. We knew that the networks existed, and we knew they were important, and I'm going to say it again, by important I mean important, so the basis of all plant nutrition for all the diversity that you do see aboveground. But at the time, we didn't know how these networks worked. We didn't know how they functioned. Why did only certain plants interact with certain fungi? So fast-forward to when I started my own group, and we really began to play with this trade market. You see, we would manipulate conditions. We would create a good trading partner by growing a plant in the sun and a poor trading partner by growing it in the shade. We would then connect these with a fungal network. And we found that the fungi were consistently good at discriminating among good and bad trading partners. They would allocate more resources to the host plant giving them more carbon.
J'ai donc commencé à étudier ces stratégies commerciales quand j'avais 19 ans et que je vivais dans les forêts tropicales du Panama. Tout le monde à l'époque était intéressé par cette incroyable diversité en surface. Et c'était de l'hyper-diversité. Ce sont des forêts tropicales. Mais j'étais intéressée par la complexité souterraine. Nous savions que les réseaux existaient, et qu'ils étaient importants, et je vais le redire, par important, je veux dire important, donc la base de toute la nutrition des plantes pour toute la diversité que vous voyez en surface. Mais à l'époque, on ne savait pas comment ces réseaux fonctionnaient, ni quels étaient leurs mécanismes, pourquoi certaines plantes seulement interagissaient avec certains champignons. Avançons au moment où j'ai créé mon propre groupe, et on a vraiment commencé à manipuler ce marché commercial. Nous manipulions les conditions. On a créé un bon partenaire commercial en faisant pousser une plante au soleil et un mauvais partenaire commercial en le cultivant à l'ombre. On a ensuite relié les deux avec un réseau fongique. Et nous avons constaté que les champignons arrivaient toujours à discriminer les bons et les mauvais partenaires commerciaux. Ils allouaient plus de ressources à l'hôte qui leur donnait plus de carbone.
Now, we would run the reciprocal experiments where we would inoculate a host plant with good and bad fungi, and they were also good at discriminating between these trade partners. So what you have there is the perfect conditions for a market to emerge. It's a simple market, but it's a market nonetheless, where the better trading partner is consistently favored.
Nous avons effectué les expériences réciproques où on inoculait une plante hôte avec de bons et de mauvais champignons, et ils arrivaient aussi à discriminer ces partenaires commerciaux. On a donc des conditions parfaites pour qu'un marché émerge. C'est un marché simple mais cela reste un marché, où les meilleurs partenaires commerciaux sont continuellement favorisés.
But is it a fair market? Now this is where you need to understand that, like humans, plants and fungi are incredibly opportunistic. There's evidence that the fungus, once it penetrates into the plant cell, it can actually hijack the plant's own nutrient uptake system. It does this by suppressing the plant's own ability to take up nutrients from the soil. So this creates a dependency of the plant on the fungus. It's a false addiction, of sorts, whereby the plant has to feed the fungus just to get access to the resources right around its own root. There's also evidence that the fungi are good at inflating the price of nutrients. They do this by extracting the nutrients from the soil, but then rather than trading them with the host, they hoard them in their network, so this makes them unavailable to the plant and other competing fungi. So basic economics, as resource availability goes down, the value goes up. The plant is forced to pay more for the same amount of resources.
Mais est-ce un marché équitable ? C'est là qu'on doit comprendre que, comme les humains, les plantes et les champignons sont incroyablement opportunistes. On a des preuves que dès que le champignon a pénétré les cellules de la plante, il peut détourner son système d'absorption des nutriments. Il le fait en supprimant la capacité propre à la plante de puiser des nutriments du sol. Cela crée ainsi une dépendance de la plante au champignon. C'est une fausse dépendance, en quelques sortes, par laquelle la plante doit nourrir le champignon uniquement pour avoir accès aux ressources autour de ses propres racines. On a aussi des preuves que les champignons sont doués pour gonfler le prix des nutriments. Ils le font en extrayant les nutriments du sol, mais après, au lieu de les échanger avec leur hôte ils les amassent dans leur réseau, pour les rendre inaccessibles à la plante et aux autres champignons rivaux. Ainsi, économie de base, comme la disponibilité de la ressource diminue, sa valeur augmente. La plante est forcée de payer plus pour la même quantité de ressources.
But it's not all in favor of the fungus. Plants can be extremely cunning as well. There are some orchids -- and I always think orchids somehow seem like the most devious of the plant species in the world -- and there are some orchids that just tap directly into the network and steal all their carbon. So these orchids, they don't even make green leaves to photosynthesize. They're just white. So rather than photosynthesizing, tap into the network, steal the carbon and give nothing in return.
Mais ce n'est pas totalement en faveur du champignon. Les plantes peuvent être extrêmement rusées aussi. Certaines orchidées -- et selon moi, les orchidées sont, d'une manière ou d'une autre, les espèces de plantes les plus tordues au monde -- il existe donc certaines orchidées qui exploitent directement le réseau et volent tout son carbone. Ainsi, ces orchidées ne produisent pas de feuilles vertes pour la photosynthèse. Elles sont juste blanches. Donc, à la place de la photosynthèse, elles exploitent le réseau, volent le carbone, et ne donnent rien en retour.
Now I think it's fair to say that these types of parasites also flourish in our human markets. So as we began to decode these strategies, we learned some lessons. And the first one was that there's no altruism in this system. There's no trade favors. We don't see strong evidence of the fungus helping dying or struggling plants unless it directly benefits the fungus itself.
Je pense qu'il est juste de dire que ces types de parasites fleurissent également dans nos marchés humains. Donc, quand nous commençons à décoder ces stratégies, nous en tirons certaines leçons. Et la première était qu'il n'y a pas d'altruisme dans ce système. Il n'y a pas de faveurs commerciales. Nous ne voyons pas de preuve solide que le champignon aide les plantes mourantes ou en difficulté à moins que cela ne profite directement au champignon lui-même.
Now I'm not saying if this is good or bad. Unlike humans, a fungus, of course, cannot judge its own morality. And as a biologist, I'm not advocating for these types of ruthless neoliberal market dynamics enacted by the fungi. But the trade system, it provides us with a benchmark to study what an economy looks like when it's been shaped by natural selection for hundreds of millions of years in the absence of morality, when strategies are just based on the gathering and processing of information, uncontaminated by cognition: no jealousy, no spite, but no hope, no joy.
Je ne dis pas que cela est bon ou mauvais. Contrairement aux humains, un champignon ne peut pas, bien sûr, juger sa propre moralité. Et en tant que biologiste, je ne défends pas ce type de dynamique de marché néolibéral et impitoyable exercée par les champignons. Toutefois, le système commercial nous fournit un point de référence pour étudier ce à quoi une économie ressemble quand elle est façonnée par la sélection naturelle depuis des centaines de millions d'années, en l'absence de moralité, quand les stratégies sont uniquement basées sur le rassemblement et le traitement d'informations non contaminées par la cognition : pas de jalousie, pas de rancune, mais pas d'espoir, ni de joie.
So we've made progress in decoding the most basic trade principles at this point, but as scientists we always want to take it one step further, and we're interested in more complex economic dilemmas. And specifically we're interested in the effects of inequality.
Ainsi, à l'heure actuelle, nous avons fait des progrès dans le décodage des principes de marché les plus basiques. Mais, en tant que scientifiques, nous voulons toujours aller plus loin, et nous nous intéressons à des dilemmes économiques plus complexes. Et plus spécifiquement, nous nous sommes intéressés aux effets des inégalités.
So inequality has really become a defining feature of today's economic landscape. But the challenges of inequality are not unique to the human world. I think as humans we tend to think that everything's unique to us, but organisms in nature must face relentless variation in their access to resources.
L'inégalité est vraiment devenue une caractéristique déterminante du paysage économique actuel. Mais le défi de l'inégalité n'est pas unique au genre humain. En tant qu'humain, nous avons tendance à penser que tout nous est unique, mais les organismes dans la nature doivent faire face à des variations constantes dans leur accès aux ressources.
How does a fungus that can again be meters long change its trade strategy when it's exposed simultaneously to a rich patch and a poor patch? And, more generally, how do organisms in nature use trade to their advantage when they're faced with uncertainty in terms of their access to resources?
Comment un champignon qui peut atteindre plusieurs mètres de long change-t-il sa stratégie commerciale quand il est simultanément exposé à un environnement riche et à un environnement pauvre ? Et, plus généralement, comment les organismes dans la nature tournent-ils le commerce à leur avantage quand ils font face à une incertitude en matière d'accès aux ressources ?
Here's where I have to let you in on a secret: studying trade underground is incredibly difficult. You can't see where or when important trade deals take place. So our group helped pioneer a method, a technology, whereby we could tag nutrients with nanoparticles, fluorescing nanoparticles called quantum dots. What the quantum dots allow us to do is actually light up the nutrients so we can visually track their movements across the fungal network and into the host root. So this allows us finally to see the unseen, so we can study how fungi bargain at a small scale with their plant hosts. So to study inequality, we exposed a fungal network to these varying concentrations of fluorescing phosphorus, mimicking patches of abundance and scarcity across this artificial landscape. We then carefully quantified fungal trade. And we found two things.
C'est là que je dois vous confier un secret : étudier le commerce souterrain est incroyablement difficile. On ne voit pas où et quand les accords commerciaux importants ont lieu. Ainsi, notre groupe a contribué à la création d'une méthode, d'une technologie dans laquelle on pouvait marquer les nutriments avec des nanoparticules, des nanoparticules fluorescentes appelées points quantiques. Ce que les points quantiques nous permettent de faire est, en fait, d'illuminer les nutriments pour que nous puissions visuellement traquer leurs mouvements à travers le réseau fongique et à l'intérieur des racines de l'hôte. Cela nous a finalement permis de voir l'invisible, nous permettant d'étudier comment les champignons négocient à petite échelle avec leurs plantes-hôtes. Ainsi, pour étudier les inégalités, nous avons exposé un réseau fongique à ces concentrations variables de phosphore fluorescent, imitant des environnements d'abondance et de rareté au sein de ce paysage artificiel. Nous avons ensuite soigneusement quantifié le commerce fongique Et nous avons trouvé deux choses.
The first thing we found was that inequality encouraged the fungus to trade more. So I can use the word "encouraged" or "stimulated" or "forced," but the bottom line is that compared to control conditions, inequality was associated with higher levels of trade. This is important, because it suggests that evolving a trade partnership in nature can help organisms cope with the uncertainty of accessing resources.
La première découverte, c'était que les inégalités encourageaient le champignon à commercer plus. Je peux utiliser le mot « encourageaient » ou « stimulaient » ou « forçaient », mais l'essentiel est que, par rapport aux conditions de contrôle, l'inégalité était associée à des plus hauts taux de commerce. C'est important, car cela suggère que faire évoluer un partenariat commercial dans la nature peut aider les organismes à faire face à l'incertitude d'accès aux ressources.
Second, we found that, exposed to inequality, the fungus would move resources from the rich patch of the network, actively transport them to the poor side of the network. Now, of course, we could see this because the patches were fluorescing in different colors. So at first, this result was incredibly puzzling. Was it to help the poor side of the network? No. We found that the fungus gained more by first moving the resources to where demand was higher. Simply by changing where across the network the fungus was trading, it could manipulate the value of those resources.
Deuxièmement, nous avons trouvé que, exposé aux inégalités, le champignon déplaçait des ressources de l'environnement riche du réseau et les transportait activement du côté pauvre du réseau. Bien sûr, nous avons pu voir ça car les environnements étaient de différentes couleurs fluorescentes. Au début, ce résultat était incroyablement mystérieux. Était-ce pour aider le côté pauvre du réseau ? Non. Nous avons découvert que le champignon avait un gain supérieur en déplaçant d'abord les ressources là où la demande était la plus forte. Simplement en changeant d'endroit pour commercer dans le réseau, le champignon pouvait agir sur la valeur de ces ressources.
Now this stimulated us to really dig deeper into how information is shared. It suggests a high level of sophistication, or at least a medium level of sophistication in an organism with no cognition. How is it that a fungus can sense market conditions across its network and then make calculations of where and when to trade? So we wanted to look about information and how it's shared across this network, how the fungus integrates cues.
Cela nous a stimulé à vraiment approfondir comment l'information est partagée. Cela suggère un haut niveau de sophistication ou au moins un niveau moyen de sophistication dans un organisme sans cognition. Comment un champignon peut-il sentir les conditions du marché dans son réseau et ensuite faire des calculs sur où et quand commercer ? Nous voulions chercher l'information et comment elle est partagée dans le réseau, comment le champignon intègre les signaux.
So to do that, what you need to do is dive deep in and get a higher resolution into the network itself. We began to study complex flows inside the hyphal network. So what you're looking at right now is a living fungal network with the cellular contents moving across it. This is happening in real time, so you can see the time stamp up there. So this is happening right now. This video isn't sped up. This is what is happening under our feet right now. And there's a couple of things that I want you to notice. It speeds up, it slows down, it switches directions.
Pour ce faire, on doit creuser plus profond pour obtenir une plus haute résolution dans le réseau lui-même. Nous avons commencé à étudier des flux complexes dans le réseau mycélien. Ce que vous regardez maintenant est un réseau fongique vivant avec son contenu cellulaire se déplaçant à l'intérieur. Cela se passe en temps réel, vous pouvez voir l'horodateur là-haut. Ça se passe maintenant ; la vidéo n'est pas accélérée. C'est ce qui se passe sous nos pieds en ce moment. Et il y a certaines choses que je veux que vous remarquiez. Ça accélère, ça décélère, ça change de direction.
So we're working now with biophysicists to try to dissect this complexity. How is the fungus using these complex flow patterns to share and process information and make these trade decisions? Are fungi better at making trade calculations than us?
Nous travaillons en ce moment avec des biophysiciens pour essayer de disséquer cette complexité. Comment le champignon utilise-t-il ces modèles de flux complexes pour partager et traiter l'information et prendre ces décisions commerciales ? Les champignons sont-ils meilleurs pour faire des calculs commerciaux que nous ?
Now here's where we can potentially borrow models from nature. We're increasingly reliant on computer algorithms to make us profitable trades in split-second time scales. But computer algorithms and fungi, they both operate in similar, uncognitive ways. The fungi just happens to be a living machine.
C'est là que nous pouvons potentiellement emprunter des modèles à la nature. Nous sommes de plus en plus dépendants des algorithmes informatiques pour nous permettre de faire des affaires rentables en moins d'une seconde. Mais les algorithmes informatiques et les champignons opèrent tous deux de manière similaire et non cognitive. Il se trouve que les champignons sont une machine vivante.
What would happen if we compare and compete the trading strategies of these two? Who would win? The tiny capitalist that's been around since before and the fall of the dinosaurs?
Que se passerait-il si nous comparions et mettions en concurrence les stratégies commerciales de ces derniers ? Qui gagnerait ? Le petit capitaliste qui existe depuis la chute des dinosaures ?
My money is on the fungus.
Mon argent est sur le champignon.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissement)