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.
Ik sta hier voor je als evolutie-bioloog, professor in de evolutionaire biologie, dat klinkt behoorlijk deftig, al zeg ik het zelf. Ik ga het over twee dingen hebben waarover men het zelden tegelijk heeft en dat zijn markteconomie en schimmels. Of is het fun-gai, of, zoals we in Europa zeggen, fun-ghie? Men is het nog steeds niet eens hoe je dat woord uitspreekt.
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.
Ik wil dat je je een markteconomie voorstelt die 400 miljoen jaar oud is, en zoveel voorkomt, dat hij in bijna elk ecosysteem ter wereld zit, zo groot dat het miljoenen handelaren tegelijkertijd met elkaar kan verbinden, een zo volhardend dat het massale uitstervingen overleefde. Het is er gewoon, nu, onder je voeten. Je ziet het alleen niet. En in tegenstelling tot menselijke economieën die op cognitie vertrouwen om beslissingen te nemen. Handelaren op deze markt smeken, lenen, stelen, bedriegen, en alles zonder na te denken.
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.
Dus buiten ons zicht, koloniseren schimmels met de naam arbusculaire mycorrhiza plantenwortels. De schimmel vormt dit complexe netwerk onder de grond met fijne draden die dunner zijn dan katoenvezels. Als je zo'n schimmeldraad volgt dan verbindt die tegelijk meerdere planten. Denk daarbij aan een soort metrosysteem, waar elke wortel een station is, waar hulpbronnen worden ingeladen en uitgeladen. Het is ook erg compact, ruwweg vele meters lang, tot een kilometer, in een enkele gram modder. Dus net zo lang als 10 voetbalvelden in slechts een vingerhoedje aarde. En het is overal. Als je dus langs een boom komt, of een struik, een wijnstok of onkruid, kom je langs een mycorrhizaal netwerk. Grofweg 80 procent van alle plantensoorten hebben te maken met deze mycorrhiza-schimmels.
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.
Wat heeft een wortel die is bedekt met schimmels te maken met onze wereldeconomie? En waarom heb ik als evolutionair bioloog de laatste 10 jaren van mijn leven besteed aan het leren van economisch jargon? Dan moet je eerst begrijpen dat handelsdeals tussen planten en schimmelpartners verbazingwekkend veel lijken op die van ons. maar misschien zelfs wel strategischer. Planten en schimmelpartners verhandelen geen aandelen en obligaties. Ze wisselen essentiële hulpbronnen uit, en voor de schimmel zijn dat suikers en vetten. Het haalt alle koolstof rechtstreeks van de partnerplant. Zoveel koolstof, dat elk jaar zo'n vijf miljard ton van de planten naar dit ondergrondse netwerk gaat. De wortels hebben fosfor en stikstof nodig, dus door hun koolstof uit te wisselen krijgen ze toegang tot de voedingsstoffen die het schimmelnetwerk verzameld heeft. Om dus handel te drijven penetreert de schimmel de wortelcel van zijn gastheer. en vormt een ministructuur die arbuscule heet, dat Latijn is voor 'boompje'. Je kan dat zien als een fysieke effectenbeurs van de handelsmarkt.
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.
Tot nu toe lijkt dat erg harmonieus. Ik krab jou op je rug en jij krabt op de mijne. Beide partners krijgen wat ze willen. Maar hier moeten we even stoppen en de kracht van de evolutie en natuurlijke selectie begrijpen. Er is geen plaats voor amateurhandelaren op deze markt. Het toepassen van de juiste handelsstrategie bepaalt wie blijft leven en wie dood gaat.
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.
Ik gebruik het woord strategie, maar planten en schimmels hebben natuurlijk geen hersens. Ze doen die ruilhandel zonder iets dat wij als gedachte beschouwen. Maar wetenschappers zoals wij gebruiken gedragstermen zoals strategie om gedrag toe te beschrijven aan bepaalde voorwaarden, acties en reacties. die feitelijk geprogrammeerd zijn in het DNA van het 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.
Ik begon die handelsstrategieën te bestuderen toen ik 19 jaar was en ik in het tropische regenwoud van Panama woonde. Iedereen was destijds geïnteresseerd in die ongelooflijke diversiteit bovengronds. Het was hyperdiversiteit, dit zijn tropische regenwouden. Maar ik was geïnteresseerd in de ondergrondse diversiteit. We wisten dat de netwerken bestonden en dat ze belangrijk waren, en dat zeg ik nogmaals, want ik bedoel echt belangrijk, dus de basis voor de voeding van alle planten voor alle diversiteit die je bovengronds ziet. Maar toentertijd wisten we niet hoe deze netwerken werkten. We wisten niet hoe ze functioneerden. Waarom werkten alleen bepaalde planten samen met bepaalde schimmels? Dan door naar toen ik mijn eigen groep opstartte en we in het echt gingen spelen met die handelsmarkt. We gingen de voorwaarden manipuleren. We kregen een goede handelspartner door een plant in de zon op te kweken en een slechte door hem in de schaduw op te kweken. We verbonden hem dan met zo'n schimmelnetwerk. We hebben uitgevonden dat de schimmels steeds goed waren in het onderscheiden van goede en slechte handelspartners. Ze wezen meer hulpbronnen toe aan de waardplant door meer koolstof te geven.
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.
Dan deden we het wederkerig experiment waarbij we de waardplant enten met goede en slechte schimmels, en die waren ook goed in het onderscheiden van deze handelspartners. Je ziet daar de perfecte voorwaarden voor het ontstaan van een markt. Het is een simpele markt, maar toch is het een markt waar de betere handelspartner continu de voorkeur krijgt.
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.
Maar is het een eerlijke markt? Je moet goed begrijpen dat, net als bij mensen, planten en schimmels ongelooflijk opportunistisch zijn. Er is bewezen dat een schimmel die een plantencel penetreert, de sapstroom met voedingsstoffen van de plant kan kapen. Dat doet hij door het vermogen van de plant te onderdrukken om voedingsstoffen uit de grond op te nemen. Dat zorgt ervoor dat de plant afhankelijk is van de schimmel. Het is een soort valse verslaving, waarbij de plant de schimmel moet voeden om zo bij de hulpstoffen rond z'n eigen wortels te komen. Het is ook bewezen dat de schimmels goed zijn in het opdrijven van de prijs van de voedingsstoffen. Ze doen dat door die voedingsstoffen uit de grond te filteren, maar in plaats van ze te gaan verhandelen, slaan ze ze op in hun netwerk, zodat ze onbeschikbaar worden voor de plant en concurrerende schimmels. Dus basiseconomie: als de beschikbaarheid minder wordt, gaat de waarde omhoog. De plant moet meer betalen voor dezelfde hoeveelheid hulpstoffen.
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.
Het is echter niet allemaal gunstig voor de schimmel. Planten kunnen ook heel erg doortrapt zijn. Er zijn orchideeën, en ik denk bij orchideeën altijd aan de meest sluwe van alle plantensoorten -- er zijn bepaalde orchideeën die gewoon rechtstreeks aftappen van het netwerk en zo al hun koolstoffen stelen. Deze orchideeën maken niet eens groene bladeren voor fotosynthese. Ze zijn gewoon wit. Dus in plaats van fotosynthese boren ze het netwerk aan, stelen ze de koolstof en geven er niets voor terug.
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.
Ik denk dat we mogen zeggen dat deze soorten parasieten ook in onze mensenmarkten gedijen. Dus toen we de strategieën begonnen te ontcijferen, was dat erg leerzaam. De eerste les was dat er in dit syteem geen altruïsme bestaat. Er zijn geen handelsgunsten. We zien geen sterke bewijzen van schimmels die stervende of kwakkelende planten helpen, behalve als ze er rechtstreeks baat bij hebben.
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.
Ik zeg niet dat dat goed of slecht is. Anders dan bij de mens, kan een schimmel natuurlijk niet z'n moraliteit beoordelen. En als bioloog pleit ik niet voor deze meedogenloze neoliberale marktdynamiek die door schimmels worden bepaald. Maar het handelssysteem levert ons een ijkpunt om te bestuderen hoe een economie eruit ziet als het wordt gevormd door natuurlijke selectie gedurende honderden miljoenen jaren zonder de aanwezigheid van moraliteit, terwijl strategieën juist gebaseerd zijn op het verzamelen en verwerken van informatie, niet besmet door cognitie: geen jaloezie, geen wrok, maar evenmin hoop, of plezier.
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.
We hebben vooruitgang geboekt bij het ontcijferen van de meest basale handelsprincipes op dit moment, maar als wetenschapper leg je de lat altijd hoger, en ben je geïnteresseerd in complexere economische dilemma's. Vooral in de effecten van ongelijkheid.
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.
Ongelijkheid is echt een bepalend kenmerk geworden van het huidige economische landschap. Maar de uitdagingen van ongelijkheid komen niet uitsluitend in de mensenwereld voor. De mens heeft de neiging te denken dat alles aan ons uniek is, maar organismes in de natuur hebben te maken met een meedogenloze variatie in hun toegang tot hulpbronnen.
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?
Hoe kan een schimmel die meters lang kan worden, z'n handelsstrategie veranderen als hij achtereenvolgens wordt blootgesteld aan een rijk stuk grond en een arm stuk? En meer in het algemeen, hoe gebruiken organismes in de natuur handel in hun voordeel als ze te maken krijgen met onzekerheid wat betreft hun toegang tot hulpbronnen?
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.
Ik zal je een geheim verklappen: ondergrondse handel bestuderen is ongelofelijk moeilijk. Je ziet niet waar of wanneer belangrijke handelsdeals plaatsvinden. Onze groep hielp een methode, een techniek te verkennen, waarbij we nutriënten konden merken met nanodeeltjes, fluorescerende nanodeeltjes die 'quantum dots' heten. De quantum dots maken het voor ons mogelijk om de nutriënten op te laten lichten, waardoor we kunnen zien hoe ze bewegen door het schimmelnetwerk en de wortel in van de gastheer. Dit maakt het eindelijk mogelijk het onzichtbare te zien. We kunnen zien hoe schimmels kleinschalig onderhandelen met hun gastheerplant. Om ongelijkheid te bestuderen, stelden we een schimmelnetwerk bloot aan die wisselende concentraties van fluorescerend fosfor. om plekken van overvloed en schaarste na te bootsen in dit kunstmatige landschap. Vervolgens kwantificeerden we de handel in schimmels zorgvuldig. We vonden twee dingen.
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.
Het eerste dat we vonden was dat ongelijkheid de schimmel aanspoorde tot meer onderhandelen. Ik kan het woord 'aanspoorde' gebruiken of 'stimuleerde' of 'dwong', maar feitelijk komt het erop neer dat vergeleken met controlecondities, ongelijkheid werd geassocieerd met een hoger niveau van handelen. Dat is belangrijk, omdat het suggereert dat een ontwikkelend handelspartnerschap in de natuur, organismen kan helpen omgaan met de onzekerheid van toegang tot hulpbronnen.
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.
Ten tweede vonden we dat, als de schimmel wordt blootgesteld aan ongelijkheid, hij hulpbronnen verplaatst van het rijke deel van het netwerk, door die te transporteren naar het arme deel van het netwerk. Dat zagen we omdat de plekken fluoresceerden in diverse kleuren. In eerste instantie was dit resultaat ongelooflijk raadselachtig. Gebeurde het om het arme deel van het netwerk te helpen? Nee, we ontdekten dat de schimmel er meer aan had als hij de stoffen eerst verplaatste naar waar de vraag groter was. Door simpelweg de plek in het netwerk te veranderen waar de schimmel handelde, kon hij de waarde van de stoffen manipuleren.
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.
Dit zette ons aan om verder te onderzoeken hoe informatie werd gedeeld. Het suggereert een hoog niveau van ontwikkeling, of op z'n minst een gemiddeld niveau van ontwikkeling in een organisme zonder cognitie. Hoe kan een schimmel de markt aanvoelen in z'n hele netwerk en dan berekenen waar en hoe hij moet handelen? We wilden dus naar informatie kijken en hoe die wordt gedeeld via dat netwerk, hoe de schimmel met signalen werkt.
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.
Om dat te doen, moet je er diep in duiken en een grotere resolutie krijgen in het netwerk zelf. We gingen de complexe stromen bestuderen in het schimmeldraadnetwerk. Wat je hier ziet, is een levend schimmelnetwerk met celinhoud die rond gaat. Dat gebeurt continu, wat je ziet aan de tijd daar. Het gebeurt nú; het is niet versneld. Dit gebeurt op dit moment onder onze voeten. Er zijn een paar dingen die je moet zien. Het versnelt, vertraagt en verandert van richting.
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?
We werken op dit moment met biofysici om te proberen de complexiteit te ontleden. Hoe gebruikt deze schimmel die ingewikkelde stroompatronen om informatie te delen en te verwerken en die handelsbeslissingen te nemen? Maken schimmels betere handelsbeslissingen dan wij?
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.
Daarom kunnen we misschien modellen lenen uit de natuur. We vertrouwen steeds meer op computeralgoritmes, om met winst handel te drijven, in een fractie van een seconde. Maar computeralgoritmes en schimmels werken op soortgelijke wijze, zonder cognitie. De schimmel is alleen toevallig een levende machine.
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?
Wat zou er gebeuren als we de handelsstrategie van die twee zouden vergelijken en laten concurreren? Wie zou er winnen? De kleine kapitalist die er al was voordat de dinosaurussen uitstierven?
My money is on the fungus.
Ik zet mijn geld op de schimmel.
Thank you.
Dank je wel.
(Applause)
(Applaus)