Deborah Gordon: What ants teach us about the brain, cancer and the Internet

Translator: Kitchka Dyankova Reviewer: Biliana Nikolova

I study ants

Изучавам мравките

in the desert, in the tropical forest

в пустинята, в тропическата гора,

and in my kitchen,

в кухнята си

and in the hills around Silicon Valley where I live.

и по хълмовете около Силиконовата долина, където живея.

I've recently realized that ants

Скоро разбрах, че мравките

are using interactions differently

си взаимодействат по различен начин

in different environments,

в зависимост от външната среда

and that got me thinking that we could learn from this

и това ме наведе на мисълта, че можем да се поучим този факт

about other systems,

и да го приложим при други системи

like brains and data networks that we engineer,

като мозъка и информационните мрежи, които проектираме,

and even cancer.

и дори при рака.

So what all these systems have in common

Общото за всички тези системи е,

is that there's no central control.

че нямат централно управление.

An ant colony consists of sterile female workers --

Колонията от мравки се състои от стерилни мравки-работнички –

those are the ants you see walking around —

това са мравките, които виждате да пълзят наоколо –

and then one or more reproductive females

както и от една или повече плодовити мравки,

who just lay the eggs.

които само снасят яйца.

They don't give any instructions.

Те не дават нареждания.

Even though they're called queens,

Въпреки че се наричат царици,

they don't tell anybody what to do.

не казват на никого какво да прави.

So in an ant colony, there's no one in charge,

В колонията няма управляващ

and all systems like this without central control

и всички подобни системи без централно управление

are regulated using very simple interactions.

се поддържат в ред чрез много прости взаимодействия.

Ants interact using smell.

Мравките използват обонянието си.

They smell with their antennae,

Усещат мирис с антените си

and they interact with their antennae,

и си взаимодействат чрез тях –

so when one ant touches another with its antennae,

когато една мравка докосне друга с антените си,

it can tell, for example, if the other ant

тя разбира например дали другата мравка

is a nestmate

е от същия мравуняк

and what task that other ant has been doing.

и каква задача изпълнява.

So here you see a lot of ants moving around

Тук виждате много мравки да пълзят

and interacting in a lab arena

и да си взаимодействат в лабораторно пространство,

that's connected by tubes to two other arenas.

свързано чрез тръби с две други пространства.

So when one ant meets another,

Когато една мравка срещне друга,

it doesn't matter which ant it meets,

няма значение коя е срещнатата мравка,

and they're actually not transmitting

и на практика мравките не си предават

any kind of complicated signal or message.

някакъв сложен сигнал или съобщение.

All that matters to the ant is the rate

Единственото, което има значение за мравката, е честотата,

at which it meets other ants.

с която среща други мравки.

And all of these interactions, taken together,

Всички тези взаимодействия взети заедно

produce a network.

образуват мрежа.

So this is the network of the ants

Това е мрежата на мравките,

that you just saw moving around in the arena,

които току-що видяхте да пълзят в лабораторното пространство,

and it's this constantly shifting network

и тази постоянно променяща се мрежа

that produces the behavior of the colony,

представя поведението на колонията –

like whether all the ants are hiding inside the nest,

дали всички мравки се крият в мравуняка

or how many are going out to forage.

или колко от тях излизат да търсят храна.

A brain actually works in the same way,

Мозъкът на практика работи по същия начин,

but what's great about ants is

но страхотното при мравките е,

that you can see the whole network as it happens.

че можем да виждаме цялата мрежа в процеса на създаването ѝ.

There are more than 12,000 species of ants,

Съществуват повече от 12 000 вида мравки

in every conceivable environment,

при всевъзможни външни условия

and they're using interactions differently

и те си взаимодействат по различен начин,

to meet different environmental challenges.

за да посрещат различни предизвикателства на обкръжаващата ги среда.

So one important environmental challenge

Едно важно предизвикателство на средата,

that every system has to deal with

с което всяка система трябва да се справи,

is operating costs, just what it takes

са оперативните разходи – колко точно е нужно,

to run the system.

за да работи системата.

And another environmental challenge is resources,

Друго предизвикателство на средата са ресурсите –

finding them and collecting them.

откриването и натрупването им.

In the desert, operating costs are high

В пустинята оперативните разходи са големи,

because water is scarce,

защото водата е оскъдна,

and the seed-eating ants that I study in the desert

и хранещите се със семена мравки в пустинята, които изучавам,

have to spend water to get water.

трябва да изразходват вода, за да се сдобият вода.

So an ant outside foraging,

Една мравка, излязла навън за храна,

searching for seeds in the hot sun,

търсеща семена под горещото слънце,

just loses water into the air.

просто губи вода от изпарение.

But the colony gets its water

Но колонията получава вода

by metabolizing the fats out of the seeds

чрез извличането на мазнините от семената,

that they eat.

които изяжда.

So in this environment, interactions are used

В тази среда се използват взаимодействия,

to activate foraging.

за да се активира търсенето на храна.

An outgoing forager doesn't go out unless

Една мравка-търсач на храна не излиза навън,

it gets enough interactions with returning foragers,

ако няма достатъчно взаимодействия с връщащи се търсачи

and what you see are the returning foragers

и това, което виждате, са връщащите се търсачи,

going into the tunnel, into the nest,

които влизат в тунела, в мравуняка,

and meeting outgoing foragers on their way out.

срещайки излизащите търсачи по пътя им навън.

This makes sense for the ant colony,

Това има смисъл за колонията,

because the more food there is out there,

защото колкото повече храна има навън,

the more quickly the foragers find it,

толкова по-бързо търсачите я намират,

the faster they come back,

по-бързо се връщат

and the more foragers they send out.

и пращат повече търсачи навън.

The system works to stay stopped,

Системата стои в покой,

unless something positive happens.

освен ако не се случи нещо положително.

So interactions function to activate foragers.

Взаимодействията служат за активиране на търсачите.

And we've been studying the evolution of this system.

Ние изучаваме еволюцията на тази система.

First of all, there's variation.

Преди всичко има вариация.

It turns out that colonies are different.

Оказва се, че колониите са различни.

On dry days, some colonies forage less,

В сухите дни някои колонии излизат по-рядко за храна,

so colonies are different in how

тоест колониите се различават по начина

they manage this trade-off

на управление на баланса

between spending water to search for seeds

между изразходването на вода в търсене на семена

and getting water back in the form of seeds.

и възвръщането на водата във вид на семена.

And we're trying to understand why

Опитваме се да разберем защо

some colonies forage less than others

някои колонии търсят храна по-рядко от останалите

by thinking about ants as neurons,

чрез сравнението на мравките с неврони,

using models from neuroscience.

използвайки модели от невробиологията.

So just as a neuron adds up its stimulation

Точно както един неврон натрупва стимулациите си

from other neurons to decide whether to fire,

от други неврони, за да реши дали да се възбуди,

an ant adds up its stimulation from other ants

мравката събира стимулации от останалите мравки,

to decide whether to forage.

за да реши дали да излезе за храна.

And what we're looking for is whether there might be

Това, което търсим, е дали би могло да има

small differences among colonies

малки разлики между колониите

in how many interactions each ant needs

в броя на взаимодействията, от които всяка мравка се нуждае,

before it's willing to go out and forage,

за да пожелае да излезе и да търси храна,

because a colony like that would forage less.

защото такава колония би излизала по-рядко.

And this raises an analogous question about brains.

Това повдига аналогичен въпрос за мозъка.

We talk about the brain,

Говорим за мозъка,

but of course every brain is slightly different,

но всеки мозък, разбира се, малко се отличава

and maybe there are some individuals

и може би има определени хора

or some conditions

или условия,

in which the electrical properties of neurons are such

при които електрическите свойства на невроните са такива,

that they require more stimulus to fire,

че са им нужни повече стимули, за да се възбудят,

and that would lead to differences in brain function.

а това би довело до разлика във функционирането на мозъка.

So in order to ask evolutionary questions,

За да задаваме еволюционни въпроси,

we need to know about reproductive success.

трябва да познаваме репродуктивния успех.

This is a map of the study site

Това е карта на мястото на проучването,

where I have been tracking this population

където следя развитието на тази популация

of harvester ant colonies for 28 years,

от колонии на мравки-жътварки от 28 години –

which is about as long as a colony lives.

това е приблизително продължителността на живота им.

Each symbol is a colony,

Всеки символ е колония,

and the size of the symbol is how many offspring it had,

а големината на символа показва какво потомство е имала тя,

because we were able to use genetic variation

защото можем да използваме генетична вариация,

to match up parent and offspring colonies,

за да свържем родителска с потомствена колония,

that is, to figure out which colonies

т.е. да разберем кои колонии

were founded by a daughter queen

са били основани от царица-дъщеря,

produced by which parent colony.

произхождаща от определена родителска колония.

And this was amazing for me, after all these years,

За мен беше удивително след всички тези години

to find out, for example, that colony 154,

да открия например, че колония 154,

whom I've known well for many years,

която добре познавам от много години,

is a great-grandmother.

е прабаба.

Here's her daughter colony,

Ето дъщерната ѝ колония,

here's her granddaughter colony,

това е нейната колония-внучка,

and these are her great-granddaughter colonies.

а тези колонии са правнучките ѝ.

And by doing this, I was able to learn

Благодарение на тези връзки научих,

that offspring colonies resemble parent colonies

че потомствените колонии приличат на родителските

in their decisions about which days are so hot

в решенията за това кои дни са толкова горещи,

that they don't forage,

че няма да се излиза за храна.

and the offspring of parent colonies

Потомството на родителските колонии

live so far from each other that the ants never meet,

живее толкова далече, че мравките никога не се срещат

so the ants of the offspring colony

и мравките-потомци

can't be learning this from the parent colony.

не могат да научат това поведение от родителите си.

And so our next step is to look

Следващата ни стъпка бе да потърсим

for the genetic variation underlying this resemblance.

генетичната вариация, която стои зад тази прилика.

So then I was able to ask, okay, who's doing better?

И тогава можех да попитам, добре, кой се справя по-успешно?

Over the time of the study,

По време на проучването

and especially in the past 10 years,

и особено през последните 10 години,

there's been a very severe and deepening drought

имаше много голяма и влошаваща се суша

in the Southwestern U.S.,

в Югозападните щати

and it turns out that the colonies that conserve water,

и се оказа, че колониите, които съхраняват вода,

that stay in when it's really hot outside,

тези, които остават вътре, когато навън е наистина горещо

and thus sacrifice getting as much food as possible,

и така жертват събирането на възможно най-много храна,

are the ones more likely to have offspring colonies.

е по-вероятно да имат потомствени колонии.

So all this time, I thought that colony 154

През цялото време мислех, че колония 154

was a loser, because on really dry days,

е губеща, защото в изключително сухите дни

there'd be just this trickle of foraging,

излизаха съвсем малко търсачи,

while the other colonies were out

докато другите колонии бяха навън,

foraging, getting lots of food,

търсейки и намирайки много храна,

but in fact, colony 154 is a huge success.

но всъщност колония 154 се оказа много успешна.

She's a matriarch.

Тя е матриарх.

She's one of the rare great-grandmothers on the site.

Тя една от малкото прабаби на това място.

To my knowledge, this is the first time

Доколкото знам, за пръв път

that we've been able to track

успяваме да проследим

the ongoing evolution of collective behavior

продължаващата еволюция на колективното поведение

in a natural population of animals

при естествена популация на животни

and find out what's actually working best.

и разбираме какво на практика работи най-добре.

Now, the Internet uses an algorithm

Интернет използва алгоритъм

to regulate the flow of data

за регулиране на потока от данни,

that's very similar to the one

който много прилича на алгоритъма,

that the harvester ants are using to regulate

използван от мравките-жътварки за регулиране

the flow of foragers.

на потока търсачи на храна.

And guess what we call this analogy?

Познайте как наричаме тази аналогия!

The anternet is coming.

Идва мравконетът.

(Applause)

(Аплодисменти)

So data doesn't leave the source computer

По същия начин данните не напускат компютъра-първоизточник,

unless it gets a signal that there's enough bandwidth

докато не получат сигнал, че има достатъчно диапазон,

for it to travel on.

за да отпътуват.

In the early days of the Internet,

В зората на интернет,

when operating costs were really high

когато оперативните разходи били наистина големи

and it was really important not to lose any data,

и било истински важно да не се изгуби информация,

then the system was set up for interactions

системата била нагласена така, че взаимодействията да

to activate the flow of data.

активират потока от данни.

It's interesting that the ants are using an algorithm

Интересно е, че мравките използват алгоритъм

that's so similar to the one that we recently invented,

толкова близък до този, който ние неотдавна изобретихме,

but this is only one of a handful of ant algorithms

но това е само един от шепата техни алгоритми,

that we know about,

които са ни известни,

and ants have had 130 million years

а мравките са имали 130 милиона години

to evolve a lot of good ones,

да развият куп добри попадения

and I think it's very likely

и мисля, че е много вероятно

that some of the other 12,000 species

някои от останалите 12 000 вида

are going to have interesting algorithms

да имат интересни алгоритми

for data networks

за информационни мрежи,

that we haven't even thought of yet.

за които още не сме си и помисляли.

So what happens when operating costs are low?

А какво се случва, когато оперативните разходи са ниски?

Operating costs are low in the tropics,

Оперативните разходи са ниски в тропиците,

because it's very humid, and it's easy for the ants

защото е много влажно и е лесно за мравките

to be outside walking around.

да бъдат навън и да пълзят наоколо.

But the ants are so abundant

Но мравките там са толкова много

and diverse in the tropics

и толкова разнообразни,

that there's a lot of competition.

че има голяма конкуренция.

Whatever resource one species is using,

Какъвто и ресурс да използва един вид,

another species is likely to be using that

вероятно е и друг вид да го използва

at the same time.

в същото време.

So in this environment, interactions are used

Затова в тази среда взаимодействията се използват

in the opposite way.

по обратния начин.

The system keeps going

Системата продължава да работи,

unless something negative happens,

докато не се случи нещо отрицателно.

and one species that I study makes circuits

Един от видовете, които изучавам, прави кръгове

in the trees of foraging ants

от мравки-търсачи по дърветата,

going from the nest to a food source and back,

мравките се движат от мравуняка до източника на храна и обратно,

just round and round,

само в кръг,

unless something negative happens,

освен ако не се случи нещо отрицателно,

like an interaction

като среща

with ants of another species.

с мравки от друг вид.

So here's an example of ant security.

Ето един пример за охрана при мравките.

In the middle, there's an ant

По средата има една мравка,

plugging the nest entrance with its head

която запушва входа на мравуняка с главата си

in response to interactions with another species.

в отговор на взаимодействия с друг вид.

Those are the little ones running around

Това са малките мравки, които пълзят наоколо

with their abdomens up in the air.

с вдигнати нагоре коремчета.

But as soon as the threat is passed,

Но веднага щом опасността премине,

the entrance is open again,

входът отново се отваря

and maybe there are situations

и може би има ситуации

in computer security

в компютърната защита,

where operating costs are low enough

при които оперативните разходи са толкова ниски,

that we could just block access temporarily

че можем просто да блокираме достъпа временно

in response to an immediate threat,

в отговор на непосредствена заплаха

and then open it again,

и после отново да го отворим,

instead of trying to build

вместо да се опитваме да строим

a permanent firewall or fortress.

постоянна преграда или крепост.

So another environmental challenge

Друго предизвикателство на средата,

that all systems have to deal with

с което всички системи се сблъскват,

is resources, finding and collecting them.

са ресурсите – откриването и натрупването им.

And to do this, ants solve the problem

За да се справят с това, мравките решават проблема

of collective search,

на колективното търсене,

and this is a problem that's of great interest

а това е много интересен проблем

right now in robotics,

в момента за роботиката,

because we've understood that,

защото разбрахме, че

rather than sending a single,

вместо да изпратим навън

sophisticated, expensive robot out

един сложен, скъп робот

to explore another planet

да изследва друга планета

or to search a burning building,

или да претърсва горяща сграда,

that instead, it may be more effective

може би е по-ефективно

to get a group of cheaper robots

да вземем група по-евтини роботи,

exchanging only minimal information,

които обменят минимална информация –

and that's the way that ants do it.

точно така постъпват мравките.

So the invasive Argentine ant

Инвазивните аржентински мравки

makes expandable search networks.

създават големи мрежи за търсене.

They're good at dealing with the main problem

Те са добри в решаването на основния проблем

of collective search,

на колективното търсене –

which is the trade-off between

балансът между

searching very thoroughly

старателното търсене

and covering a lot of ground.

и покриването на голяма територия.

And what they do is,

when there are many ants in a small space,

Те правят следното:

когато има много мравки в малко пространство,

then each one can search very thoroughly

всяка от тях може да търси много усърдно,

because there will be another ant nearby

защото има и друга мравка наблизо,

searching over there,

която търси около себе си,

but when there are a few ants

но когато има едва няколко мравки

in a large space,

в широко пространство,

then they need to stretch out their paths

те трябва да удължат пътя си,

to cover more ground.

за да покрият повече площ.

I think they use interactions to assess density,

Мисля, че използват взаимодействията, за да преценят гъстотата си –

so when they're really crowded,

когато са цяла тълпа,

they meet more often,

се срещат по-често

and they search more thoroughly.

и търсят по-старателно.

Different ant species must use different algorithms,

Различните видове мравки използват различни алгоритми,

because they've evolved to deal with

защото в развитието си са имали работа с

different resources,

различни ресурси

and it could be really useful to know about this,

и би било истински полезно да научим за тях,

and so we recently asked ants

ето защо неотдавна помолихме мравките

to solve the collective search problem

да решат проблема на колективното търсене

in the extreme environment

в екстремна среда –

of microgravity

при безтегловност

in the International Space Station.

на Международната космическа станция.

When I first saw this picture, I thought,

Когато за пръв път видях тази снимка, си помислих:

Oh no, they've mounted the habitat vertically,

„О, не, монтирали са местообитанието вертикално!“,

but then I realized that, of course, it doesn't matter.

но после, разбира се, осъзнах, че няма значение.

So the idea here is that the ants

Идеята тук е, че мравките

are working so hard to hang on

полагат толкова големи усилия да се задържат

to the wall or the floor or whatever you call it

на стената или на пода или както там го наречем,

that they're less likely to interact,

че е по-малко вероятно да си взаимодействат

and so the relationship between

и така връзката между

how crowded they are and how often they meet

числеността им и честотата на срещите им

would be messed up.

ще се обърка.

We're still analyzing the data.

Все още анализираме данните.

I don't have the results yet.

Все още нямам резултати.

But it would be interesting to know

Но би било интересно да знаем

how other species solve this problem

как другите видове решават този проблем

in different environments on Earth,

на различни места по Земята,

and so we're setting up a program

затова започваме програма,

to encourage kids around the world

която да поощри децата по света

to try this experiment with different species.

да опитат този експеримент с различни видове.

It's very simple.

Той е много прост.

It can be done with cheap materials.

Може да се направи с евтини материали.

And that way, we could make a global map

Бихме могли да направим глобална карта

of ant collective search algorithms.

на алгоритмите за колективно търсене на мравките.

And I think it's pretty likely that the invasive species,

И мисля, че е много вероятно инвазивните видове,

the ones that come into our buildings,

тези които влизат в сградите ни,

are going to be really good at this,

да бъдат наистина добри в това,

because they're in your kitchen

защото са в кухнята ви,

because they're really good at finding food and water.

защото наистина са способни да намират храна и вода.

So the most familiar resource for ants

Най-познатият източник на храна за мравките

is a picnic,

е пикникът

and this is a clustered resource.

и той е изобилен източник.

When there's one piece of fruit,

Там, където има парченце плод

there's likely to be another piece of fruit nearby,

е вероятно да има и друго наблизо

and the ants that specialize on clustered resources

и мравките, специализирани в ресурси, събрани накуп

use interactions for recruitment.

използват взаимодействията за набиране на търсачи.

So when one ant meets another,

Когато една мравка срещне друга

or when it meets a chemical deposited

или попадне на химикал, оставен

on the ground by another,

по земята от друга мравка,

then it changes direction to follow

тя променя посоката си на движение

in the direction of the interaction,

според посоката на взаимодействието

and that's how you get the trail of ants

и точно така се получава веригата от мравки,

sharing your picnic.

които споделят пикника ви.

Now this is a place where I think we might be able

Мисля, че тук е мястото, където можем

to learn something from ants about cancer.

да научим нещо от мравките за рака.

I mean, first, it's obvious that we could do a lot

Имам предвид, че очевидно можем да направим много,

to prevent cancer

за да се предпазим от рак,

by not allowing people to spread around

като не позволяваме на хората да разпространяват

or sell the toxins that promote

или да продават токсините, които допринасят

the evolution of cancer in our bodies,

за развитието на рак в телата ни,

but I don't think the ants can help us much with this

но не мисля, че мравките могат да ни помогнат много с това,

because ants never poison their own colonies.

защото те никога не тровят собствените си колонии.

But we might be able to learn something from ants

Но може би можем да научим нещо от тях

about treating cancer.

във връзка с лечението на рака.

There are many different kinds of cancer.

Има много и различни видове рак.

Each one originates in a particular part of the body,

Всеки от тях възниква в определена част от тялото

and then some kinds of cancer will spread

и после някои видове се разпростират

or metastasize to particular other tissues

или образуват метастази в отделни други тъкани,

where they must be getting resources that they need.

където вероятно получават ресурсите, от които се нуждаят.

So if you think from the perspective

Ако помислите от гледната точка

of early metastatic cancer cells

на първите метастазни ракови клетки,

as they're out searching around

докато търсят наоколо

for the resources that they need,

ресурсите, от които се нуждаят,

if those resources are clustered,

ако тези ресурси са струпани на едно място,

they're likely to use interactions for recruitment,

метастазните клетки вероятно ще използват мобилизиращи взаимодействия

and if we can figure out how cancer cells are recruiting,

и ако разберем по какъв начин раковите клетки мобилизират останалите,

then maybe we could set traps

бихме могли да заложим капани

to catch them before they become established.

и да ги хванем преди да са се установили.

So ants are using interactions in different ways

И така, мравките използват взаимодействия по различни начини

in a huge variety of environments,

в огромно разнообразие от обкръжения

and we could learn from this

и бихме могли да се учим от тях

about other systems that operate

във връзка с други системи, които функционират

without central control.

без централно управление.

Using only simple interactions,

Използвайки само прости взаимодействия,

ant colonies have been performing

колониите на мравките са постигнали

amazing feats for more than 130 million years.

удивителни неща за повече от 130 милиона години.

We have a lot to learn from them.

Имаме много да учим от тях.

Thank you.

Благодаря ви.

(Applause)

(Аплодисменти)