Nicolas Perony: Puppies! Now that I've got your attention, complexity theory

Překladatel: Marta Gysel Korektor: Petr Jedelský

Science,

Věda.

science has allowed us to know so much

Věda nám umožnila poznat

about the far reaches of the universe,

nekonečné dálky vesmíru,

which is at the same time tremendously important

což je sice velmi důležité,

and extremely remote,

ale zároveň nesmírně vzdálené,

and yet much, much closer,

a přesto, mnohem blíže,

much more directly related to us,

mnohem více se nás přímo týká

there are many things we don't really understand.

mnoho věcí, kterým ne zcela rozumíme.

And one of them is the extraordinary

Jednou z nich je výjimečná

social complexity of the animals around us,

sociální komplexita zvířat kolem nás.

and today I want to tell you a few stories

Dnes vám chci povědět několik příběhů

of animal complexity.

o zvířecí komplexitě.

But first, what do we call complexity?

Ale nejdříve, co je to komplexita?

What is complex?

Co je komplexní?

Well, complex is not complicated.

Tedy, komplexní neznamená komplikované.

Something complicated comprises many small parts,

Komplikovaná věc obsahuje mnoho malých částí,

all different, and each of them

každá je jiná a každá

has its own precise role in the machinery.

má v soukolí vlastní přesnou roli.

On the opposite, a complex system

Naopak komplexní systém

is made of many, many similar parts,

se skládá z mnoha podobných součástí,

and it is their interaction

jejichž vzájemné působení

that produces a globally coherent behavior.

vytváří celkově provázané chování.

Complex systems have many interacting parts

Komplexní systémy mají mnoho součástí,

which behave according to simple, individual rules,

které se chovají podle jednoduchých, individuálních pravidel,

and this results in emergent properties.

což vytváří vyplývající vlastnosti.

The behavior of the system as a whole

Chování systému jako celku

cannot be predicted

nelze předvídat

from the individual rules only.

jen z individuálních pravidel.

As Aristotle wrote,

Jak napsal Aristoteles:

the whole is greater than the sum of its parts.

„Celek je víc než souhrn jeho částí.“

But from Aristotle, let's move onto

Ale přejděme od Aristotela

a more concrete example of complex systems.

ke konkrétnějšímu příkladu komplexního systému.

These are Scottish terriers.

Toto jsou skotští teriéři.

In the beginning, the system is disorganized.

Zpočátku je systém neorganizovaný.

Then comes a perturbation: milk.

Pak nastává nepokoj: mléko.

Every individual starts pushing in one direction

Každý jedinec se tlačí jedním směrem

and this is what happens.

a nastane toto.

The pinwheel is an emergent property

Větrník je vlastnost vznikající

of the interactions between puppies

díky interakcím mezi štěňaty,

whose only rule is to try to keep access to the milk

jejichž jediným pravidlem je udržet přístup k mléku

and therefore to push in a random direction.

a proto se strkají náhodným směrem.

So it's all about finding the simple rules

Takže se snažíme hledat jednoduchá pravidla,

from which complexity emerges.

ze kterých vzniká komplexita.

I call this simplifying complexity,

Říkám tomu zjednodušování komplexnosti,

and it's what we do at the chair of systems design

tím se zabýváme na katedře Systémového designu

at ETH Zurich.

na ETH v Curychu.

We collect data on animal populations,

Sbíráme údaje ze zvířecích populací,

analyze complex patterns, try to explain them.

analyzujeme komplexní vzory, hledáme pro ně vysvětlení.

It requires physicists who work with biologists,

K tomu je třeba práce fyziků a biologů,

with mathematicians and computer scientists,

matematiků a počítačových vědců,

and it is their interaction that produces

z jejichž spolupráce vzniká

cross-boundary competence

interdisciplinární schopnost

to solve these problems.

řešit tuto problematiku.

So again, the whole is greater

Takže opět, celek je víc

than the sum of the parts.

než souhrn jeho částí.

In a way, collaboration

Spolupráce je vlastně

is another example of a complex system.

dalším příkladem komplexního systému.

And you may be asking yourself

Možná si kladete otázku,

which side I'm on, biology or physics?

kde jsem já, na straně biologie nebo fyziky?

In fact, it's a little different,

V podstatě je to trošku jinak,

and to explain, I need to tell you

abych to vysvětlil, musím vám o sobě

a short story about myself.

povědět krátký příběh.

When I was a child,

Jako dítě jsem strašně rád

I loved to build stuff, to create complicated machines.

stavěl a vytvářel komplikované stroje.

So I set out to study electrical engineering

Proto jsem se dal na studia elektroinženýrství

and robotics,

a robotiky.

and my end-of-studies project

Mým závěrečným projektem

was about building a robot called ER-1 --

byla konstrukce robota jménem ER-1 --

it looked like this—

vypadal takto --

that would collect information from its environment

který sbíral informace ze svého okolí

and proceed to follow a white line on the ground.

a pohyboval se po bílé čáře na podlaze.

It was very, very complicated,

Byl velmi komplikovaný,

but it worked beautifully in our test room,

ale v naší zkušebně fungoval výborně.

and on demo day, professors had assembled to grade the project.

Přišel den, kdy se profesoři sešli k hodnocení projektu,

So we took ER-1 to the evaluation room.

tak jsme ER-1 vzali do učebny.

It turned out, the light in that room

Ukázalo se, že v té místnosti

was slightly different.

bylo trochu jiné světlo.

The robot's vision system got confused.

Vizuální systém robota byl zmaten.

At the first bend in the line,

V první zatáčce

it left its course, and crashed into a wall.

vyjel ze své dráhy a narazil do zdi.

We had spent weeks building it,

Stavěli jsme ho celé týdny,

and all it took to destroy it

a k jeho zničení stačila

was a subtle change in the color of the light

malinká změna v barvě světla

in the room.

v místnosti.

That's when I realized that

Tehdy jsem si uvědomil,

the more complicated you make a machine,

že čím složitější stroj,

the more likely that it will fail

tím větší pravděpodobnost, že selže

due to something absolutely unexpected.

kvůli něčemu naprosto neočekávanému.

And I decided that, in fact,

A rozhodl jsem se, že vlastně

I didn't really want to create complicated stuff.

nechci vytvářet komplikované věci.

I wanted to understand complexity,

Chtěl jsem porozumět složitosti,

the complexity of the world around us

komplexitě kolem nás

and especially in the animal kingdom.

a obzvláště v říši zvířat,

Which brings us to bats.

čímž se dostáváme k netopýrům.

Bechstein's bats are a common species of European bats.

Netopýr velkouchý je běžným evropským druhem netopýra.

They are very social animals.

Jsou to velmi společenská zvířata.

Mostly they roost, or sleep, together.

Spí, neboli hřadují, pohromadě.

And they live in maternity colonies,

Žijí v matriarchálních koloniích,

which means that every spring,

každé jaro se samičky

the females meet after the winter hibernation,

po přezimování shromáždí

and they stay together for about six months

a asi 6 měsíců společně

to rear their young,

vychovávají svá mláďata,

and they all carry a very small chip,

a všechny mají na sobě malinký čip,

which means that every time one of them

což znamená, že pokaždé, když některá z nich

enters one of these specially equipped bat boxes,

vletí do některé z těchto speciálně upravených budek,

we know where she is,

víme, kde je,

and more importantly,

a co je důležitější,

we know with whom she is.

víme, s kým je.

So I study roosting associations in bats,

Zabývám se tedy netopýřími zvyklostmi při hřadování,

and this is what it looks like.

což vypadá asi takto.

During the day, the bats roost

Během dne netopýři přebývají

in a number of sub-groups in different boxes.

v několika podskupinách v různých budkách.

It could be that on one day,

Jednoho dne je kolonie

the colony is split between two boxes,

rozdělena třeba ve dvou budkách,

but on another day,

ale jindy

it could be together in a single box,

může být celá v jediné budce

or split between three or more boxes,

nebo rozdělena ve třech nebo více budkách,

and that all seems rather erratic, really.

působí to opravdu velice chaoticky.

It's called fission-fusion dynamics,

Tuto pružnou dynamiku nazýváme fission-fusion,

the property for an animal group

vlastnost skupiny zvířat,

of regularly splitting and merging

kdy se různé podskupiny pravidelně

into different subgroups.

všelijak rozdělují a zase spojují.

So what we do is take all these data

Takže sesbíráme veškerá data

from all these different days

ze všech těchto dní

and pool them together

a sloučíme je,

to extract a long-term association pattern

abychom mohli rozpoznat dlouhodobé asociační vzory

by applying techniques with network analysis

použitím techniky síťové analýzy

to get a complete picture

a získali tak úplný přehled

of the social structure of the colony.

o sociální struktuře kolonie.

Okay? So that's what this picture looks like.

Je to jasné? Takto to tedy vypadá.

In this network, all the circles

V této síti jsou všechny kroužky

are nodes, individual bats,

jako uzly, netopýří jedinci,

and the lines between them

a linie mezi nimi jsou sociální spojení,

are social bonds, associations between individuals.

vztahy mezi jedinci.

It turns out this is a very interesting picture.

Získali jsme velmi zajímavý obrázek.

This bat colony is organized

Tato netopýří kolonie se skládá

in two different communities

ze dvou různých společenstev,

which cannot be predicted

která nelze předvídat

from the daily fission-fusion dynamics.

z každodenní fission-fusion dynamiky.

We call them cryptic social units.

Říkáme jim skryté sociální jednotky.

Even more interesting, in fact:

Ještě zajímavějším faktem je,

Every year, around October,

že každoročně, někdy v říjnu,

the colony splits up,

se kolonie rozdělí

and all bats hibernate separately,

a netopýři přezimují odděleně,

but year after year,

ale rok za rokem,

when the bats come together again in the spring,

když se netopýři zase na jaře sejdou,

the communities stay the same.

společenstva jsou zachována.

So these bats remember their friends

Takže tito netopýři si pamatují své přátele

for a really long time.

opravdu velmi dlouho.

With a brain the size of a peanut,

S mozkem o velikosti burského oříšku

they maintain individualized,

udržují individuální,

long-term social bonds,

dlouhodobé sociální vztahy.

We didn't know that was possible.

Nevěděli jsme, že to je možné.

We knew that primates

Věděli jsme, že primáti,

and elephants and dolphins could do that,

sloni a delfíni to dokáží,

but compared to bats, they have huge brains.

ale ve srovnání s netopýry mají velké mozky.

So how could it be

Takže jak je možné,

that the bats maintain this complex,

že netopýři udržují tuto komplexní,

stable social structure

stabilní sociální strukturu

with such limited cognitive abilities?

s tak omezenými poznávacími schopnostmi?

And this is where complexity brings an answer.

Zde nám komplexita přináší odpověď.

To understand this system,

Abychom tomuto systému porozuměli,

we built a computer model of roosting,

sestavili jsme počítačový model hřadování

based on simple, individual rules,

založený na prostých, individuálních pravidlech,

and simulated thousands and thousands of days

a simulovali tisíce a tisíce dní

in the virtual bat colony.

ve virtuální netopýří kolonii.

It's a mathematical model,

Je to matematický model,

but it's not complicated.

ale není složitý.

What the model told us is that, in a nutshell,

Ve zkratce, tento model nám ukázal,

each bat knows a few other colony members

že každý netopýr považuje několik dalších členů kolonie

as her friends, and is just slightly more likely

za své přátele a má sklon s nimi

to roost in a box with them.

hřadovat v budce.

Simple, individual rules.

Jednoduchá, individuální pravidla.

This is all it takes to explain

To je vše, co je třeba k vysvětlení

the social complexity of these bats.

sociální komplexity těchto netopýrů.

But it gets better.

Ale celá věc je ještě zajímavější.

Between 2010 and 2011,

V letech 2010 a 2011

the colony lost more than two thirds of its members,

kolonie přišla o více než dvě třetiny svých členů,

probably due to the very cold winter.

pravděpodobně kvůli velmi studené zimě.

The next spring, it didn't form two communities

Příštího jara nevznikla dvě společenstva

like every year,

jako každý rok,

which may have led the whole colony to die

což by pro kolonii mohlo znamenat zánik,

because it had become too small.

protože by byla příliš malá.

Instead, it formed a single, cohesive social unit,

Namísto toho vznikla jediná soudržná jednotka,

which allowed the colony to survive that season

což kolonii umožnilo přežít sezónu

and thrive again in the next two years.

a znovu se rozrůst v příštích dvou letech.

What we know is that the bats

Víme, že si netopýři nejsou vědomi,

are not aware that their colony is doing this.

že se toto s kolonií děje.

All they do is follow simple association rules,

Pouze se řídí jednoduchým sdružovacím pravidlem

and from this simplicity

a z této jednoduchosti

emerges social complexity

vzniká sociální komplexita,

which allows the colony to be resilient

díky které je kolonie odolná

against dramatic changes in the population structure.

vůči dramatickým změnám ve složení populace.

And I find this incredible.

Myslím, že to je neuvěřitelné.

Now I want to tell you another story,

Nyní vám povím jiný příběh,

but for this we have to travel from Europe

ale budeme muset z Evropy odcestovat

to the Kalahari Desert in South Africa.

do pouště Kalahari v jižní Africe.

This is where meerkats live.

Zde žijí surikaty.

I'm sure you know meerkats.

Surikaty určitě znáte.

They're fascinating creatures.

Jsou to fascinující stvoření.

They live in groups with a very strict social hierarchy.

Žijí ve skupinách s přísnou sociální hierarchií.

There is one dominant pair,

Je zde jeden dominantní pár

and many subordinates,

a mnoho podřízených,

some acting as sentinels,

někteří v roli hlídek,

some acting as babysitters,

jiní pečují o mláďata,

some teaching pups, and so on.

další je vychovávají a tak dále.

What we do is put very small GPS collars

Těmto zvířatům jsme dali

on these animals

malinké obojky s GPS,

to study how they move together,

abychom zjistili, jak se spolu pohybují

and what this has to do with their social structure.

a jak to souvisí s jejich sociální strukturou.

And there's a very interesting example

Zde vidíme velmi zajímavou ukázku

of collective movement in meerkats.

kolektivního pohybu surikat.

In the middle of the reserve which they live in

Uprostřed rezervace, kde žijí,

lies a road.

vede silnice.

On this road there are cars, so it's dangerous.

Na silnici jsou auta, takže je to nebezpečné.

But the meerkats have to cross it

Ale surikaty ji musí překročit

to get from one feeding place to another.

při cestě od jednoho zdroje potravy k druhému.

So we asked, how exactly do they do this?

Zajímalo nás, jak přesně to dělají?

We found that the dominant female

Přišli jsme na to, že dominantní samička

is mostly the one who leads the group to the road,

většinou skupinu k cestě přivede,

but when it comes to crossing it, crossing the road,

ale co se týče přechodu, překonání silnice,

she gives way to the subordinates,

dává přednost podřízeným,

a manner of saying,

jako kdyby říkala:

"Go ahead, tell me if it's safe."

„Prosím, jen běžte a ukažte mi, zda je to bezpečné.“

What I didn't know, in fact,

Ale nevěděli jsme,

was what rules in their behavior the meerkats follow

jakým pravidlem se surikaty ve svém chování řídí,

for this change at the edge of the group to happen

aby došlo k této změně na okraji skupiny

and if simple rules were sufficient to explain it.

a zda ji mohou vysvětlit jednoduchá pravidla.

So I built a model, a model of simulated meerkats

Takže jsem sestrojil model simulující surikaty,

crossing a simulated road.

jak přecházejí simulovanou silnici.

It's a simplistic model.

Je to zjednodušující model.

Moving meerkats are like random particles

Pohybující se surikaty jsou jako náhodné částice,

whose unique rule is one of alignment.

jejichž jediným pravidlem je seřazení.

They simply move together.

Prostě se drží pohromadě.

When these particles get to the road,

Když se částice dostanou k silnici,

they sense some kind of obstacle,

vycítí jakousi překážku

and they bounce against it.

a zastaví se o ni.

The only difference

Jediným rozdílem

between the dominant female, here in red,

mezi dominantní samičkou -- zde červeně --

and the other individuals,

a ostatními jedinci je,

is that for her, the height of the obstacle,

že pro ni je výška překážky,

which is in fact the risk perceived from the road,

neboli riziko, které silnice představuje,

is just slightly higher,

o něco málo vyšší,

and this tiny difference

a tento malý rozdíl

in the individual's rule of movement

v individuálním pravidle pohybu

is sufficient to explain what we observe,

stačí k vysvětlení toho, co jsme pozorovali,

that the dominant female

totiž že dominantní samička

leads her group to the road

přivede svou skupinu k silnici

and then gives way to the others

a pak dá přednost ostatním,

for them to cross first.

aby přešli jako první.

George Box, who was an English statistician,

Anglický statistik George Box

once wrote, "All models are false,

kdysi napsal: „Všechny modely jsou chybné,

but some models are useful."

ale některé modely jsou užitečné.“

And in fact, this model is obviously false,

V podstatě je tento model zjevně chybný,

because in reality, meerkats are anything but random particles.

protože surikaty rozhodně nejsou náhodné částice.

But it's also useful,

Ale také je užitečný,

because it tells us that extreme simplicity

protože nám ukazuje, že extrémní jednoduchost

in movement rules at the individual level

v pravidlech pohybu na individuální úrovni

can result in a great deal of complexity

může znamenat vysokou komplexitu

at the level of the group.

na úrovni skupiny.

So again, that's simplifying complexity.

Takže opět zde máme zjednodušování komplexity.

I would like to conclude

Rád bych z toho vyvodil

on what this means for the whole species.

závěry pro celý druh.

When the dominant female

Když dominantní samička

gives way to a subordinate,

dává přednost podřízeným,

it's not out of courtesy.

není to ze zdvořilosti.

In fact, the dominant female

Dominantní samička je vlastně

is extremely important for the cohesion of the group.

pro soudržnost skupiny velmi důležitá.

If she dies on the road, the whole group is at risk.

Pokud by na silnici zahynula, je celá skupina ohrožena.

So this behavior of risk avoidance

Takže toto vyhýbání se riziku

is a very old evolutionary response.

je evolučně velmi stará reakce.

These meerkats are replicating an evolved tactic

Surikaty kopírují rozvinutou taktiku

that is thousands of generations old,

starou tisíce generací

and they're adapting it to a modern risk,

a přizpůsobují ji moderním rizikům,

in this case a road built by humans.

v tomto případě silnici postavené lidmi.

They adapt very simple rules,

Přebírají velmi jednoduchá pravidla

and the resulting complex behavior

a výsledné komplexní chování

allows them to resist human encroachment

jim umožňuje odolat lidským zásahům

into their natural habitat.

do jejich přirozeného prostředí.

In the end,

Nakonec,

it may be bats which change their social structure

jsou to netopýři, kteří mění sociální strukturu

in response to a population crash,

v reakci na populační katastrofu,

or it may be meerkats

nebo jsou to surikaty,

who show a novel adaptation to a human road,

které projevují nebývalé přizpůsobení lidské silnici,

or it may be another species.

může to být i jiný druh.

My message here -- and it's not a complicated one,

Můj vzkaz -- a není to složitý vzkaz,

but a simple one of wonder and hope --

ale jednoduchý o zázraku a naději --

my message here is that animals

mým vzkazem je, že zvířata

show extraordinary social complexity,

projevují mimořádnou sociální komplexitu,

and this allows them to adapt

což jim umožňuje přizpůsobení

and respond to changes in their environment.

a odezvu na změny v jejich prostředí.

In three words, in the animal kingdom,

Třemi slovy, v království zvířat

simplicity leads to complexity

vede jednoduchost ke komplexnosti,

which leads to resilience.

která vede k odolnosti.

Thank you.

Děkuji vám.

(Applause)

(Potlesk)

Dania Gerhardt: Thank you very much, Nicolas,

Moderátorka: Děkuji, Nicolasi, za tento skvělý úvod.

for this great start. Little bit nervous?

Nejste nervózní?

Nicolas Perony: I'm okay, thanks.

NP: Ne, jsem v pohodě.

DG: Okay, great. I'm sure a lot of people in the audience

M: Skvělé. V publiku je určitě hodně lidí, které napadne vztáhnout i na lidi to,

somehow tried to make associations

between the animals you were talking about --

co zde o slyšeli o zvířatech -- o netopýrech a surikatách.

the bats, meerkats -- and humans.

You brought some examples:

Uvedl jste například, že samice jsou sociální,

The females are the social ones,

the females are the dominant ones,

že samice jsou dominantní. Nejsem si jistá, jak to kdo vidí.

I'm not sure who thinks how.

But is it okay to do these associations?

Je správné takto porovnávat?

Are there stereotypes you can confirm in this regard

Existují stereotypy, které lze vztáhnout na všechny živočišné druhy?

that can be valid across all species?

NP: Well, I would say there are also

NP: Řekl bych, že existují i opačné příklady.

counter-examples to these stereotypes.

For examples, in sea horses or in koalas, in fact,

Například mořští koníci nebo koaly,

it is the males who take care of the young always.

tam se o mláďata starají vždy samci.

And the lesson is that it's often difficult,

Závěrem bych řekl, že je často obtížné

and sometimes even a bit dangerous,

a občas i poněkud nebezpečné

to draw parallels between humans and animals.

porovnávat lidi a jiné živočišné druhy.

So that's it.

DG: Okay. Thank you very much for this great start.

M: Velmi děkuji za tento úvod. NP: Není zač.

Thank you, Nicolas Perony.

M: Děkujeme vám, Nicolasi Perony. (Potlesk)