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

Deborah Gordon: Ce que les fourmis nous apprennent sur le cerveau, le cancer et Internet

Traducteur: Erwan Baconnier Relecteur: eric vautier

I study ants

J'observe les fourmis

in the desert, in the tropical forest

dans le désert, dans les forêts tropicales,

and in my kitchen,

dans ma cuisine

and in the hills around Silicon Valley where I live.

et dans les collines de la Silicon Valley où je vis.

I've recently realized that ants

J'ai compris que les fourmis

are using interactions differently

utilisaient les interactions

différemment selon leur environnement,

in different environments,

and that got me thinking that we could learn from this

et j'ai pensé qu'il y avait des leçons

about other systems,

à en tirer dans d'autres domaines

like brains and data networks that we engineer,

comme le fonctionnement du cerveau et les réseaux informatiques,

and even cancer.

ou même le cancer.

So what all these systems have in common

Ce que ces systèmes ont en commun,

is that there's no central control.

c'est l'absence de gestion centralisée.

An ant colony consists of sterile female workers --

Une colonie de fourmis se compose de femelles stériles, les ouvrières

those are the ants you see walking around —

- ce sont elles que l'on voit -

and then one or more reproductive females

et d'une ou plusieurs reines

who just lay the eggs.

qui se contentent de pondre des œufs.

They don't give any instructions.

Les reines n'envoient aucune consigne.

Even though they're called queens,

En dépit de leur nom,

they don't tell anybody what to do.

elles ne donnent d'ordre à personne.

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

Dans une colonie de fourmis, personne ne commande, et,

and all systems like this without central control

comme dans tous les systèmes sans gestion centralisée,

are regulated using very simple interactions.

la régulation s'opère par des interactions très simples.

Ants interact using smell.

Les fourmis interagissent via l'odorat.

They smell with their antennae,

Elles sentent avec leur antennes,

and they interact with their antennae,

et communiquent avec leurs antennes.

so when one ant touches another with its antennae,

Quand une fourmi en touche une autre avec ses antennes,

it can tell, for example, if the other ant

elle peut, par exemple, savoir

is a nestmate

si elle est de la même colonie,

and what task that other ant has been doing.

ainsi que le travail qu'elle est en train d'accomplir

So here you see a lot of ants moving around

Ici, on voit des fourmis qui se déplacent

and interacting in a lab arena

et interagissent sur un plateau,

that's connected by tubes to two other arenas.

relié à deux autres par des tubes.

So when one ant meets another,

Quand une fourmi en rencontre une autre,

it doesn't matter which ant it meets,

peu importe de laquelle il s'agit,

and they're actually not transmitting

elles ne se transmettent

any kind of complicated signal or message.

ni messages compliqués ni signaux élaborés.

All that matters to the ant is the rate

Tout ce qui importe à la fourmi,

at which it meets other ants.

c'est la vitesse à laquelle elle rencontre d'autres fourmis.

And all of these interactions, taken together,

L'ensemble de ces interactions

produce a network.

forment un réseau.

So this is the network of the ants

Il s'agit du réseau des fourmis

that you just saw moving around in the arena,

que l'on vient juste de voir évoluer sur le plateau,

and it's this constantly shifting network

et c'est ce réseau en mouvement permanent

that produces the behavior of the colony,

qui est à l'origine du comportement de la colonie,

like whether all the ants are hiding inside the nest,

amenant toutes les fourmis à se cacher dans le nid,

or how many are going out to forage.

ou déterminant combien partiront récolter.

A brain actually works in the same way,

Un cerveau fonctionne de même, mais

but what's great about ants is

ce qui est bien avec les fourmis

that you can see the whole network as it happens.

c'est que l'on peut voir le fonctionnement de l'ensemble du réseau en direct.

There are more than 12,000 species of ants,

Il y a plus de 12 000 espèces de fourmis,

in every conceivable environment,

évoluant dans tous les milieux imaginables,

and they're using interactions differently

et elles utilisent les interactions de façon différente,

to meet different environmental challenges.

selon les défis spécifiques de leur environnement.

So one important environmental challenge

Un des défis importants

that every system has to deal with

pour tout type de système

is operating costs, just what it takes

est celui de son coût de fonctionnement,

to run the system.

le minimum nécessaire pour le faire tourner.

And another environmental challenge is resources,

Un autre défi est celui des ressources,

finding them and collecting them.

qu'il faut trouver et collecter.

In the desert, operating costs are high

Dans le désert, le coût de fonctionnement est élevé,

because water is scarce,

parce que l'eau manque,

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

et les fourmis moissonneuses que j'y ai étudiées

have to spend water to get water.

doivent utiliser de l'eau pour obtenir de l'eau en retour.

So an ant outside foraging,

Une fourmi partie récolter des graines,

searching for seeds in the hot sun,

qui les cherche sous le soleil brûlant

just loses water into the air.

perd de l'eau.

But the colony gets its water

Mais la colonie obtient de l'eau

by metabolizing the fats out of the seeds

en métabolisant les graisses

that they eat.

des graines mangées.

So in this environment, interactions are used

Dans cet environnement, les interactions sont utilisées

to activate foraging.

pour déclencher la récolte :

An outgoing forager doesn't go out unless

une fourmi ne sort que si elle a eu

it gets enough interactions with returning foragers,

assez de contacts avec des fourmis qui reviennent.

and what you see are the returning foragers

On voit ici des fourmis qui reviennent

going into the tunnel, into the nest,

vers le nid et passent dans un tunnel,

and meeting outgoing foragers on their way out.

où elles rencontrent des fourmis qui sortent.

This makes sense for the ant colony,

Pour la colonie, ces rencontres

because the more food there is out there,

sont cruciales : plus il y a de nourriture,

the more quickly the foragers find it,

plus vite les fourmis la trouve, et

the faster they come back,

plus vite elles reviennent,

and the more foragers they send out.

et plus la colonie envoie de fourmis.

The system works to stay stopped,

Ce système fonctionne en restant à l'arrêt -

unless something positive happens.

sauf si quelque chose de positif arrive.

So interactions function to activate foragers.

Les interactions servent donc à déclencher l'envoi de moissonneuses.

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

Nous nous sommes intéressés à l'évolution de ce système.

First of all, there's variation.

Il y a des variations.

It turns out that colonies are different.

Il s’avère que les colonies sont différentes.

On dry days, some colonies forage less,

Les jours secs, certaines récoltent moins :

so colonies are different in how

chacune a sa manière propre

they manage this trade-off

de gérer le compromis

between spending water to search for seeds

entre, d'un côté, dépenser de l'eau pour chercher des graines

and getting water back in the form of seeds.

et, de l'autre, obtenir de l'eau via les graines.

And we're trying to understand why

Nous essayons de comprendre pourquoi

some colonies forage less than others

certaines colonies récoltent moins,

by thinking about ants as neurons,

en comparant les fourmis à des neurones,

using models from neuroscience.

et en utilisant des modèles des neurosciences.

So just as a neuron adds up its stimulation

Un neurone s'active en réponse aux stimulus

from other neurons to decide whether to fire,

envoyés par d'autres neurones.

an ant adds up its stimulation from other ants

De la même manière, une fourmi décidera ou non de récolter

to decide whether to forage.

en réponse aux signaux d'autres fourmis.

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

Nous cherchons s'il pourrait y avoir

small differences among colonies

de petites différences entre les colonies

in how many interactions each ant needs

quant au nombre d'interactions nécessaires

before it's willing to go out and forage,

avant qu'une fourmi n'aille récolter,

because a colony like that would forage less.

car une colonie dans ce cas récolterait moins.

And this raises an analogous question about brains.

Une problématique similaire existe pour le cerveau.

We talk about the brain,

Nous parlons du cerveau,

but of course every brain is slightly different,

mais, bien sûr, chaque cerveau est légèrement différent,

and maybe there are some individuals

et pour certaines personnes,

or some conditions

ou certaines conditions,

in which the electrical properties of neurons are such

les neurones, en raison de leurs propriétés électriques,

that they require more stimulus to fire,

pourraient ne s'activer qu'en présence de stimulus plus importants,

and that would lead to differences in brain function.

avec, par conséquent, des différences dans le fonctionnement du cerveau.

So in order to ask evolutionary questions,

Pour aborder les questions de biologie évolutive,

we need to know about reproductive success.

nous devons connaître le succès reproductif des colonies.

This is a map of the study site

Il s'agit d'un schéma du site

where I have been tracking this population

où j'ai suivi les colonies

of harvester ant colonies for 28 years,

de fourmis moissonneuses pendant 28 ans,

which is about as long as a colony lives.

soit à peu près la durée de vie d'une colonie.

Each symbol is a colony,

Chaque symbole représente une colonie,

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

et sa taille indique le nombre de ses colonies filles.

because we were able to use genetic variation

En tirant parti de variations génétiques,

to match up parent and offspring colonies,

nous avons pu relier colonies filles et parentes

that is, to figure out which colonies

c'est-à-dire déterminer quelles colonies

were founded by a daughter queen

ont été fondées par une fille

produced by which parent colony.

engendrée par telle ou telle colonie mère.

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

Ce qui a été exceptionnel pour moi

to find out, for example, that colony 154,

fut de découvrir, après toutes ses années, que la colonie 154,

whom I've known well for many years,

que je connais bien,

is a great-grandmother.

est arrière-grand-mère.

Here's her daughter colony,

Voici sa colonie fille,

here's her granddaughter colony,

ici sa petite-fille,

and these are her great-granddaughter colonies.

et là ses arrières-petites-filles.

And by doing this, I was able to learn

Ce faisant, j'ai appris

that offspring colonies resemble parent colonies

que les colonies filles ressemblent à leurs parentes

in their decisions about which days are so hot

dans leur choix de récolter ou non

that they don't forage,

lors d'une journée torride,

and the offspring of parent colonies

alors même qu'elles vivent si éloignées

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

que leurs fourmis ne se rencontrent jamais :

so the ants of the offspring colony

les fourmis de la colonie fille

can't be learning this from the parent colony.

n'ont pas pu l'apprendre de la colonie mère.

And so our next step is to look

L'étape suivante consistera

for the genetic variation underlying this resemblance.

à regarder les variations génétiques derrière cette ressemblance.

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

Je me suis dit : « Très bien, qui s'en sort le mieux ? »

Over the time of the study,

Sur la durée de l'observation,

and especially in the past 10 years,

surtout les 10 dernières années,

there's been a very severe and deepening drought

une sécheresse violente et croissante a frappé

in the Southwestern U.S.,

le sud-ouest des États-Unis,

and it turns out that the colonies that conserve water,

et il s'est avéré que les colonies qui préservent l'eau,

that stay in when it's really hot outside,

qui ne sortent pas quand il fait vraiment chaud dehors,

and thus sacrifice getting as much food as possible,

qui ne vont donc pas récolter le maximum de nourriture,

are the ones more likely to have offspring colonies.

sont celles les plus susceptibles d'avoir des colonies filles.

So all this time, I thought that colony 154

Je pensais que la colonie 154

was a loser, because on really dry days,

était du côté des perdantes car, les jours très secs,

there'd be just this trickle of foraging,

elle ne récoltait qu'à peine,

while the other colonies were out

alors que les autres colonies

foraging, getting lots of food,

sortaient, et récoltaient beaucoup,

but in fact, colony 154 is a huge success.

mais, en fait, la colonie 154 est une grande réussite.

She's a matriarch.

C'est une chef de famille.

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

C'est une des rares arrière-grand-mère du site

To my knowledge, this is the first time

A ma connaissance, c'est la première fois

that we've been able to track

qu'a pu être observée

the ongoing evolution of collective behavior

l'évolution d'un comportement collectif

in a natural population of animals

d'une population animale en milieu naturel,

and find out what's actually working best.

et pu être mis ainsi à jour ce qui fonctionne, de fait, le mieux.

Now, the Internet uses an algorithm

Internet utilise un algorithme

to regulate the flow of data

pour réguler les flux de données

that's very similar to the one

qui est très proche de celui

that the harvester ants are using to regulate

que les fourmis utilisent pour réguler

the flow of foragers.

les flux de moissonneuses.

And guess what we call this analogy?

On ne devrait plus parler de la Toile...

The anternet is coming.

... mais de la Fourmilière.

(Applause)

(Applaudissements)

So data doesn't leave the source computer

Ainsi, un ordinateur ne transmet des données

unless it gets a signal that there's enough bandwidth

que si un signal indique qu'il y a assez de bande passante

for it to travel on.

pour les acheminer.

In the early days of the Internet,

Quand, au début d'Internet,

when operating costs were really high

les coûts de fonctionnement étaient très élevés,

and it was really important not to lose any data,

et qu'il était très important de ne pas perdre de données,

then the system was set up for interactions

le système s'est organisé pour que ce soit

to activate the flow of data.

les interactions qui activent le flux de données.

It's interesting that the ants are using an algorithm

Il est intéressant que les fourmis utilisent

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

un algorithme aussi proche que celui que nous avons inventé,

but this is only one of a handful of ant algorithms

mais ce n'est qu'un des rares algorithmes

that we know about,

que nous connaissons,

and ants have had 130 million years

alors que les fourmis ont eu 130 millions d'années

to evolve a lot of good ones,

pour en développer de nombreux autres,

and I think it's very likely

et il y a de grandes chances

that some of the other 12,000 species

pour que certaines des 12 000 autres espèces

are going to have interesting algorithms

disposent d'algorithmes intéressants

for data networks

pour les réseaux

that we haven't even thought of yet.

auxquels nous n'avons pas encore pensé.

So what happens when operating costs are low?

Que se passe-t-il quand les coûts de fonctionnement sont faibles?

Operating costs are low in the tropics,

Ils le sont sous les tropiques,

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

grâce à l'humidité, qui permet aux fourmis

to be outside walking around.

de sortir récolter sans aucune peine.

But the ants are so abundant

Mais les fourmis y sont

and diverse in the tropics

si nombreuses et si variées,

that there's a lot of competition.

que la compétition y est intense.

Whatever resource one species is using,

Quand une espèce utilise une ressource,

another species is likely to be using that

il est très probable qu'une autre espèce l'utilise aussi

at the same time.

au même moment.

So in this environment, interactions are used

Dans ce type de milieu, les interactions sont utilisées

in the opposite way.

de façon opposée.

The system keeps going

Le système tourne, sauf si

unless something negative happens,

quelque chose de négatif arrive.

and one species that I study makes circuits

Une espèce que j'étudie fait des tours

in the trees of foraging ants

dans les arbres de fourmis moissonneuses,

going from the nest to a food source and back,

des allers-retours du nid à la source de nourriture,

just round and round,

continuellement, sauf si

unless something negative happens,

un événement négatif arrive,

like an interaction

par exemple un contact

with ants of another species.

avec une fourmi d'une autre espèce.

So here's an example of ant security.

Voici un exemple de défense chez les fourmis.

In the middle, there's an ant

Au milieu, une fourmi

plugging the nest entrance with its head

bloque l'entrée du nid avec sa tête,

in response to interactions with another species.

en réponse aux contacts avec les fourmis d'une autre espèce,

Those are the little ones running around

les petites que l'on voit autour,

with their abdomens up in the air.

avec leurs abdomens pointés vers le haut.

But as soon as the threat is passed,

Mais dès que la menace est passée

the entrance is open again,

l'entrée s'ouvre de nouveau,

and maybe there are situations

et, peut-être, il y a des cas

in computer security

en sécurité informatique

where operating costs are low enough

où les coûts de fonctionnement sont assez bas

that we could just block access temporarily

pour que l'on puisse simplement bloquer un accès temporairement,

in response to an immediate threat,

en réponse à une menace immédiate,

and then open it again,

avant de l'ouvrir de nouveau,

instead of trying to build

plutôt que de construire

a permanent firewall or fortress.

un pare-feu permanent ou une forteresse.

So another environmental challenge

Un autre défi

that all systems have to deal with

que rencontre tout système

is resources, finding and collecting them.

est celui des ressources, qu'il faut trouver et collecter.

And to do this, ants solve the problem

Les fourmis résolvent le problème

de la recherche collective,

of collective search,

and this is a problem that's of great interest

un problème de grande importance

right now in robotics,

en robotique,

because we've understood that,

parce que nous avons compris que,

rather than sending a single,

plutôt que d'envoyer un seul

sophisticated, expensive robot out

robot sophistiqué et coûteux

to explore another planet

pour explorer une planète

or to search a burning building,

ou un bâtiment en flammes,

that instead, it may be more effective

il était plus efficace

to get a group of cheaper robots

de réunir plusieurs robots moins coûteux

exchanging only minimal information,

échangeant entre eux des informations basiques,

and that's the way that ants do it.

de la même manière que les fourmis.

So the invasive Argentine ant

La fourmi, invasive, d'Argentine

makes expandable search networks.

met en place des réseaux de recherche extensibles.

They're good at dealing with the main problem

Elle traite efficacement le principal problème

of collective search,

de la recherche collective,

which is the trade-off between

qui est le compromis à trouver entre

searching very thoroughly

rechercher minutieusement

and covering a lot of ground.

et couvrir le plus de terrain possible.

And what they do is,

when there are many ants in a small space,

En pratique,

quand elles sont nombreuses dans un petit espace,

then each one can search very thoroughly

chacune recherche très minutieusement,

because there will be another ant nearby

parce qu'il y a une autre fourmi

searching over there,

juste à côté,

but when there are a few ants

mais quand il y a peu de fourmis

in a large space,

dans un large espace,

then they need to stretch out their paths

chacune allonge son parcours

to cover more ground.

pour couvrir plus de terrain.

I think they use interactions to assess density,

Je pense que leurs interactions servent à estimer la densité.

so when they're really crowded,

Quand l'espace est bondé,

they meet more often,

elles se rencontrent

and they search more thoroughly.

plus souvent, et cherchent plus minutieusement

Different ant species must use different algorithms,

Des espèces différentes doivent utiliser des algorithmes différents,

because they've evolved to deal with

car chacune a évolué pour s'occuper

different resources,

de ressources différentes,

and it could be really useful to know about this,

et il serait très utile de le savoir.

and so we recently asked ants

Nous avons demandé à des fourmis

to solve the collective search problem

de résoudre le problème de la recherche collective

in the extreme environment

dans l'environnement extrême

of microgravity

qu'est la micropesanteur,

in the International Space Station.

dans la Station Spatiale Internationale.

When I first saw this picture, I thought,

Voyant cette photo, j'ai pensé :

Oh no, they've mounted the habitat vertically,

« Oh non, ils l'ont mis à la verticale ! »,

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

avant de réaliser que, bien sûr, c'était sans importance.

So the idea here is that the ants

L'idée, c'est que les fourmis

are working so hard to hang on

fassent tant d'efforts pour s'accrocher

to the wall or the floor or whatever you call it

au mur ou, si vous préférez, au plafond,

that they're less likely to interact,

qu'elles ont moins de chances d'interagir,

and so the relationship between

et que le lien entre

how crowded they are and how often they meet

densité et fréquence des rencontres

would be messed up.

soit perturbé.

We're still analyzing the data.

Nous analysons les données.

I don't have the results yet.

Je n'ai pas encore les résultats.

But it would be interesting to know

Mais il serait intéressant de savoir

how other species solve this problem

comment d'autres espèces règlent ce problème

in different environments on Earth,

dans différents milieux du monde.

and so we're setting up a program

Nous créons un programme

to encourage kids around the world

pour encourager les enfants du monde entier

to try this experiment with different species.

à faire cette expérience avec différentes espèces.

It's very simple.

C'est très simple.

It can be done with cheap materials.

Le matériel nécessaire est peu coûteux.

And that way, we could make a global map

Et, ainsi, nous pourrions créer une carte mondiale

of ant collective search algorithms.

des algorithmes de recherche collective des fourmis.

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

Je pense qu'il est probable que les espèces invasives,

the ones that come into our buildings,

celles qui viennent dans nos bâtiments,

are going to be really good at this,

soient très douées pour ça,

because they're in your kitchen

car, si elles sont dans votre cuisine,

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

c'est parce qu'elles sont douées pour trouver à boire et à manger.

So the most familiar resource for ants

La ressource la plus connue des fourmis,

is a picnic,

c'est un pique-nique,

and this is a clustered resource.

et il s'agit d'une ressource concentrée.

When there's one piece of fruit,

S'il y a un fruit,

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

il est probable qu'il y en ait un autre à côté,

and the ants that specialize on clustered resources

et les fourmis spécialisées dans les ressources concentrées

use interactions for recruitment.

utilisent les interactions pour recruter.

So when one ant meets another,

Quand l'une croise une autre,

or when it meets a chemical deposited

ou tombe sur une substance

on the ground by another,

déposée sur le sol par une autre,

then it changes direction to follow

elle change alors de direction,

in the direction of the interaction,

suit celle de l'interaction,

and that's how you get the trail of ants

et vous avez des fourmis en file indienne

sharing your picnic.

partageant votre pique-nique.

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

Je pense que l'on aurait ici

to learn something from ants about cancer.

quelque chose à apprendre des fourmis sur le cancer.

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

Bien sûr, on peut faire beaucoup

to prevent cancer

pour éviter le cancer,

by not allowing people to spread around

en interdisant aux gens de répandre

or sell the toxins that promote

ou de vendre les toxines qui favorisent

the evolution of cancer in our bodies,

le développement du cancer dans nos corps,

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

mais je ne pense pas que l'on puisse là s'inspirer

because ants never poison their own colonies.

des fourmis, car elles n'empoisonnent jamais leur propre colonie.

But we might be able to learn something from ants

Mais on peut s'en inspirer

about treating cancer.

pour le traitement du cancer.

There are many different kinds of cancer.

Il y a de nombreux types de cancer.

Each one originates in a particular part of the body,

Chacun commence dans un endroit particulier du corps,

and then some kinds of cancer will spread

avant, pour certains, de se répandre

or metastasize to particular other tissues

- de métastaser- vers d'autres tissus,

where they must be getting resources that they need.

où ils obtiennent les ressources dont ils ont besoin.

So if you think from the perspective

Si l'on se met à la place

of early metastatic cancer cells

de métastases de cellules cancéreuses,

as they're out searching around

qui cherchent autour d'elles

for the resources that they need,

les ressources dont elles ont besoin,

if those resources are clustered,

si ces ressources sont concentrées,

they're likely to use interactions for recruitment,

elles utilisent probablement les interactions pour recruter,

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

et si nous pouvons comprendre comment ces cellules recrutent,

then maybe we could set traps

alors, peut-être, nous pourrions mettre des pièges

to catch them before they become established.

pour les attraper avant qu'elles ne soient bien installées.

So ants are using interactions in different ways

Les fourmis utilisent donc les interactions de différentes façons,

in a huge variety of environments,

dans une grande variété de milieux,

and we could learn from this

et elles peuvent nous aider à comprendre

about other systems that operate

d'autres systèmes qui fonctionnent

without central control.

sans gestion centralisée.

Using only simple interactions,

En n'utilisant que des interactions simples,

ant colonies have been performing

les colonies de fourmis ont pu

amazing feats for more than 130 million years.

réaliser des choses incroyables pendant plus de 130 millions d'années.

We have a lot to learn from them.

Nous avons beaucoup à apprendre d'elles.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)