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

Fordító: Orsolya Kiss Lektor: Péter Pallós

I study ants

Hangyákat tanulmányozok

in the desert, in the tropical forest

a sivatagban, az esőerdőkben,

and in my kitchen,

a saját konyhámban,

and in the hills around Silicon Valley where I live.

és a Szilícum-völgy környéki dombok közt, ahol élek.

I've recently realized that ants

Nemrég fedeztem fel,

are using interactions differently

hogy a hangyák az adott környezethez

in different environments,

igazítják interakcióikat.

and that got me thinking that we could learn from this

Emiatt jutott eszembe, hogy talán más rendszerek

about other systems,

is hasonlóan működhetnek.

like brains and data networks that we engineer,

Pl. az agy, vagy az adathálózataink,

and even cancer.

s talán még a rákos megbetegedések is.

So what all these systems have in common

Ezen rendszerek közös vonása,

is that there's no central control.

hogy nincs központi irányításuk.

An ant colony consists of sterile female workers --

Egy hangyakolónia meddő nőstény munkásokból áll.

those are the ants you see walking around —

Ezeket látjuk a felszínen sündörögni.

and then one or more reproductive females

Ezenfelül van még pár termékeny nőstény,

who just lay the eggs.

akik csak petét raknak.

They don't give any instructions.

Bár királynőnek nevezzük őket,

Even though they're called queens,

nem adnak ki parancsokat,

they don't tell anybody what to do.

nem mondják meg senkinek, mit csináljon.

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

Egy hangyakolóniában nincs uralkodó.

and all systems like this without central control

Mint minden központi irányítás nélküli rendszert,

are regulated using very simple interactions.

a hangyakolóniát is rendkívül egyszerű interakciók szabályozzák.

Ants interact using smell.

Ezek szag révén jönnek létre.

They smell with their antennae,

Páros csápjaikkal érzékelik a szagokat,

and they interact with their antennae,

így jön létre köztük interakció.

so when one ant touches another with its antennae,

Ha két hangya összeérinti csápjait,

it can tell, for example, if the other ant

megtudják egymásról,

is a nestmate

hogy azonos fészekből származnak-e,

and what task that other ant has been doing.

s milyen feladatot végez a másik éppen.

So here you see a lot of ants moving around

A felvételen sok-sok hangya futkos

and interacting in a lab arena

ide-oda egy laboratóriumi arénában,

that's connected by tubes to two other arenas.

melyet csövekkel két másikhoz csatoltunk.

So when one ant meets another,

Ha egy hangya találkozik társával,

it doesn't matter which ant it meets,

lényegtelen, hogy melyikkel,

and they're actually not transmitting

nem küldenek egymásnak

any kind of complicated signal or message.

semmiféle bonyolult jelet vagy üzenetet.

All that matters to the ant is the rate

Igazán csak az fontos nekik,

at which it meets other ants.

hogy milyen gyakran találkoznak másokkal.

And all of these interactions, taken together,

Az interakciók összessége

produce a network.

kialakít egy hálózatot.

So this is the network of the ants

Ezt a hálózatot az előző felvételen

that you just saw moving around in the arena,

látható hangyák hozták létre.

and it's this constantly shifting network

Ez az állandóan változó hálózat

that produces the behavior of the colony,

szabályozza a kolónia viselkedését.

like whether all the ants are hiding inside the nest,

Pl. meghatározza, mennyi hangya pihen a fészekben,

or how many are going out to forage.

s hogy mennyien indulnak táplálékot keresni.

A brain actually works in the same way,

Az agyműködés rendkívül hasonló.

but what's great about ants is

A hangyák esete azért kedvező,

that you can see the whole network as it happens.

mert itt pontosan megfigyelhetjük, hogyan jön létre egy hálózat.

There are more than 12,000 species of ants,

Több mint 12000 hangyafaj létezik

in every conceivable environment,

minden elképzelhető élőhelyen.

and they're using interactions differently

Az interakciókat más-másféleképpen,

to meet different environmental challenges.

a környezetüknek megfelelően használják.

So one important environmental challenge

Egy fontos környezeti kihívás,

that every system has to deal with

amellyel minden rendszer megküzd,

is operating costs, just what it takes

a működési költségek,

to run the system.

tehát a rendszer működtetésének ára.

And another environmental challenge is resources,

Egy másik kihívás az erőforrások

finding them and collecting them.

megtalálása és összegyűjtése.

In the desert, operating costs are high

A sivatagban, mivel kevés a víz,

because water is scarce,

magasak a működési költségek.

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

A sivatagi maggyűjtő hangyáknak

have to spend water to get water.

vizet kell használniuk a vízszerzéshez.

So an ant outside foraging,

Egy hangya, amely a kinti forróságban

searching for seeds in the hot sun,

magvakat keres,

just loses water into the air.

sok vizet párologtat.

But the colony gets its water

A kolónia úgy jut vízhez,

by metabolizing the fats out of the seeds

hogy a megevett magvak zsírját

that they eat.

anyagcserével átalakítja.

So in this environment, interactions are used

Ebben a környezetben az interakciók

to activate foraging.

serkentik a táplálékszerzést.

An outgoing forager doesn't go out unless

Egy dolgozó nem indul el, ha nincs közte

it gets enough interactions with returning foragers,

és a visszatérők közt elég interakció.

and what you see are the returning foragers

A felvételen pár dolgozó

going into the tunnel, into the nest,

épp visszatér a fészek járataiba,

and meeting outgoing foragers on their way out.

s találkoznak a kifelé tartó dolgozókkal.

This makes sense for the ant colony,

Ez kifizetődő a kolóniának.

because the more food there is out there,

Minél több odakinn az élelem, a dolgozók

the more quickly the foragers find it,

annál gyorsabban találnak rá,

the faster they come back,

s térnek vissza,

and the more foragers they send out.

s annál több indul ismét útnak.

The system works to stay stopped,

A rendszer nyugalomban marad,

unless something positive happens.

hacsak nincs egy pozitív esemény.

So interactions function to activate foragers.

Ebben az esetben az interakciók munkára serkentik a dolgozókat.

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

Mi a rendszer evolúciójával foglalkozunk.

First of all, there's variation.

Pl. az eltérésekkel.

It turns out that colonies are different.

Mint kiderült, minden kolónia más.

On dry days, some colonies forage less,

Száraz napokon némely kolónia kevesebb táplálékot szerez.

so colonies are different in how

Mindegyik kolónia másképp

they manage this trade-off

állítja elő az egyensúlyt

between spending water to search for seeds

a táplálékszerzésre kiadott

and getting water back in the form of seeds.

és magokban visszanyert víz között.

And we're trying to understand why

Mi azt kutatjuk, hogy egyes kolóniák

some colonies forage less than others

miért érik be másoknál kevesebb táplálékkal.

by thinking about ants as neurons,

Ehhez a hangyákat neuronoknak tekintjük,

using models from neuroscience.

és az idegtudománytól átvett modelleket használunk.

So just as a neuron adds up its stimulation

Ahogy a neuron összegzi, mielőtt továbbadná,

from other neurons to decide whether to fire,

a más neuronoktól kapott ingerületeket,

an ant adds up its stimulation from other ants

a hangya is összegzi a többiektől kapott ingerületeket,

to decide whether to forage.

mielőtt elindulna táplálékért.

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

Arra voltunk kíváncsiak,

small differences among colonies

hogy vannak-e a kolóniák közt eltérések.

in how many interactions each ant needs

Pl. hány interakció szükséges ahhoz,

before it's willing to go out and forage,

hogy egy hangya elinduljon táplálékért?

because a colony like that would forage less.

Magas szám esetén a kolónia "lustább".

And this raises an analogous question about brains.

Ez az agyról is hasonló kérdést vet fel.

We talk about the brain,

"Az" agyról beszélünk,

but of course every brain is slightly different,

de nyilván minden agy egyedi,

and maybe there are some individuals

s lehetnek olyan példányok,

or some conditions

illetve olyan körülmények,

in which the electrical properties of neurons are such

amelyekben a neuronok elektromos tulajdonságai miatt

that they require more stimulus to fire,

egy neuron több ingerületet igényel egy ingerület továbbadásához.

and that would lead to differences in brain function.

Emiatt különbségek jelennek meg az egyének agyműködése közt.

So in order to ask evolutionary questions,

Hogy evolucíós kérdéseket tehessünk fel,

we need to know about reproductive success.

ismernünk kell a reprodukció sikerességét.

This is a map of the study site

Ez a kutatási hely térképe,

where I have been tracking this population

ahol 28 éve követek nyomon

of harvester ant colonies for 28 years,

maggyűjtő hangyakolóniákat.

which is about as long as a colony lives.

Kb. ennyi ideig él egy kolónia.

Each symbol is a colony,

Mindegyik jel egy kolóniát jelképez,

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

a jelkép mérete pedig azt, hány utódkolóniája van.

because we were able to use genetic variation

A genetikai variációkból kiderült,

to match up parent and offspring colonies,

hogy melyek a szülő-, s melyek az utódkolóniák.

that is, to figure out which colonies

Más szóval azt, hogy melyik kolóniát

were founded by a daughter queen

alapította olyan királynő,

produced by which parent colony.

amely egy szülőkolóniából származott.

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

Lélegzetelállító felfedezés volt számomra,

to find out, for example, that colony 154,

hogy a 154-es kolónia,

whom I've known well for many years,

amelyet már sok éve jól ismerek,

is a great-grandmother.

dédanya.

Here's her daughter colony,

Ez a kolónia a "leánya",

here's her granddaughter colony,

ez a kolónia az unokája,

and these are her great-granddaughter colonies.

ezek pedig a dédunokái.

And by doing this, I was able to learn

Így figyeltem fel a szülő-

that offspring colonies resemble parent colonies

és utódkolóniák közti hasonlóságokra.

in their decisions about which days are so hot

Pl. hasonlóan döntenek arról, mely napok

that they don't forage,

túl forrók táplálékszerzésre.

and the offspring of parent colonies

A kolóniák olyan messze vannak egymástól,

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

hogy a hangyák sosem találkoznak.

so the ants of the offspring colony

Így nem tanulhatják el

can't be learning this from the parent colony.

a viselkedést az anyakolóniától.

And so our next step is to look

A következő logikus lépés

for the genetic variation underlying this resemblance.

megkeresni a hasonlóság alapjául szolgáló genetikai variációt.

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

Ezután arra voltam kíváncsi, melyik kolónia sikeresebb.

Over the time of the study,

A kutatás idején

and especially in the past 10 years,

s főleg az utóbbi évtizedben

there's been a very severe and deepening drought

egyre komolyabb aszály sújtotta

in the Southwestern U.S.,

az USA délnyugati részét.

and it turns out that the colonies that conserve water,

Kutatásunk szerint a vizet megőrző kolóniáknak,

that stay in when it's really hot outside,

tehát azoknak, amelyek dolgozói hőségben a fészekben maradnak,

and thus sacrifice getting as much food as possible,

s így lemondanak a maximális táplálékszerzésről,

are the ones more likely to have offspring colonies.

gyakrabban van utódkolóniájuk.

So all this time, I thought that colony 154

Bevallom, úgy véltem, hogy a 154-es kolónia

was a loser, because on really dry days,

nincs a helyzet magaslatán, mert igazán száraz napokon

there'd be just this trickle of foraging,

csak egy pár dolgozó járt-kelt ki-be,

while the other colonies were out

míg a többi kolónia

foraging, getting lots of food,

teljes gőzzel gyűjtögetett.

but in fact, colony 154 is a huge success.

Mint kiderült, a 154-es kolónia rendkívül sikeres.

She's a matriarch.

Királynője matriárka,

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

a helyszínünkön található kevés dédanya egyike.

To my knowledge, this is the first time

Tudomásom szerint ez az első alkalom,

that we've been able to track

hogy figyelemmel követhettük

the ongoing evolution of collective behavior

egy kollektív viselkedésforma folyamatban levő evolúcióját

in a natural population of animals

egy állatfaj természetes populációjában

and find out what's actually working best.

és felfedezhettük, hogy melyik a legsikeresebb viselkedésforma.

Now, the Internet uses an algorithm

Az internet egy algoritmust használ

to regulate the flow of data

az adatáramlás szabályozására.

that's very similar to the one

Ez nagyon hasonlít a maggyűjtő hangyák

that the harvester ants are using to regulate

algoritmusára, amellyel dolgozóik

the flow of foragers.

áramlását szabályozzák.

And guess what we call this analogy?

Találják ki, mi a hasonlóság neve?

The anternet is coming.

Anternet! [Hangya-net.]

(Applause)

(Taps)

So data doesn't leave the source computer

Az adatok nem hagyják el a forrásgépet

unless it gets a signal that there's enough bandwidth

amíg nem kap egy jelet,

for it to travel on.

hogy elegendő a sávszélesség.

In the early days of the Internet,

Az internet hajnalán

when operating costs were really high

az üzemeltetés költségei igen magasak voltak,

and it was really important not to lose any data,

s fontos volt az adatok pontos megőrzése,

then the system was set up for interactions

akkor építették be

to activate the flow of data.

az adatáramlást serkentő interakciókat.

It's interesting that the ants are using an algorithm

Érdekes, hogy a hangyák algoritmusa

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

ennyire hasonlít az internet adatáramlást irányító protokolljához.

but this is only one of a handful of ant algorithms

De a hangyák algoritmusa csak egyike azoknak,

that we know about,

amelyeket sikerült leírnunk.

and ants have had 130 million years

A hangyáknak pedig 130 millió évük volt

to evolve a lot of good ones,

sok ötletes algoritmus kifejlesztésére.

and I think it's very likely

Szerintem szinte biztos,

that some of the other 12,000 species

hogy a 12,000 másik hangyafaj közül

are going to have interesting algorithms

némelyik kirukkolt már egy-két hasznos algoritmussal

for data networks

pl. adathálózatokhoz,

that we haven't even thought of yet.

ami nekünk még álmunkban sem jutott eszünkbe.

So what happens when operating costs are low?

S mi van akkor, ha alacsonyak az üzemeltetési költségek?

Operating costs are low in the tropics,

Ez a helyzet pl. a trópusokon,

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

mert ott nagyon párás a levegő,

to be outside walking around.

s a hangyák könnyen mászkálhatnak odakinn.

But the ants are so abundant

A trópusokon olyan nagyszámú

and diverse in the tropics

és sok fajtájú hangya él,

that there's a lot of competition.

hogy igen komoly versenyhelyzet alakul ki köztük.

Whatever resource one species is using,

Ha egy faj új erőforrásra bukkan,

another species is likely to be using that

várható, hogy egy másik faj is

at the same time.

használni fogja.

So in this environment, interactions are used

Ebben a környezetben ellenkező célt

in the opposite way.

szolgálnak az interakciók.

The system keeps going

Negatív esemény híján

unless something negative happens,

a rendszer tovább működik.

and one species that I study makes circuits

Pl. egy faj, melyet megfigyeltem,

in the trees of foraging ants

a fészektől az élelemforrásig vezető,

going from the nest to a food source and back,

kör alakú utakat alakít ki a dolgozó hangyák fáin.

just round and round,

Addig köröznek rajtuk,

unless something negative happens,

amíg nincsen negatív esemény,

like an interaction

pl. egy interakció

with ants of another species.

egy másik faj dolgozóival.

So here's an example of ant security.

Itt a kolóniabiztonság egy példáját látjuk.

In the middle, there's an ant

Középen egy hangya betömi

plugging the nest entrance with its head

a fészek bejáratát a fejével,

in response to interactions with another species.

válaszképpen egy másik faj képviselőivel történt interakcióra.

Those are the little ones running around

Azok ott pici hangyák,

with their abdomens up in the air.

amelyek levegőbe meresztett potrohhal szaladgálnak.

But as soon as the threat is passed,

Amint a veszély elhárult,

the entrance is open again,

nyitva áll megint a fészek bejárata.

and maybe there are situations

Talán a számítógépes biztonságnál

in computer security

is előadódhat,

where operating costs are low enough

hogy alacsony működési költségek miatt

that we could just block access temporarily

csak ideiglenesen kell leszűkíteni a hozzáférést

in response to an immediate threat,

válaszképp egy közvetlen veszélyre,

and then open it again,

s ezután ismét mehet minden tovább.

instead of trying to build

Nem kell állandó tűzfal

a permanent firewall or fortress.

vagy erődítmény.

So another environmental challenge

Egy másik környezeti kihívás,

that all systems have to deal with

mellyel minden rendszernek

is resources, finding and collecting them.

meg kell birkóznia, az erőforrások felderítése és begyűjtése.

And to do this, ants solve the problem

A hangyák megoldották

of collective search,

a csoportos keresést.

and this is a problem that's of great interest

Ma ez a dilemma leginkább

right now in robotics,

a robotika lényeges kérdése.

because we've understood that,

Ma már tudjuk,

rather than sending a single,

hogy kevésbé hatékony

sophisticated, expensive robot out

egyetlen kifinomult, drága robotot

to explore another planet

egy bolygó felderítésére

or to search a burning building,

vagy égő épület átkutatására kiküldeni.

that instead, it may be more effective

Sokkal eredményesebb, ha egy csoport olcsó,

to get a group of cheaper robots

egymással csak kevés információt közlő

exchanging only minimal information,

robotot vetünk be ezekre a célokra.

and that's the way that ants do it.

A hangyák is ezt a megoldást választották.

So the invasive Argentine ant

Az argentin hangya például

makes expandable search networks.

bővíthető keresőhálózatokat hoz létre.

They're good at dealing with the main problem

Ügyes megoldást találtak pl.

of collective search,

a csoportos keresésre.

which is the trade-off between

Módszerük kompromisszum

searching very thoroughly

az alapos keresés és

and covering a lot of ground.

a nagy terep átkutatása között.

And what they do is,

when there are many ants in a small space,

Úgy működik ez,

hogy mikor sok hangya van kis területen,

then each one can search very thoroughly

akkor mindegyikük alaposan keres.

because there will be another ant nearby

Azért, mert közeli társai

searching over there,

szintén alaposan kutatnak.

but when there are a few ants

De mikor csak kevés hangya jut

in a large space,

nagy területre,

then they need to stretch out their paths

akkor mindegyik

to cover more ground.

igyekszik nagyobb területet lefedni.

I think they use interactions to assess density,

Az interakciókkal nyilván felmérik

so when they're really crowded,

a népsűrűséget; tömegben

they meet more often,

gyakrabban találkoznak,

and they search more thoroughly.

tehát alaposabban keresnek.

Different ant species must use different algorithms,

Minden fajnak más és más algoritmust kell használnia,

because they've evolved to deal with

mert másféle erőforrások

different resources,

kiaknázására adaptálódtak.

and it could be really useful to know about this,

Hasznos lenne ezt felmérni.

and so we recently asked ants

Nemrég szélsőséges körülmények közt

to solve the collective search problem

vizsgáltuk a hangyák csoportos

in the extreme environment

keresési viselkedését:

of microgravity

a Nemzetközi Űrállomás

in the International Space Station.

mikrogravitációs mezőjében.

When I first saw this picture, I thought,

A felvétel láttán megijedtem:

Oh no, they've mounted the habitat vertically,

"Jaj, függőlegesen szerelték be be az élőhelyet",

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

de persze ez édesmindegy.

So the idea here is that the ants

Az alapötlet az volt,

are working so hard to hang on

hogy a hangyák olyan erővel kapaszkodnak

to the wall or the floor or whatever you call it

a falba, a padlóba, vagy akárhogy is hívjuk,

that they're less likely to interact,

hogy valószínűleg kevesebb interakcióra lesz alkalmuk,

így a számuk és a találkozásaik

and so the relationship between

how crowded they are and how often they meet

gyakorisága közti viszony

would be messed up.

összezavarodna.

We're still analyzing the data.

Még elemezzük az adatokat,

I don't have the results yet.

hivatalos eredmény nincs még.

But it would be interesting to know

De érdekes lenne kideríteni,

how other species solve this problem

hogy más fajok hogyan birkóznak meg

in different environments on Earth,

ezzel a nehézséggel a Föld különböző pontjain.

and so we're setting up a program

Erre programot szervezünk,

to encourage kids around the world

melynek keretében világszerte

to try this experiment with different species.

gyerekek folytatnák ugyanezt a kísérletet.

It's very simple.

Nagyon egyszerű az egész.

It can be done with cheap materials.

Olcsó alapanyagokkal megoldható.

And that way, we could make a global map

Ily módon készíthetnénk egy világtérképet

of ant collective search algorithms.

a hangyák csoportos kereső algoritmusairól.

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

Szinte biztos, hogy azok a fajok,

the ones that come into our buildings,

amelyek az épületeinkbe is bemerészkednek,

are going to be really good at this,

kitűnő megoldásokat találtak.

because they're in your kitchen

Azért masíroznak fel-le a konyhában

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

mert tehetséges élelem- és vízfelderítők.

So the most familiar resource for ants

A hangyák legismertebb erőforrása

is a picnic,

a piknikkosár,

and this is a clustered resource.

tehát egy halmozott erőforrás.

When there's one piece of fruit,

Ha van ott egy körte,

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

lesz ott talán más gyümölcs is.

and the ants that specialize on clustered resources

A halmozott erőforrásokra specializálódott hangyák

use interactions for recruitment.

interakcióikat toborzásra használják.

So when one ant meets another,

Mikor két hangya összefut,

or when it meets a chemical deposited

vagy belebotlik egy társa

on the ground by another,

talajon hagyott feromonjaiba,

then it changes direction to follow

rögvest irányt változtat,

in the direction of the interaction,

s már megy is az interakció felé.

and that's how you get the trail of ants

Így lesz egy kíváncsiskodóból

sharing your picnic.

seregnyi falatozó hangya.

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

Itt akár a rákkezeléshez hasznos

to learn something from ants about cancer.

dolgokat is elleshetnénk a hangyáktól.

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

Persze a legtöbbet úgy tehetnénk

to prevent cancer

a rák megelőzése érdekében,

by not allowing people to spread around

ha nem engedélyeznénk

or sell the toxins that promote

a rákkeltő anyagok széleskörű

the evolution of cancer in our bodies,

terjesztését illetve eladását.

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

A hangyák itt nem tudnak segíteni,

because ants never poison their own colonies.

ugyanis sosem mérgezik a kolóniáikat.

But we might be able to learn something from ants

De talán mégis elleshetnénk

about treating cancer.

rákkezeléshez hasznos dolgokat tőlük.

There are many different kinds of cancer.

Sokféle rákmegbetegedés létezik.

Each one originates in a particular part of the body,

A test más-más részére specializálódtak.

and then some kinds of cancer will spread

Van olyan rákos megbetegedés is,

or metastasize to particular other tissues

amely a test távoli szöveteiben áttétesedik,

where they must be getting resources that they need.

ahol nyilván létfontosságú erőforrásokhoz jut.

So if you think from the perspective

Az áttétesedő ráksejtek

of early metastatic cancer cells

kicsit mintha a számukra létfontosságú

as they're out searching around

erőforrásokat fürkésznék,

for the resources that they need,

s ha valahol ezekre

if those resources are clustered,

halmozottan bukkannak rá, akkor alighanem

they're likely to use interactions for recruitment,

toborzásra használják interakciókat.

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

Ha kiderítjük, hogyan toborozzák az új ráksejteket,

then maybe we could set traps

akkor talán csapdába csalhatjuk őket,

to catch them before they become established.

s kialakulása előtt elcsíphetnénk az áttétet.

So ants are using interactions in different ways

A hangyák környezetüktől függően

in a huge variety of environments,

más-más célra vetik be az interakcióikat.

and we could learn from this

Ebből sokat tanulhatnánk

about other systems that operate

más központi irányítás

without central control.

nélküli rendszerekről.

Using only simple interactions,

Egyszerű interakciók felhasználásával

ant colonies have been performing

a hangyakolóniák

amazing feats for more than 130 million years.

hihetetlen eredményeket értek el az utóbbi 130 millió évben.

We have a lot to learn from them.

Érdemes őket figyelemmel kísérni.

Thank you.

Köszönöm a figyelmüket.

(Applause)

(Taps)