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

Traduttore: Elisa Magni Revisore: Alice Esercitato

Studio le formiche

I study ants

in the desert, in the tropical forest

nel deserto, nella foresta tropicale

and in my kitchen,

e nella mia cucina,

and in the hills around Silicon Valley where I live.

e nelle colline che circondano la Silicon Valley, dove abito.

I've recently realized that ants

Di recente, mi sono accorta che le formiche

are using interactions differently

usano le interazioni diversamente

in different environments,

a seconda degli ambienti,

and that got me thinking that we could learn from this

e questo mi ha fatto pensare che, grazie a loro, possiamo

about other systems,

approfondire altri sistemi,

like brains and data networks that we engineer,

come il cervello e le reti di dati che progettiamo,

and even cancer.

e persino il cancro.

So what all these systems have in common

Perciò, quello che tutti questi sistemi hanno in comune

is that there's no central control.

è che non c'è un controllo centrale.

An ant colony consists of sterile female workers --

Una colonia di formiche consiste in formiche operaie femmine e sterili,

those are the ants you see walking around —

sono le formiche che vedete in giro,

and then one or more reproductive females

e poi ci sono una o più formiche che si riproducono

who just lay the eggs.

e depongono le uova e basta.

They don't give any instructions.

Non danno alcun tipo di istruzioni.

Even though they're called queens,

Sebbene si chiamino regine,

they don't tell anybody what to do.

non dicono a nessuno che cosa fare.

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

Perciò, nella colonia di formiche, non c'è un capo,

and all systems like this without central control

e tutti i sistemi che funzionano senza un controllo centrale

are regulated using very simple interactions.

sono regolati da interazioni molto semplici.

Ants interact using smell.

Le formiche interagiscono attraverso l'olfatto.

They smell with their antennae,

Sentono gli odori grazie alle loro antenne,

and they interact with their antennae,

e interagiscono con le loro antenne,

so when one ant touches another with its antennae,

così quando una formica ne tocca un'altra con le antenne,

it can tell, for example, if the other ant

ciò può indicare, per esempio, se l'altra formica

is a nestmate

è del suo stesso nido

and what task that other ant has been doing.

e che ruolo ha l'altra formica.

So here you see a lot of ants moving around

Qui vedete molte formiche che si muovono

and interacting in a lab arena

e interagiscono in un' istallazione di laboratorio

that's connected by tubes to two other arenas.

collegato a con dei tubi ad altre due.

So when one ant meets another,

Quando una formica ne incontra un'altra,

it doesn't matter which ant it meets,

non importa quale,

and they're actually not transmitting

in realtà non si trasmettono

any kind of complicated signal or message.

alcun tipo di segnale o messaggio complicato.

All that matters to the ant is the rate

Tutto ciò che importa alla formica è la frequenza

at which it meets other ants.

con cui incontra altre formiche.

And all of these interactions, taken together,

Tutte queste interazioni, se considerate insieme,

produce a network.

vanno a formare una rete.

So this is the network of the ants

Perciò, questa è la rete delle formiche

that you just saw moving around in the arena,

che avete appena visto muoversi nel laboratorio,

and it's this constantly shifting network

ed è una rete in continuo cambiamento

that produces the behavior of the colony,

che determina il comportamento della colonia,

like whether all the ants are hiding inside the nest,

come quando tutte le formiche si nascondono nel nido,

or how many are going out to forage.

o quante di loro escono in cerca di cibo.

A brain actually works in the same way,

Il cervello funziona esattamente allo stesso modo,

but what's great about ants is

ma la cosa fantastica delle formiche

that you can see the whole network as it happens.

è che si può vedere tutta la rete quando si forma.

There are more than 12,000 species of ants,

Ci sono più di 12 mila specie di formiche,

in every conceivable environment,

in ogni ambiente immaginabile,

and they're using interactions differently

e usano le interazioni in modo diverso

to meet different environmental challenges.

per affrontare sfide ambientali diverse.

So one important environmental challenge

Un' importante sfida ambientale

that every system has to deal with

che ogni sistema deve affrontare

is operating costs, just what it takes

è costituita dai costi di operatività,

to run the system.

cioè quello che serve per far funzionare il sistema.

And another environmental challenge is resources,

E un'altra sfida ambientale sono le risorse,

finding them and collecting them.

trovarle e raccoglierle.

In the desert, operating costs are high

Nel deserto, i costi di operatività sono alti

because water is scarce,

perché l'acqua è scarsa,

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

e le formiche che si nutrono di semi, quelle che studio nel deserto,

have to spend water to get water.

devono disperdere acqua per avere acqua.

So an ant outside foraging,

Quindi, una formica in cerca di cibo,

searching for seeds in the hot sun,

di semi essiccati al sole,

just loses water into the air.

disperde acqua nell'aria.

But the colony gets its water

Ma la colonia ottiene l'acqua

by metabolizing the fats out of the seeds

metabolizzando i grassi dei semi

that they eat.

che mangiano.

So in this environment, interactions are used

In quest'ambiente, le interazioni vengono usate

to activate foraging.

per attivare la ricerca di cibo.

An outgoing forager doesn't go out unless

Una foraggera che sta per uscire non lo fa a meno che

it gets enough interactions with returning foragers,

non abbia interazioni sufficienti con le foraggere che ritornano alla colonia,

and what you see are the returning foragers

e qui vedete le foraggere che ritornano

going into the tunnel, into the nest,

e vanno nella galleria del formicaio

and meeting outgoing foragers on their way out.

e incontrano le foraggere che stanno uscendo.

This makes sense for the ant colony,

Questo è sensato per la colonia di formiche

because the more food there is out there,

perché più cibo c'è nell'ambiente,

the more quickly the foragers find it,

più velocemente lo trovano le foraggere,

the faster they come back,

più velocemente ritornano,

and the more foragers they send out.

e più formiche mandano fuori dal nido.

The system works to stay stopped,

Il sistema funziona per restare stabile,

unless something positive happens.

a meno che non succeda qualcosa di positivo.

So interactions function to activate foragers.

Perciò, le interazioni funzionano per attivare le foraggere.

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

E ho studiato l'evoluzione di questo sistema.

First of all, there's variation.

Prima di tutto, ci sono varianti.

It turns out that colonies are different.

Risulta che le colonie sono diverse.

On dry days, some colonies forage less,

Nelle giornate afose, alcune colonie raccolgono meno cibo,

so colonies are different in how

perciò le colonie si differenziano

they manage this trade-off

per come gestiscono il compromesso

between spending water to search for seeds

tra la dispersione dell'acqua per cercare i semi

and getting water back in the form of seeds.

e riottenere l'acqua sotto forma di semi.

And we're trying to understand why

E stiamo cercando di capire perché

some colonies forage less than others

alcune colonie vanno in cerca di cibo meno di altre

by thinking about ants as neurons,

paragonando le formiche ai neuroni,

using models from neuroscience.

usando modelli neuroscientifici.

So just as a neuron adds up its stimulation

Proprio come un neurone combina la stimolazione

from other neurons to decide whether to fire,

degli altri neuroni per decidere se reagire o no,

an ant adds up its stimulation from other ants

una formica combina le stimolazioni delle altre formiche

to decide whether to forage.

per decidere se andare in cerca di cibo o no.

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

E stiamo cercando di scoprire se ci possano essere

small differences among colonies

piccole differenze tra le colonie

in how many interactions each ant needs

sulla quantità di interazioni necessarie a ogni formica

before it's willing to go out and forage,

prima che sia disposta ad andare in cerca di provviste,

because a colony like that would forage less.

perché una colonia del genere va meno in cerca di cibo.

And this raises an analogous question about brains.

E questo solleva una questione analoga sul cervello.

We talk about the brain,

Abbiamo parlato del cervello,

but of course every brain is slightly different,

ma ovviamente ogni cervello è leggermente diverso dagli altri,

and maybe there are some individuals

e forse ci sono alcuni individui

or some conditions

o alcune condizioni

in which the electrical properties of neurons are such

in cui le proprietà elettriche dei neuroni

that they require more stimulus to fire,

sono tali da richiedere maggiori stimoli per reagire,

and that would lead to differences in brain function.

e ciò porterebbe a differenze nelle funzioni del cervello.

So in order to ask evolutionary questions,

Dunque, per fare domande sull'evoluzione,

we need to know about reproductive success.

dobbiamo conoscere il successo riproduttivo.

This is a map of the study site

Ecco la mappa del sito di studio

where I have been tracking this population

dove ho osservato questa popolazione

of harvester ant colonies for 28 years,

di colonie di formiche mietitrici per 28 anni,

which is about as long as a colony lives.

ossia circa la durata vita di una colonia.

Each symbol is a colony,

Ogni simbolo rappresenta una colonia

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

e la grandezza del simbolo indica il numero delle formiche figlie,

because we were able to use genetic variation

perché possiamo usare la variazione genetica

to match up parent and offspring colonies,

per combinare le colonie genitrici con le colonie figlie,

that is, to figure out which colonies

ossia, capire quali colonie

were founded by a daughter queen

sono state fondate dalla figlia di una regina

produced by which parent colony.

generata da quale colonia.

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

Ed è stato straordinario per me, dopo tutti questi anni,

to find out, for example, that colony 154,

scoprire che, per esempio, quella colonia 154

whom I've known well for many years,

che conoscevo bene da molti anni,

is a great-grandmother.

era una bisnonna.

Here's her daughter colony,

Ecco la sua colonia figlia,

here's her granddaughter colony,

ecco la colonia di sua nipote,

and these are her great-granddaughter colonies.

e queste sono le colonie della sua pronipote.

And by doing this, I was able to learn

E facendo questo, ho anche scoperto

that offspring colonies resemble parent colonies

che le colonie figlie assomigliano a quelle genitrici

in their decisions about which days are so hot

quando decidono di non uscire in cerca di cibo

that they don't forage,

perché fa troppo caldo,

and the offspring of parent colonies

e le figlie delle colonie genitrici

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

vivono talmente lontane le une dalle altre che le formiche non s'incontrano mai,

so the ants of the offspring colony

così le formiche della colonia figlia

can't be learning this from the parent colony.

non possono averlo imparato dalla colonia genitrice.

And so our next step is to look

E pertanto la prossima cosa da fare è cercare

for the genetic variation underlying this resemblance.

la variazione genetica che sottolinea questa somiglianza.

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

E poi mi sono chiesta: "Qual è la migliore?"

Over the time of the study,

Durante la mia ricerca,

and especially in the past 10 years,

e in particolare negli ultimi 10 anni,

there's been a very severe and deepening drought

c'è stata una siccità grave e persistente

in the Southwestern U.S.,

nel sud-ovest degli Stati Uniti,

and it turns out that the colonies that conserve water,

e risulta che le colonie che conservano l'acqua,

that stay in when it's really hot outside,

che restano nel nido quando fuori fa molto caldo,

and thus sacrifice getting as much food as possible,

e così rinunciano a raccogliere quanto più cibo possibile,

are the ones more likely to have offspring colonies.

sono quelle che hanno maggiori probabilità di riprodursi.

So all this time, I thought that colony 154

Perciò, per tutto questo tempo, pensavo che la colonia 154

was a loser, because on really dry days,

fosse una perdente, perché nelle giornate afose,

there'd be just this trickle of foraging,

c'era solo una piccola fila di formiche che usciva in cerca di provviste,

while the other colonies were out

mentre le altre colonie erano fuori

foraging, getting lots of food,

a cercare cibo, a raccogliere molte provviste,

but in fact, colony 154 is a huge success.

ma, in effetti, la colonia 154 è una grande vincitrice.

She's a matriarch.

È matriarca.

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

È una delle rare bisnonne sul posto.

To my knowledge, this is the first time

A quanto ne so, questa è la prima volta che

that we've been able to track

sono riuscita a seguire

the ongoing evolution of collective behavior

la continua evoluzione del comportamento collettivo

in a natural population of animals

nella popolazone naturale di animali

and find out what's actually working best.

e scoprire che cosa funziona meglio.

Now, the Internet uses an algorithm

Internet usa un algoritmo

to regulate the flow of data

per regolare il flusso dei dati.

that's very similar to the one

È molto simile a quello che

that the harvester ants are using to regulate

le formiche mietitrici usano per regolare

the flow of foragers.

il flusso delle formiche foraggere.

And guess what we call this analogy?

E indovinate come chiamiamo questa analogia?

The anternet is coming.

Sta arrivando l'anternet. [ant = formica]

(Applause)

(Applausi)

So data doesn't leave the source computer

I dati non lasciano il computer remoto

unless it gets a signal that there's enough bandwidth

a meno che non ricevano un segnale indicante una larghezza

for it to travel on.

di banda sufficiente su cui viaggiare.

In the early days of the Internet,

Agli inizi di internet,

when operating costs were really high

i costi operativi erano altissimi

and it was really important not to lose any data,

ed era molto importante non perdere alcun dato,

then the system was set up for interactions

poi il sistema è stato programmato per avere interazioni

to activate the flow of data.

che attivassero il flusso dei dati.

It's interesting that the ants are using an algorithm

È interessante sapere che le formiche usano un algoritmo

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

che è molto simile a quello che abbiamo inventato noi poco tempo fa,

but this is only one of a handful of ant algorithms

ma questo è solamente uno dei tanti algoritmi delle formiche

that we know about,

di cui siamo al corrente,

and ants have had 130 million years

e le formiche hanno avuto 130 milioni di anni

to evolve a lot of good ones,

per svilupparne molti altri,

and I think it's very likely

e penso che sia molto probabile

that some of the other 12,000 species

che alcune delle altre 12 mila specie

are going to have interesting algorithms

svilupperanno algoritmi interessanti

for data networks

per le reti di dati

that we haven't even thought of yet.

a cui noi non abbiamo ancora pensato.

So what happens when operating costs are low?

Perciò, che cosa succede quando i costi operativi sono bassi?

Operating costs are low in the tropics,

I costi operativi sono bassi ai tropici,

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

perché c'è molta umidità, ed è facile che le formiche

to be outside walking around.

escano dal nido.

But the ants are so abundant

Ma le formiche sono così tante

and diverse in the tropics

e svariate ai tropici

that there's a lot of competition.

che c'è molta competizione.

Whatever resource one species is using,

Qualsiasi risorsa stia usando una specie,

another species is likely to be using that

è probabile che anche altre specie la stiano usando

at the same time.

nello stesso momento.

So in this environment, interactions are used

Quindi, in questo ambiente le interazioni sono usate

in the opposite way.

in modo opposto.

The system keeps going

Il sistema continua a funzionare

unless something negative happens,

a meno che non succeda qualcosa di negativo,

and one species that I study makes circuits

e una specie che studio crea circuiti

in the trees of foraging ants

negli alberi delle formiche foraggere

going from the nest to a food source and back,

che vanno avanti e indietro dal nido al cibo,

just round and round,

in continuazione,

unless something negative happens,

a meno che non accada qualcosa di negativo

like an interaction

come un'interazione

with ants of another species.

con formiche di un'altra specie.

So here's an example of ant security.

Ecco un esempio di sicurezza delle formiche.

In the middle, there's an ant

Al centro, c'è una formica

plugging the nest entrance with its head

che chiude l'entrata del nido con la testa

in response to interactions with another species.

in risposta alle interazioni con un'altra specie.

Those are the little ones running around

Sono quelle piccole che corrono in giro

with their abdomens up in the air.

con la pancia in su.

But as soon as the threat is passed,

Ma non appena la minaccia svanisce,

the entrance is open again,

l'entrata viene riaperta,

and maybe there are situations

e forse ci sono casi

in computer security

di sicurezza informatica

where operating costs are low enough

dove i costi operativi sono abbastanza bassi

that we could just block access temporarily

da poter bloccare l'accesso momentaneamente

in response to an immediate threat,

in risposta a una minaccia immediata,

and then open it again,

e poi riaprirlo,

instead of trying to build

invece di cercare di costruire

a permanent firewall or fortress.

un firewall o una protezione permanenti.

So another environmental challenge

Quindi, un'altra sfida ambientale

that all systems have to deal with

che tutti i sistemi devono affrontare

is resources, finding and collecting them.

sono le risorse, trovarle e raccoglierle.

And to do this, ants solve the problem

E per fare questo, le formiche risolvono il problema

of collective search,

della ricerca collettiva,

and this is a problem that's of great interest

e questo è un problema di grande interesse

right now in robotics,

ora nella robotica,

because we've understood that,

perché abbiamo capito che,

rather than sending a single,

piuttosto che mandare un solo

sophisticated, expensive robot out

robot sofisticato e costoso

to explore another planet

a esplorare un altro pianeta

or to search a burning building,

o a perlustrare un edificio in fiamme,

that instead, it may be more effective

può essere più efficace

to get a group of cheaper robots

avere un insieme di robot più economici

exchanging only minimal information,

per scambiare solo le informazioni indispensabili,

and that's the way that ants do it.

ed è quello che fanno le formiche.

So the invasive Argentine ant

Allora, la formica invasiva argentina

makes expandable search networks.

crea reti di ricerca estese,

They're good at dealing with the main problem

sono brave a gestire il problema principale

of collective search,

della ricerca collettiva,

which is the trade-off between

ossia il compromesso tra

searching very thoroughly

la ricerca accurata

and covering a lot of ground.

e l'occupazione di tanto terreno.

And what they do is,

when there are many ants in a small space,

Ecco ciò che fanno:

quando ci sono molte formiche in poco spazio,

then each one can search very thoroughly

ognuna di loro può cercare in modo molto accurato

because there will be another ant nearby

perché nelle vicinanze ci sarà un'altra formica

searching over there,

che cerca in quel posto,

but when there are a few ants

ma quando ci sono poche formiche

in a large space,

in uno spazio più ampio,

then they need to stretch out their paths

devono allungare i percorsi

to cover more ground.

per sondare più terreno.

I think they use interactions to assess density,

Penso che usino le interazioni per valutare la densità,

so when they're really crowded,

perciò quando ce ne sono tante,

they meet more often,

s'incontrano più spesso,

and they search more thoroughly.

e cercano in modo più accurato.

Different ant species must use different algorithms,

Specie di formiche diverse devono usare algoritmi diversi

because they've evolved to deal with

perché si sono evolute per gestire

different resources,

risorse diverse,

and it could be really useful to know about this,

e potrebbe essere utile saperlo,

and so we recently asked ants

e così di recente abbiamo chiesto alle formiche

to solve the collective search problem

di risolvere il problema della ricerca collettiva

in the extreme environment

nell'ambiente estremo

of microgravity

della microgravità

in the International Space Station.

nella Stazione Spaziale Internazionale.

When I first saw this picture, I thought,

Quando ho visto questa foto per la prima volta ho pensato:

Oh no, they've mounted the habitat vertically,

"Oh no, hanno coperto l'habitat in verticale,

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

ma poi mi sono resa conto che, ovviamente, non è importante.

So the idea here is that the ants

L'idea è che le formiche

are working so hard to hang on

lavorano così duramente per stare attaccate

to the wall or the floor or whatever you call it

al muro o al pavimento o come altro preferite chiamarlo

that they're less likely to interact,

che è meno probabile che interagiscano,

and so the relationship between

e in questo modo il rapporto tra

how crowded they are and how often they meet

quanto sono numerose e quante volte s'incontrano

would be messed up.

risulterebbe sbilanciato.

We're still analyzing the data.

Stiamo ancora analizzando i dati.

I don't have the results yet.

Non ho ancora i risultati.

But it would be interesting to know

Ma sarebbe interessante sapere

how other species solve this problem

come le altre specie risolvono questo problema

in different environments on Earth,

in ambienti diversi della Terra,

and so we're setting up a program

e perciò stiamo mettendo a punto un programma

to encourage kids around the world

per incoraggiare i bambini di tutto il mondo

to try this experiment with different species.

a provare questo esperimento con specie diverse.

It's very simple.

È molto semplice.

It can be done with cheap materials.

Si può fare con materiali che costano poco.

And that way, we could make a global map

E in questo modo, potremmo tracciare una mappa globale

of ant collective search algorithms.

degli algoritmi di ricerca collettiva.

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

E penso sia piuttosto probabile che le specie invasive,

the ones that come into our buildings,

quelle che troviamo nelle nostre case,

are going to be really good at this,

saranno molto brave a farlo

because they're in your kitchen

perché sono nella vostra cucina

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

perché sono bravissime a trovare cibo e acqua.

So the most familiar resource for ants

La risorsa per le formiche che conosciamo meglio

is a picnic,

sono i pic-nic,

and this is a clustered resource.

e si tratta di una risorsa a grappolo.

When there's one piece of fruit,

Quando c'è un pezzo di frutta,

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

probabilmente ce ne sarà un altro lì vicino,

and the ants that specialize on clustered resources

e le formiche che si specializzano sulle risorse a grappolo

use interactions for recruitment.

usano le interazioni per il reclutamento.

So when one ant meets another,

Quindi quando una formica ne incontra un'altra,

or when it meets a chemical deposited

o quando incontra una sostanza chimica lasciata

on the ground by another,

per terra da un'altra,

then it changes direction to follow

allora cambia la direzione da seguire

in the direction of the interaction,

nella direzione dell'interazione,

and that's how you get the trail of ants

ed è così che si formano le file di formiche

sharing your picnic.

che si spartiscono il vostro pic-nic.

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

Ed è a questo proposito che, secondo me,

to learn something from ants about cancer.

potremmo imparare qualcosa sul cancro dalle formiche.

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

Voglio dire, primo : è ovvio che possiamo fare molto

to prevent cancer

per prevenire il cancro

by not allowing people to spread around

impedendo alle persone di diffondere

or sell the toxins that promote

o vendere le tossine che favoriscono

the evolution of cancer in our bodies,

lo sviluppo del cancro nel nostro organismo,

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

ma non credo che le formiche possano aiutarci molto in questo

because ants never poison their own colonies.

perché le formiche non avvelenano mai le proprie colonie.

But we might be able to learn something from ants

Ma potremmo essere in grado di imparare qualcosa dalle formiche

about treating cancer.

su come curare il cancro.

There are many different kinds of cancer.

Ci sono molti tipi di cancro diversi.

Each one originates in a particular part of the body,

Ognuno ha origine in una parte particolare dell'organismo,

and then some kinds of cancer will spread

e alcuni tipi di cancro si diffondono

or metastasize to particular other tissues

o metastatizzano in tessuti particolari

where they must be getting resources that they need.

dove prendono le risorse di cui hanno bisogno.

So if you think from the perspective

Se la vedete dal punto di vista

of early metastatic cancer cells

delle cellule cancerose al primo stadio

as they're out searching around

quando vanno a cercare

for the resources that they need,

le risorse di cui hanno bisogno,

if those resources are clustered,

se quelle risorse sono a grappolo,

they're likely to use interactions for recruitment,

probabilmente useranno le interazioni per il reclutamento,

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

e se possiamo capire come reclutano le cellule cancerose,

then maybe we could set traps

allora forse possiamo mettere delle trappole

to catch them before they become established.

per catturarle prima che si radichino.

So ants are using interactions in different ways

Quindi le formiche usano le interazioni in modo diversi

in a huge variety of environments,

in una grande varietà di ambienti,

and we could learn from this

e potremmo imparare tanto

about other systems that operate

su altri sistemi che funzionano

without central control.

senza un controllo centrale.

Using only simple interactions,

Usando solo semplici interazioni,

ant colonies have been performing

le colonie di formiche imbandiscono

amazing feats for more than 130 million years.

ricchi banchetti da più di 130 milioni di anni

We have a lot to learn from them.

Abbiamo molto da imparare da loro.

Thank you.

Grazie.

(Applause)

(Applausi)