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

デボラ・ゴードン: 脳や癌細胞とインターネット　アリ達が教えてくれる事

翻訳: Takeshi Maeda 校正: Akiko Hicks

I study ants

私はアリを研究しています

in the desert, in the tropical forest

砂漠や 熱帯林の中のアリや

and in my kitchen,

我が家のキッチンや

and in the hills around Silicon Valley where I live.

私の住むシリコンバレー周辺の丘でも アリを調べています

I've recently realized that ants

最近 私は ある事に気がつきました

are using interactions differently

アリ同士の「やりとり」は環境の違いで

in different environments,

異なった使われ方になるということです

and that got me thinking that we could learn from this

また この事から 他のシステムについて

about other systems,

学ぶ事があるのではと考えました

like brains and data networks that we engineer,

例えば 脳の仕組みや 私達が設計するデータネットワークや―

and even cancer.

癌についてでさえもです

So what all these systems have in common

これら全てのシステムには

is that there's no central control.

中央司令塔はないのです

An ant colony consists of sterile female workers --

アリのコロニーは 生殖機能が無いメスの働きアリ ―

those are the ants you see walking around —

皆さんが歩いている所を 見かけるアリと

and then one or more reproductive females

最低1匹の生殖を行うメスで 成り立っています

who just lay the eggs.

このメスはひたすら卵を産むだけで

They don't give any instructions.

誰にも指示を与えません

Even though they're called queens,

「女王アリ」という名にもかかわらず―

they don't tell anybody what to do.

なんら命令を出すわけではありません

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

つまり コロニーに リーダーはおらず

and all systems like this without central control

この類の集中制御機能の無い システムは全て

are regulated using very simple interactions.

とても簡単な「やりとり」によって 制御されています

Ants interact using smell.

アリ同士のやりとりには 匂いが使われます

They smell with their antennae,

触角でにおいを感じ取り

and they interact with their antennae,

触角でコミュニケーションを取り合います

so when one ant touches another with its antennae,

アリ同士は触角を お互いに触れ合う事で

it can tell, for example, if the other ant

相手が同じ巣の仲間なのか

is a nestmate

確認したり

and what task that other ant has been doing.

相手の行動を知ることができます

So here you see a lot of ants moving around

これは研究用アリーナです 沢山のアリが動き回り

and interacting in a lab arena

相互に関わっています

that's connected by tubes to two other arenas.

他の２つのアリーナと チューブで つながっています

So when one ant meets another,

アリ同士が接触する際には

it doesn't matter which ant it meets,

相手が誰かに関わらず

and they're actually not transmitting

複雑な信号や メッセージのやりとりは

any kind of complicated signal or message.

全く行っていません

All that matters to the ant is the rate

アリにとって重要なのは

at which it meets other ants.

他のアリに出会う頻度なんです

And all of these interactions, taken together,

そして このような出会いを総合して

produce a network.

ネットワークを 構成しています

So this is the network of the ants

これが アリの出会いの 相互作用が創る

that you just saw moving around in the arena,

アリーナの内部のネットワークです

and it's this constantly shifting network

この絶えず変化するネットワークは

that produces the behavior of the colony,

コロニー全体の行動となって現れます

like whether all the ants are hiding inside the nest,

全てのアリが巣内に籠もるとか

or how many are going out to forage.

何匹が 収穫に出るかなどを 決めているのです

A brain actually works in the same way,

実は 脳も同じように機能していますが

but what's great about ants is

アリの良いところは

that you can see the whole network as it happens.

ネットワーク全体をリアルタイムで 観察出来る事です

There are more than 12,000 species of ants,

アリはあらゆる環境下に生息し

in every conceivable environment,

12,000種にものぼります

and they're using interactions differently

それぞれの異なった 環境の問題に対応する為に―

to meet different environmental challenges.

「やりとり」を様々な形で利用しています

So one important environmental challenge

まず どのシステムもが直面する

that every system has to deal with

環境上の課題は

is operating costs, just what it takes

システムの維持に必要な

to run the system.

「運転コスト」です

And another environmental challenge is resources,

もう1つの環境上の 課題は「資源」です

finding them and collecting them.

「資源」を見つけ出し 集めるという事です

In the desert, operating costs are high

砂漠では 水が乏しい為

because water is scarce,

システム運用コストは 高くなります

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

私が砂漠で観察した 植物の種を食べるアリは

have to spend water to get water.

水を得るために 水を消費しなければなりません

So an ant outside foraging,

巣の外で収穫活動をしているアリは

searching for seeds in the hot sun,

灼熱の太陽に照らされている為に

just loses water into the air.

体内の水分が蒸発してしまうからです

But the colony gets its water

でも コロニーは種に含まれる

by metabolizing the fats out of the seeds

脂肪を代謝することにより

that they eat.

水を得ています

So in this environment, interactions are used

このような環境下では アリ間のやりとりが

to activate foraging.

収穫行動を促進させます

An outgoing forager doesn't go out unless

収穫に向かうアリは 戻ってくるアリとの

it gets enough interactions with returning foragers,

やりとりが十分でなければ 巣から出ません

and what you see are the returning foragers

これは 収穫を終えたアリの隊列が

going into the tunnel, into the nest,

巣に戻るためにトンネルを 通過する様子ですが

and meeting outgoing foragers on their way out.

収穫に向かうアリたちと 接触し合っています

This makes sense for the ant colony,

これは理にかなっています

because the more food there is out there,

沢山の餌があれば あるほど

the more quickly the foragers find it,

それを見つける時間が短くなるので

the faster they come back,

出たアリがすぐに戻り

and the more foragers they send out.

より沢山のアリを 送り出す仕組みになっています

The system works to stay stopped,

これは通常止まっていて

unless something positive happens.

好条件下でのみ稼動するシステムです

So interactions function to activate foragers.

アリ間のやりとりが 収穫活動を促進するのです

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

私達は このシステムの 進化についても研究しています

First of all, there's variation.

まず コロニーによる

It turns out that colonies are different.

微妙な違いに注目しました

On dry days, some colonies forage less,

乾燥時に収穫活動を 減らすコロニーもあります

so colonies are different in how

つまり コロニーによって

they manage this trade-off

トレードオフの管理 つまり

between spending water to search for seeds

どれだけ 水分を消費して種を探し

and getting water back in the form of seeds.

見返りに種から水分を得るかの 管理に差があるのです

And we're trying to understand why

私たちは 収穫活動を減らす―

some colonies forage less than others

コロニーが存在する訳を

by thinking about ants as neurons,

アリをニューロン（神経細胞）に見立てて

using models from neuroscience.

神経科学のモデルから 理解しようとしています

So just as a neuron adds up its stimulation

神経細胞が 外部からの刺激を加算して

from other neurons to decide whether to fire,

発火するかを決めるように

an ant adds up its stimulation from other ants

アリも 他のアリとの やりとりの量を加算して

to decide whether to forage.

収穫を行うか 決めています

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

ですので コロニーによる

small differences among colonies

微妙な違い―

in how many interactions each ant needs

それぞれのアリが 収穫に向かうのに必要な―

before it's willing to go out and forage,

やりとりの量に差があって

because a colony like that would forage less.

それが コロニーの収穫活動の減少に つながるのかを模索しています

And this raises an analogous question about brains.

これは 脳に対しても 同様な疑問を投げかけます

We talk about the brain,

よく 脳について話をしますが

but of course every brain is slightly different,

もちろん それぞれの脳も微妙に違い

and maybe there are some individuals

それぞれの性質や

or some conditions

それぞれの状況によって

in which the electrical properties of neurons are such

ニューロンの電気的特性等に 違いが生じ

that they require more stimulus to fire,

発火に より多量の刺激が 必要になり

and that would lead to differences in brain function.

その差が脳の機能の 違いに繋がるかもしれません

So in order to ask evolutionary questions,

進化の過程を知る為には

we need to know about reproductive success.

繁殖に成功しているかどうか 知る必要があります

This is a map of the study site

これは私が28年間

where I have been tracking this population

アリ数の追跡調査を行ってきた地域の

of harvester ant colonies for 28 years,

収穫アリのコロニーの地図です

which is about as long as a colony lives.

この年数は コロニーの寿命とほぼ同じです

Each symbol is a colony,

各シンボルは コロニー

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

大きさは 子孫の数を表しています

because we were able to use genetic variation

遺伝子の情報を利用して

to match up parent and offspring colonies,

親と子孫をマッチさせ

that is, to figure out which colonies

どのコロニーが ２世代目女王アリによって―

were founded by a daughter queen

設けられたのか 更には

produced by which parent colony.

どの親コロニーの 出身なのか解明しました

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

そして長年の調査の末 驚きの事実が判明しました

to find out, for example, that colony 154,

例えば この154番のコロニーは

whom I've known well for many years,

私が 長年調査しているのですが

is a great-grandmother.

第一世代の 親コロニーです

Here's her daughter colony,

これが 娘のコロニーで

here's her granddaughter colony,

これが 孫のコロニーです

and these are her great-granddaughter colonies.

そして これらは ひ孫世代のコロニーになります

And by doing this, I was able to learn

この調査によって 解った事は

that offspring colonies resemble parent colonies

子孫と親コロニーは

in their decisions about which days are so hot

どのくらい暑ければ収穫に出ないかの

that they don't forage,

判断が似ています

and the offspring of parent colonies

この子孫のコロニーは 親コロニーとは

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

決して出会うことの無いほど 離れているので

so the ants of the offspring colony

子孫コロニーのアリは 親コロニーから

can't be learning this from the parent colony.

この知識を教わったはずはありません

And so our next step is to look

ですから 次のステップは

for the genetic variation underlying this resemblance.

この相似を生み出す 遺伝子の違いを探す事です

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

そこから どのアリが 繁栄しているかを 探ることもできます

Over the time of the study,

これまでの研究の中で

and especially in the past 10 years,

特にこの10年間は

there's been a very severe and deepening drought

南西部アメリカでは

in the Southwestern U.S.,

厳しい干ばつに襲われていますが

and it turns out that the colonies that conserve water,

水を節約するために

that stay in when it's really hot outside,

猛暑の日は 巣の中に留まり

and thus sacrifice getting as much food as possible,

最大限の収穫を犠牲にするコロニーが

are the ones more likely to have offspring colonies.

より’多くの子孫を残す事が解りました

So all this time, I thought that colony 154

それまで 154番のコロニーは

was a loser, because on really dry days,

「負け組」だと考えていました

there'd be just this trickle of foraging,

特に乾燥した日には収穫をほとんどせず

while the other colonies were out

その間 他のコロニーは収穫に出て

foraging, getting lots of food,

沢山の餌を手に入れていたからです

but in fact, colony 154 is a huge success.

しかし 154番コロニーは 沢山の子孫を残しました

She's a matriarch.

彼女は偉大な女王です

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

この場所で稀な ３世代のコロニーを築き上げました

To my knowledge, this is the first time

私の知る限り 初めてではないでしょうか

that we've been able to track

自然な動物群の集団行動が

the ongoing evolution of collective behavior

進化する過程を追跡調査して

in a natural population of animals

どの行動によって

and find out what's actually working best.

いちばん繁栄するのかを 明らかにしました

Now, the Internet uses an algorithm

インターネットは データの流れの制御に

to regulate the flow of data

アルゴリズムを使用していますが

that's very similar to the one

この仕組みは

that the harvester ants are using to regulate

収穫アリが 餌集めに送り出す個体数を

the flow of foragers.

制御する仕組みによく似ています

And guess what we call this analogy?

この類似を なんと呼んでいるか ご存知ですか？

The anternet is coming.

「anternet (アンターネット)」です

(Applause)

（拍手）

So data doesn't leave the source computer

データの伝送路容量が

unless it gets a signal that there's enough bandwidth

十分に確保されているという 信号を受けるまで

for it to travel on.

発信元コンピュータはデータを 送出しません

In the early days of the Internet,

インターネット初期は

when operating costs were really high

運用コストは非常に高く

and it was really important not to lose any data,

データを紛失しない事が 極めて重要だったので

then the system was set up for interactions

システムは信号のやりとりによって

to activate the flow of data.

データ送信を開始するように 設計されました

It's interesting that the ants are using an algorithm

アリが使用するアルゴリズムと

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

近年発明されたシステムの酷似は 興味深いものがあります

but this is only one of a handful of ant algorithms

しかし それは私達が知っている 一握りのアリのアルゴリズムの

that we know about,

ほんの１つに過ぎません

and ants have had 130 million years

一方 アリ達は1億3千万年の過程で 素晴らしいものを

to evolve a lot of good ones,

数多く進化させてきました

and I think it's very likely

ですから 他の12,000種の

that some of the other 12,000 species

アルゴリズムの中には

are going to have interesting algorithms

私達が考え付かなかった

for data networks

データネットワークに関しての

that we haven't even thought of yet.

役立つヒントが あるに違いありません

So what happens when operating costs are low?

では 運用コストが 低い場合はどうでしょう？

Operating costs are low in the tropics,

熱帯地方では 運用コストは下がります

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

なぜなら 多湿の為に 巣外での作業が

to be outside walking around.

アリの負担にならないからです

But the ants are so abundant

しかし 熱帯地方では アリの数が多く

and diverse in the tropics

種類も多く存在しますので

that there's a lot of competition.

沢山の競争があります

Whatever resource one species is using,

ある種が使っている資源は

another species is likely to be using that

別の種のアリも同時に

at the same time.

狙っているかもしれません

So in this environment, interactions are used

ですので この環境では 「やりとり」は

in the opposite way.

逆の目的で使われます

The system keeps going

これは常に「オン」のシステムで

unless something negative happens,

不都合がある場合のみ ストップします

and one species that I study makes circuits

私が観察したアリの１種は

in the trees of foraging ants

木の幹や枝に収穫アリが経路を形成し

going from the nest to a food source and back,

巣と餌場との往復を

just round and round,

何回も繰り返します

unless something negative happens,

不都合が発生しない限り --

like an interaction

例えば 他の種のアリと

with ants of another species.

出くわしたりしない限り やめません

So here's an example of ant security.

アリのセキュリティの１例を お見せしましょう

In the middle, there's an ant

中央部で １匹のアリが

plugging the nest entrance with its head

自らの頭で巣の入口を塞いでいますが

in response to interactions with another species.

これは他の種に出くわした結果です

Those are the little ones running around

相手は 腹部を上に曲げて

with their abdomens up in the air.

動き回っているアリです

But as soon as the threat is passed,

脅威が去るとすぐに

the entrance is open again,

入口は 開けられます

and maybe there are situations

コンピュータのセキュリティでも

in computer security

状況によって

where operating costs are low enough

運用コストが安い場合には

that we could just block access temporarily

直面する脅威に対して 一時的に対応して

in response to an immediate threat,

接続をブロックし

and then open it again,

再度 接続を開始する方が

instead of trying to build

恒久的なファイアウォールや

a permanent firewall or fortress.

フォートレスを築くよりも 効率的かもしれません

So another environmental challenge

さて もう一つの環境問題

that all systems have to deal with

全てのシステムにおいて 必要なのが

is resources, finding and collecting them.

「資源」です 「資源」を見つけ 集める事です

And to do this, ants solve the problem

アリは この問題の解決に

of collective search,

集団探索を行っています

and this is a problem that's of great interest

この行為は 現在ロボット工学で

right now in robotics,

注目されている問題です

because we've understood that,

なぜなら 例えばですが

rather than sending a single,

他の星の探査や

sophisticated, expensive robot out

火災のビルの捜索などに

to explore another planet

洗練された高価な

or to search a burning building,

ロボットを１台使用するより

that instead, it may be more effective

最小限の情報を交換する

to get a group of cheaper robots

安価なロボットを複数使った方が

exchanging only minimal information,

効率的だと考えられていますが

and that's the way that ants do it.

これは まさにアリのやり方と同じなのです

So the invasive Argentine ant

侵略的な アルゼンチンアリは

makes expandable search networks.

拡張可能なサーチ網を形成します

They're good at dealing with the main problem

このアリは 集団探索の重大な課題に

of collective search,

上手く対応しています

which is the trade-off between

徹底的に探索するか

searching very thoroughly

広い面積を探索するかの

and covering a lot of ground.

トレードオフの問題に対して

And what they do is,

when there are many ants in a small space,

このアリのやり方は

狭い面積に沢山のアリがいる場合

then each one can search very thoroughly

それぞれが 自分の周りを徹底的に探索します

because there will be another ant nearby

なぜならその周辺は他のアリが

searching over there,

すでに探索を行っているからです

but when there are a few ants

しかし より大きな範囲で

in a large space,

数匹のアリしかいない場合は

then they need to stretch out their paths

遠くまで出向いて

to cover more ground.

捜索範囲を広げる必要があります

I think they use interactions to assess density,

アリ同士はやりとりから 密度を評価していると思います

so when they're really crowded,

非常に密な状況では

they meet more often,

仲間に頻繁に出会うので

and they search more thoroughly.

より 徹底的な捜索を行うのです

Different ant species must use different algorithms,

それぞれの種のアリに 様々なアルゴリズムがあるはずです

because they've evolved to deal with

なぜなら どのアリも色々な環境に

different resources,

対応しながら進化してきたからです

and it could be really useful to know about this,

これを学ぶことは非常に役立つと考え

and so we recently asked ants

アリに 極限の環境で

to solve the collective search problem

集団捜索の問題を

in the extreme environment

解いてもらうことにしました

of microgravity

国際宇宙ステーション内の

in the International Space Station.

微小重力環境での実験です

When I first saw this picture, I thought,

最初に写真を見た時は

Oh no, they've mounted the habitat vertically,

「うわっ アリの箱が垂直になっている！」 と思いましたが

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

その後 「そうか 問題無いんだ」と 気付きました

So the idea here is that the ants

実験の目的は アリ達は―

are working so hard to hang on

壁面や床面に あたる場所へ

to the wall or the floor or whatever you call it

しがみつくのに必死で

that they're less likely to interact,

やりとりをする機会が減り

and so the relationship between

アリの密度と

how crowded they are and how often they meet

アリ同士が接触する頻度の関係が

would be messed up.

めちゃくちゃになるか というものです

We're still analyzing the data.

まだ データは分析中ですので

I don't have the results yet.

結果は解りませんが

But it would be interesting to know

地球上でも 異なった環境で

how other species solve this problem

様々な種の問題の解決方法を

in different environments on Earth,

知ることは 興味深い事です

and so we're setting up a program

ですので 私達は

to encourage kids around the world

世界中の子供たちに 色々な種のアリで

to try this experiment with different species.

この実験にトライしてもらう計画を 立てています

It's very simple.

非常に簡単で―

It can be done with cheap materials.

安価な材料で実験ができるので

And that way, we could make a global map

世界中のアリの集団捜索に関する

of ant collective search algorithms.

アルゴリズム・マップも作成出来るかもしれません

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

侵略的な種で建物の中に

the ones that come into our buildings,

侵入するタイプのものには

are going to be really good at this,

素晴らしいアルゴリズムがあるでしょう

because they're in your kitchen

台所にまで入って来て

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

食糧や水をうまく探し出すのですから

So the most familiar resource for ants

アリがよく集まってくるのが

is a picnic,

ピクニックです

and this is a clustered resource.

これは まとまった資源です

When there's one piece of fruit,

果物を見つけたら

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

そのすぐ側にも 果物があるはずですから

and the ants that specialize on clustered resources

まとまった食糧に 特化している種のアリは

use interactions for recruitment.

「やりとり」を 仲間の召集に使います

So when one ant meets another,

ですから 他のアリや

or when it meets a chemical deposited

地面に残された匂いに

on the ground by another,

出会った場合

then it changes direction to follow

アリは方向転換をして

in the direction of the interaction,

やりとりの方に向かいます

and that's how you get the trail of ants

このようにして ピクニックの食べ物に

sharing your picnic.

アリの行列がやってくるわけです

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

この状況から癌について

to learn something from ants about cancer.

何か学べるかもしれません

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

もちろん

to prevent cancer

癌予防のためには

by not allowing people to spread around

私たちの体内で 癌の発生を促進する

or sell the toxins that promote

有害物質の拡散や売買の禁止も

the evolution of cancer in our bodies,

大切な事ですが

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

これは アリから学ぶ事はできません

because ants never poison their own colonies.

アリは自らコロニーを 有害物質で汚染しませんから

But we might be able to learn something from ants

でも癌の治療法については

about treating cancer.

学ぶ事があるかもしれません

There are many different kinds of cancer.

癌にも 沢山の種類があります

Each one originates in a particular part of the body,

それぞれの癌は体内の 決まった場所で発生し

and then some kinds of cancer will spread

その中のいくつかは 広がって

or metastasize to particular other tissues

癌細胞が必要とする

where they must be getting resources that they need.

資源を得られる細胞へ転移します

So if you think from the perspective

ですので 早期の

of early metastatic cancer cells

転移性がん細胞が

as they're out searching around

必要とする資源を

for the resources that they need,

探し回っているとき

if those resources are clustered,

まとまった資源をみつけたら

they're likely to use interactions for recruitment,

仲間を招集する やりとりをするかもしれません

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

もし 癌細胞が仲間を集める仕組みを 解明出来れば

then maybe we could set traps

罠を仕掛け―

to catch them before they become established.

癌細胞が定着する前に 捕えられるかもしれません

So ants are using interactions in different ways

アリは 様々な環境の中 様々な方法で

in a huge variety of environments,

「やりとり」を利用しています

and we could learn from this

私達はこれらの やりとりから

about other systems that operate

他の「集中制御機能の無いシステム」―

without central control.

についても学ぶ事が出来ます

Using only simple interactions,

単純なやりとりを利用するのみで

ant colonies have been performing

アリのコロニーは驚くべき偉業を

amazing feats for more than 130 million years.

１億３千万年以上成し遂げてきました

We have a lot to learn from them.

私達はアリからまだまだ学ぶ事があるのです

Thank you.

ありがとう

(Applause)

（拍手）