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

Translator: Andrius Družinis-Vitkus Reviewer: Dovydas Zavadskis

Science,

Mokslas,

science has allowed us to know so much

mokslas leido mums sužinoti tiek daug

about the far reaches of the universe,

apie tolimiausius visatos kampus,

which is at the same time tremendously important

kas tuo pat metu yra ir ypatingai svarbu,

and extremely remote,

ir ypatingai tolima,

and yet much, much closer,

bet daug artimiau,

much more directly related to us,

daug labiau susieta su mumis

there are many things we don't really understand.

nei daugelis dalykų, kurių išties nesuprantame.

And one of them is the extraordinary

Ir vienas jų yra neįsivaizduojamas

social complexity of the animals around us,

mus supančių gyvūnų socialinis kompleksiškumas,

and today I want to tell you a few stories

ir šiandien norėčiau jums papasakoti kelias istorijas

of animal complexity.

apie gyvūnų kompleksiškumą.

But first, what do we call complexity?

Bet visų pirma, ką mes vadiname kompleksiškumu?

What is complex?

Kas yra kompleksiška?

Well, complex is not complicated.

Na, kompleksiška tai nėra sudėtinga.

Something complicated comprises many small parts,

Kažką sudėtingo sudaro daugybė mažų dalių,

all different, and each of them

kurių kiekviena skirtinga ir turinti

has its own precise role in the machinery.

tikslią funkciją šioje mašinoje.

On the opposite, a complex system

Ir atvirkščiai, kompleksinė sistema

is made of many, many similar parts,

sudaryta iš daugybės panašių dalių,

and it is their interaction

ir būtent jų tarpusavio sąveika

that produces a globally coherent behavior.

sukuria vientisą elgseną sistemos mąstu.

Complex systems have many interacting parts

Tokios sistemos turi daug sąveikaujančių dalių

which behave according to simple, individual rules,

kurios veikia pagal paprastas, individualias taisykles,

and this results in emergent properties.

ir to rezultatas yra išryškėjančios savybės.

The behavior of the system as a whole

Sistemos kaip vieneto elgsena

cannot be predicted

negali būti nuspėta

from the individual rules only.

žinant tik individų elgsenos taisykles.

As Aristotle wrote,

Kaip rašė Aristotelis,

the whole is greater than the sum of its parts.

visuma yra daugiau nei jos dalių suma.

But from Aristotle, let's move onto

Bet nuo Aristotelio pereikime prie

a more concrete example of complex systems.

konkretesnių kompleksinių sistemų pavyzdžių.

These are Scottish terriers.

Štai škotų terjerai.

In the beginning, the system is disorganized.

Iš pradžių, sistema yra padrika.

Then comes a perturbation: milk.

Tada atsiranda perturbacija: pienas.

Every individual starts pushing in one direction

Kiekvienas individas ima stumti į vieną pusę

and this is what happens.

ir štai kas įvyksta.

The pinwheel is an emergent property

Besisukantis ratas yra išryskėjanti savybė

of the interactions between puppies

atsiradusi dėl sąveikos tarp šuniukų,

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

kurių vienintelė taisyklė yra stengtis gauti pieno

and therefore to push in a random direction.

ir dėl to stumti kitus atsitiktine kryptimi.

So it's all about finding the simple rules

Tad tereikia atrasti tas paprastas taisykles,

from which complexity emerges.

iš kurių išryškėja kompleksiškumas.

I call this simplifying complexity,

Aš tai vadinu kompleksiškumo paprastinimu,

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

ir tai yra ką mes veikiame Sistemų dizaino katedroje

at ETH Zurich.

Ciuricho Valstybiniame Technologijų Institute.

We collect data on animal populations,

Renkame duomenis apie gyvūnų populiacijas,

analyze complex patterns, try to explain them.

tiriame jų kompleksiškumą ir bandome tai aiškinti.

It requires physicists who work with biologists,

Tam reikia kad fizikų, kurie dirbtų su biologais,

with mathematicians and computer scientists,

su matematikais ir informatikais,

and it is their interaction that produces

ir būtent jų bendradarbiavimas sukuria

cross-boundary competence

tarpdisciplinines žinias, kurių reikia

to solve these problems.

sprendžiant šias problemas.

So again, the whole is greater

Vėlgi, visuma yra daugiau

than the sum of the parts.

nei atskirų dalių suma.

In a way, collaboration

Tam tikra prasme šis bendradarbiavimas

is another example of a complex system.

yra dar vienas kompleksinės sistemos pavyzdys.

And you may be asking yourself

Ir jūs turbūt klausiate savęs

which side I'm on, biology or physics?

kurioje srityje esu aš, biologijoje ar fizikoje?

In fact, it's a little different,

Iš tikrųjų, yra kiek kitaip,

and to explain, I need to tell you

ir kad paaiškinčiau, turiu jums papasakoti

a short story about myself.

trumpą istoriją apie save.

When I was a child,

Kai buvau vaikas,

I loved to build stuff, to create complicated machines.

mėgdavau statyti, kurti sudėtingas mašinas.

So I set out to study electrical engineering

Todėl ėmiausi studijuoti elektros inžinerijos

and robotics,

ir robotikos,

and my end-of-studies project

ir savo bakalaurinio darbo projektui

was about building a robot called ER-1 --

kūriau robotą vardu ER-1 --

it looked like this—

jis atrodė taip --

that would collect information from its environment

kuris turėjo rinkti informaciją apie savo aplinką

and proceed to follow a white line on the ground.

ir naudojantis ja judėti pagal baltą liniją ant grindų.

It was very, very complicated,

Tai buvo labai labai sudėtinga,

but it worked beautifully in our test room,

bet testavimo kambaryje veikė gražiai,

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

ir demostracijos dieną visi profesoriai susirinko vertinti projekto.

So we took ER-1 to the evaluation room.

Taigi mes nunešėme ER-1 į vertinimo kambarį

It turned out, the light in that room

ir pasirodė, kad šviesa tame kambaryje

was slightly different.

buvo šiek tiek kitokia.

The robot's vision system got confused.

Roboto regos sistema susimaišė.

At the first bend in the line,

Pirmajame linijos posūkyje

it left its course, and crashed into a wall.

robotas išklydo iš kelio ir trenkėsi į sieną.

We had spent weeks building it,

Mes sugaišome savaites jį statydami,

and all it took to destroy it

o jam sunaikinti tereikėjo

was a subtle change in the color of the light

neryškaus apšvietimo spalvos pokyčio

in the room.

kambaryje.

That's when I realized that

Tada supratau,

the more complicated you make a machine,

kad kuo sudetingesnė yra tavo sukurta mašina,

the more likely that it will fail

tuo labiau tikėtina, kad ji suges

due to something absolutely unexpected.

dėl ko nors visai netikėto.

And I decided that, in fact,

Ir nutariau, kad aš išties

I didn't really want to create complicated stuff.

nenorėjau kurti sudėtingų dalykų.

I wanted to understand complexity,

Norėjau suprasti kompleksiškumą,

the complexity of the world around us

kompleksiškumą mus supančiame pasaulyje

and especially in the animal kingdom.

ir ypač gyvūnų karalystėje.

Which brings us to bats.

Ir tai mus atveda pas šikšnosparnius.

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

Bechšteino pelėausiai yra dažna šikšnosparnių rūšis Europoje.

They are very social animals.

Jie yra itin socialūs gyvūnai.

Mostly they roost, or sleep, together.

Dauguma jų peri ir miega kartu.

And they live in maternity colonies,

Ir jie gyvena motinystės kolonijose,

which means that every spring,

kas reiškia, kad kiekvieną pavasarį

the females meet after the winter hibernation,

patelės susitinka po žiemos miego

and they stay together for about six months

ir leidžia laiką kartu apie 6 mėnesius

to rear their young,

augindamos savo jaunuosius,

and they all carry a very small chip,

ir jie nešioja mažytę mikroschemą,

which means that every time one of them

kas reiškia, kad kaskart vienai jų

enters one of these specially equipped bat boxes,

užėjus į šią specialiąją šikšnosparnių dėžę

we know where she is,

mes žinome, kur ji yra,

and more importantly,

ir, kas dar svarbiau,

we know with whom she is.

mes žinome su kuo ji.

So I study roosting associations in bats,

Taigi aš tiriu šikšnosparnių perėjimo ryšius,

and this is what it looks like.

ir tai atrodo štai taip.

During the day, the bats roost

Dieną šikšnosparniai peri

in a number of sub-groups in different boxes.

keletoje mažesnių grupių skirtingose dėžėse.

It could be that on one day,

Gali būti, kad vieną dieną

the colony is split between two boxes,

kolonija pasidalinusi į dvi dėžes,

but on another day,

bet kitą dieną

it could be together in a single box,

jie visi vienoje,

or split between three or more boxes,

arba trijose ar daugiau dėžių,

and that all seems rather erratic, really.

ir visa tai atrodo gana padrika, iš tikro.

It's called fission-fusion dynamics,

Tai vadinama skilimo-jungimosi dinamika,

the property for an animal group

gyvūnų grupės savybė

of regularly splitting and merging

pastoviai skirtis į grupes ir vėl jungtis

into different subgroups.

į skirtingus pogrupius.

So what we do is take all these data

Taigi mes paimame visus šiuos duomenis

from all these different days

iš visų skirtingų dienų

and pool them together

ir sudedame kartu,

to extract a long-term association pattern

kad ištrauktume ilgalaikę santykių struktūrą

by applying techniques with network analysis

panaudodami metodus kaip tinklų analizė

to get a complete picture

kad gautume pilną kolonijos

of the social structure of the colony.

socialinių struktūrų vaizdą.

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

Gerai? Tai atrodo štai taip.

In this network, all the circles

Šiame tinkle visi taškai

are nodes, individual bats,

yra vienetai, atskiri šikšnosparniai,

and the lines between them

ir linijos tarp jų

are social bonds, associations between individuals.

yra socialiniai ryšiai, ryšiai tarp atskirų individų.

It turns out this is a very interesting picture.

Pasirodo, kad tai labai įdomus piešinys.

This bat colony is organized

Ši šikšnosparnių kolonija persiskyrusi

in two different communities

į dvi mažesnes kolonijas,

which cannot be predicted

kurių negalima nuspėti

from the daily fission-fusion dynamics.

vien iš kasdienės skilimo-jungimosi dinamikos.

We call them cryptic social units.

Mes juos vadiname užšifruotais socialiniais vienetais.

Even more interesting, in fact:

Kai kas, iš tikro, dar įdomiau:

Every year, around October,

kasmet apie spalį

the colony splits up,

kolonija išsidalina

and all bats hibernate separately,

ir visi šikšnosparniai žiemoja atskirai,

but year after year,

bet metai po metų,

when the bats come together again in the spring,

kai jie sugrįžta atgal pavasariui,

the communities stay the same.

bendruomenės išlieka tos pačios.

So these bats remember their friends

Taigi šie šikšnosparniai prisimena savo draugus

for a really long time.

labai labai ilgam.

With a brain the size of a peanut,

Su žemės riešuto dydžio smegenimis

they maintain individualized,

jie išlaiko individualius

long-term social bonds,

ilgalaikius socialinius saitus.

We didn't know that was possible.

Mes nežinojome, kad tai įmanoma.

We knew that primates

Žinojome, kad primatai,

and elephants and dolphins could do that,

ir drambliai, ir delfinai gali,

but compared to bats, they have huge brains.

bet jų smegenys daug didesnės už šikšnosparnių.

So how could it be

Kaip taip gali būti,

that the bats maintain this complex,

kad šikšnosparniai išlaiko šią sudėtingą,

stable social structure

stabilią socialinę struktūrą

with such limited cognitive abilities?

su taip apribotomis kognityvinėmis galimybėmis?

And this is where complexity brings an answer.

Ir štai čia kompleksiškumas mums duoda atsakymą.

To understand this system,

Norėdami suprasti šią sistemą

we built a computer model of roosting,

mes sukūrėme kompiuterinį perėjimo modelį,

based on simple, individual rules,

paremtą paprastomis asmeninėmis taisyklėmis

and simulated thousands and thousands of days

ir simuliavome tūkstančius tūkstančių dienų

in the virtual bat colony.

šioje virtualioje šikšnosparnių kolonijoje.

It's a mathematical model,

Tai matematinis modelis,

but it's not complicated.

tačiau jis nėra sudėtingas.

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

Iš esmės, šis modelis mums atskleidė, kad

each bat knows a few other colony members

kiekvienas šikšnosparnis pažįsta bent keletą kolonijos narių,

as her friends, and is just slightly more likely

kuriuos laiko savo draugais, ir yra tik truputį labiau linkęs

to roost in a box with them.

perėti kartu su jais.

Simple, individual rules.

Paprastos, asmeninės taisyklės.

This is all it takes to explain

Ir to pakanka paaiškinti

the social complexity of these bats.

šių šikšnosparnių socialinį kompleksiškumą.

But it gets better.

Bet gali būti dar geriau.

Between 2010 and 2011,

Tarp 2010 ir 2011

the colony lost more than two thirds of its members,

kolonija prarado daugiau nei du trečdalius savo narių

probably due to the very cold winter.

turbūt dėl itin šaltos žiemos.

The next spring, it didn't form two communities

Kitą pavasarį jie nesuformavo dviejų bendruomenių

like every year,

kaip kasmet,

which may have led the whole colony to die

dėl ko galbūt abi kolonijos būtų žuvę

because it had become too small.

būdamos per mažos.

Instead, it formed a single, cohesive social unit,

Vietoje to, jie suformavo vientisą socialinį vienetą,

which allowed the colony to survive that season

kuris leido kolonijai išgyventi tą sezoną

and thrive again in the next two years.

ir vėl suklestėti per kitus dvejus metus.

What we know is that the bats

Mes žinome tai, kad šikšnosparniai

are not aware that their colony is doing this.

nežino, kad jų kolonija tai daro.

All they do is follow simple association rules,

Jie tiesiog vadovaujasi paprastomis taisyklėmis,

and from this simplicity

ir iš šio paprastumo

emerges social complexity

išryškėja socialinis kompleksiškumas,

which allows the colony to be resilient

kuris leidžia kolonijai lengvai atsigauti

against dramatic changes in the population structure.

įvykus didžiuliam populiacijos struktūros pokyčiui.

And I find this incredible.

Ir man tai yra neįtikėtina.

Now I want to tell you another story,

Dabar noriu papasakoti dar vieną istoriją,

but for this we have to travel from Europe

bet tam turime iškeliauti iš Europos

to the Kalahari Desert in South Africa.

į Kalahari dykumą Pietų Afrikoje.

This is where meerkats live.

Čia gyvena surikatos.

I'm sure you know meerkats.

Esu tikras, kad pažįstate surikatas.

They're fascinating creatures.

Jie žavūs padarai.

They live in groups with a very strict social hierarchy.

Jie gyvena grupėse su labai griežta socialine hierarchija.

There is one dominant pair,

Yra viena dominuojanti pora

and many subordinates,

ir daug pavaldžių individų,

some acting as sentinels,

kai kurie jų dirba sargais,

some acting as babysitters,

kai kurie rūpinasi vaikais,

some teaching pups, and so on.

kiti moko vaikus, ir t.t.

What we do is put very small GPS collars

Mes jiems užkabiname labai mažus

on these animals

GPS siųstuvus

to study how they move together,

ir tiriame, kaip jie juda kartu,

and what this has to do with their social structure.

ir kaip tai veikia jų socialinę struktūrą.

And there's a very interesting example

Ir yra vienas labai įdomus

of collective movement in meerkats.

surikatų kolektyvinio judėjimo pavyzdys.

In the middle of the reserve which they live in

Viduryje rezervato, kuriame jie gyvena,

lies a road.

yra kelias.

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

Šiame kelyje yra mašinų, todėl jis pavojingas.

But the meerkats have to cross it

Bet surikatos turi jį praeiti,

to get from one feeding place to another.

kad nusigautų iš vienos maitinimosi vietos į kitą.

So we asked, how exactly do they do this?

Ir mes uždavėme klausimą, kaip jie tai daro?

We found that the dominant female

Aptikome, kad dominuojanti patelė

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

paprastai veda grupę prie kelio,

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

bet kai reikia pereiti kelią,

she gives way to the subordinates,

ji leidžia pirmiems žengti pavaldiniams,

a manner of saying,

lyg sakydama

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

Eikite pirmyn, pasakykite, ar saugu.

What I didn't know, in fact,

Aš dar nežinojau,

was what rules in their behavior the meerkats follow

kokios surikatų elgesio taisyklės

for this change at the edge of the group to happen

leidžia atsirasti tokiam pokyčiui grupės pakraštyje,

and if simple rules were sufficient to explain it.

ir ar tam paaiškinti pakanka paprastų taisyklių.

So I built a model, a model of simulated meerkats

Taigi aš sukūriau modelį, simuliuojantį surikatas

crossing a simulated road.

einančias per simuliuotą kelią.

It's a simplistic model.

Tai yra supaprastintas modelis.

Moving meerkats are like random particles

Judančios surikatos yra kaip atsitiktinės dalelės,

whose unique rule is one of alignment.

kurių vienintelė funkcija yra išsidėstymas.

They simply move together.

Jos tiesiog juda kartu.

When these particles get to the road,

Kai šios dalelės pasiekia kelią,

they sense some kind of obstacle,

jos pajunta kažkokią kliūtį

and they bounce against it.

ir į ją atsimuša.

The only difference

Vienintelis skirtumas

between the dominant female, here in red,

tarp dominuojačiosios patelės, pažymėtos raudonai,

and the other individuals,

ir kitų individų,

is that for her, the height of the obstacle,

yra tai, kad jai kliūties aukštis,

which is in fact the risk perceived from the road,

kuris atspindi numanomą kelio riziką,

is just slightly higher,

yra tik truputį didesnis,

and this tiny difference

ir šio mažyčio skirtumo

in the individual's rule of movement

individo judėjimo taisyklėje

is sufficient to explain what we observe,

pakanka paaiškinti tam, ką matome,

that the dominant female

kad dominuojanti patelė

leads her group to the road

veda grupę prie kelio,

and then gives way to the others

ir tada leidžia kitiems

for them to cross first.

per kelią eiti pirmiems.

George Box, who was an English statistician,

Anglų statistikas George Box

once wrote, "All models are false,

kartą rašė: Visi modeliai klaidingi,

but some models are useful."

bet kai kurie yra naudingi.

And in fact, this model is obviously false,

Ir šis modelis akivaizdžiai klaidingas,

because in reality, meerkats are anything but random particles.

nes tikrovėje surikatos tikrai ne atsitiktinės dalelės.

But it's also useful,

Bet tai ir labai naudingas,

because it tells us that extreme simplicity

nes parodo, kad net visiškas paprastumas

in movement rules at the individual level

judėjimo taisyklėse individo lygmenyje

can result in a great deal of complexity

gali sukurti ypatingą kompleksiškumą

at the level of the group.

grupės lygmenyje.

So again, that's simplifying complexity.

Tad vėlgi, tai kompleksiškumo paprastinimas.

I would like to conclude

Norėčiau pabaigti pasakydamas,

on what this means for the whole species.

ką tai reiškia ištisai gyvūnų rūšiai.

When the dominant female

Kai dominuojanti patelė

gives way to a subordinate,

leidžia praeiti savo pavaldiesiems,

it's not out of courtesy.

tai ne dėl mandagumo.

In fact, the dominant female

Dominuojanti patelė

is extremely important for the cohesion of the group.

yra nepaprastai svarbi visai grupei.

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

Jei ji žūsta, visai grupei iškyla grėsmė.

So this behavior of risk avoidance

Tad šis rizikos vengimas

is a very old evolutionary response.

yra tabai senas evoliucinis atsakas.

These meerkats are replicating an evolved tactic

Šios surikatos kartoja evoliucijos sukurtą taktiką,

that is thousands of generations old,

kuri yra tūkstančių kartų senumo,

and they're adapting it to a modern risk,

ir jie tai pritaiko moderniam pavojui,

in this case a road built by humans.

kurį šiuo atveju sukelia žmonės kelyje.

They adapt very simple rules,

Jie pritaiko labai paprastas taisykles,

and the resulting complex behavior

ir dėl to atsirandantis kompleksinis elgesys

allows them to resist human encroachment

leidžia jiems išvengti artėjančių žmonių

into their natural habitat.

savo naturaliame areale.

In the end,

Galų gale,

it may be bats which change their social structure

tai gali būti šikšnosparniai, kurie keičia savo socialinę struktūrą

in response to a population crash,

taip atsakydami į jų populiacijos sugniuždymą,

or it may be meerkats

arba tai gali būti surikatos,

who show a novel adaptation to a human road,

kurios rodo jauną prisitaikymą žmonių keliui,

or it may be another species.

arba tai gali būti kitos gyvūnų rūšys.

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

Mano pranešimas -- ir jis nėra sudėtingas,

but a simple one of wonder and hope --

bet paprastas, iš gėrėjimosi ir vilties --

my message here is that animals

mano pranešimas dabar yra tai, kad gyvūnai

show extraordinary social complexity,

demonstruoja ypatingą socialinį kompleksiškumą,

and this allows them to adapt

kuris leidžia jiems prisitaikyti

and respond to changes in their environment.

ir reaguoti į pokyčius jų aplinkoje.

In three words, in the animal kingdom,

Trimis žodžiais, gyvūnų karalystėje

simplicity leads to complexity

paprastumas kuria kompleksiškumą,

which leads to resilience.

ir tai veda į atsparumą.

Thank you.

Ačiū.

(Applause)

(Plojimai)

Dania Gerhardt: Thank you very much, Nicolas,

Nicalas, dėkojame labai

for this great start. Little bit nervous?

už šią puikią pradžią. Truputį jaudinatės?

Nicolas Perony: I'm okay, thanks.

Ačiū, viskas gerai.

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

Puiku. Aš esu įsitikinusi, kad dauguma žmonių auditorijoje

somehow tried to make associations

kaip nors bandė sukurti asociacijas

between the animals you were talking about --

tarp gyvūnų apie kuriuos jūs kalbėjote

the bats, meerkats -- and humans.

šikšnosparnių, surikatų ir žmonių.

You brought some examples:

Jūs pateikėte keletą pavyzdžių:

The females are the social ones,

patelės yra tos, kurios bendrauja,

the females are the dominant ones,

patelės yra dominuojančios,

I'm not sure who thinks how.

aš nelabai įsitikinusi kas kaip galvoja.

But is it okay to do these associations?

Tačiau ar būtų teisinga daryti tokias išvadas?

Are there stereotypes you can confirm in this regard

Galbūt yra stereotipų, kuriuos galėtumėte patvirtinti,

that can be valid across all species?

kurie yra būdingi visoms rūšims.

NP: Well, I would say there are also

NP: Na, sakyčiau, kad taip pat yra

counter-examples to these stereotypes.

stereotipams prieštaraujantys pavyzdžiai.

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

Pavyzdžiui, tarp jūros arkliukų arba koalų, beje

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

būtent patinai yra tie, kurie visada rūpinasi jaunikliais.

And the lesson is that it's often difficult,

Pamoka būtu ta, kad tai visada yra sunku,

and sometimes even a bit dangerous,

o kartais net ir labai pavojinga,

to draw parallels between humans and animals.

vesti paraleles tarp žmonių ir gyvūnų.

So that's it.

Tai tiek.

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

DG: Gerai. Dėkoju už tikrai puikią pradžią.

Thank you, Nicolas Perony.

Ačiū, Nicolas Perony.