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

Vertaald door: Axel Saffran Nagekeken door: Faye Vogely

Science,

Wetenschap,

science has allowed us to know so much

wetenschap heeft ons kennis gegeven

about the far reaches of the universe,

over de verre uithoeken van het universum,

which is at the same time tremendously important

wat zowel ontzettend belangrijk

and extremely remote,

en ver van ons verwijderd is,

and yet much, much closer,

en toch veel dichterbij,

much more directly related to us,

veel meer aan ons gerelateerd

there are many things we don't really understand.

dan zoveel andere dingen die we niet echt begrijpen.

And one of them is the extraordinary

En één van die dingen is de ongelooflijke

social complexity of the animals around us,

sociale complexiteit van de dieren om ons heen,

and today I want to tell you a few stories

en vandaag wil ik jullie een aantal verhalen vertellen

of animal complexity.

over complexiteit in het dierenrijk.

But first, what do we call complexity?

Maar eerst moeten we complexiteit definiëren.

What is complex?

Wat is complex?

Well, complex is not complicated.

Complex is niet hetzelfde als ingewikkeld.

Something complicated comprises many small parts,

Iets ingewikkelds bestaat uit vele kleine delen,

all different, and each of them

allemaal anders van elkaar, en ieder deel

has its own precise role in the machinery.

heeft zijn eigen, nauwkeurige rol in de machine waar het deel van is.

On the opposite, a complex system

Daarentegen is een complex systeem

is made of many, many similar parts,

gemaakt van heel veel gelijke delen

and it is their interaction

en het is de interactie

that produces a globally coherent behavior.

die het uiteindelijke samenhangende gedrag produceert.

Complex systems have many interacting parts

Complexe systemen hebben veel delen die samenwerken

which behave according to simple, individual rules,

en die zich gedragen volgens simpele, individuele regels,

and this results in emergent properties.

en dit resulteert in waargenomen eigenschappen.

The behavior of the system as a whole

Het gedrag van het systeem als een totaal

cannot be predicted

kan niet voorspeld worden

from the individual rules only.

enkel aan de hand van de individuele regels.

As Aristotle wrote,

Zoals Aristoteles schreef:

the whole is greater than the sum of its parts.

het geheel is meer dan de som der delen.

But from Aristotle, let's move onto

Maar laten we van Aristoteles doorreizen naar

a more concrete example of complex systems.

een meer concreet voorbeeld van een complex systeem.

These are Scottish terriers.

Dit zijn Schotse terriërs.

In the beginning, the system is disorganized.

In het begin is het systeem chaotisch.

Then comes a perturbation: milk.

Dan komt er een verandering: melk.

Every individual starts pushing in one direction

Ieder individu begint in dezelfde richting te duwen,

and this is what happens.

en dan gebeurt er dit.

The pinwheel is an emergent property

Het draaimolentje is een uitkomst

of the interactions between puppies

van de interactie tussen de puppy's

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

wiens enige regel het is om continu melk te drinken,

and therefore to push in a random direction.

en daarom dus in een bepaalde richting te duwen.

So it's all about finding the simple rules

Het gaat dus om het vinden van simpele regels

from which complexity emerges.

van waaruit complexiteit zich ontwikkelt.

I call this simplifying complexity,

Ik noem dit complexiteit vereenvoudigen,

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

en dat is wat we doen in de vakgroep systeemontwerp

at ETH Zurich.

bij ETH Zurich.

We collect data on animal populations,

We verzamelen data over dierpopulaties,

analyze complex patterns, try to explain them.

analyseren complexe patronen, en proberen ze te verklaren.

It requires physicists who work with biologists,

Het vergt natuurkundigen die samenwerken met biologen,

with mathematicians and computer scientists,

met wiskundigen en computerwetenschappers,

and it is their interaction that produces

en het is de interactie tussen hen die

cross-boundary competence

die grensoverschrijdende vaardigheden produceert

to solve these problems.

om deze problemen op te lossen.

So again, the whole is greater

Ook hier is het geheel meer

than the sum of the parts.

dan de som der delen.

In a way, collaboration

In zekere zin is samenwerking

is another example of a complex system.

een voorbeeld van een complex systeem.

And you may be asking yourself

En je kunt je afvragen

which side I'm on, biology or physics?

aan welke kant sta ik, biologie of natuurkunde?

In fact, it's a little different,

Het is in feite net iets anders,

and to explain, I need to tell you

en om het uit te leggen moet ik je

a short story about myself.

een kort verhaal over mezelf vertellen.

When I was a child,

Toen ik klein was,

I loved to build stuff, to create complicated machines.

bouwde ik graag dingen, gecompliceerde machines.

So I set out to study electrical engineering

Ik wilde dus elektrotechniek

and robotics,

en robotica studeren,

and my end-of-studies project

en mijn afstudeerproject

was about building a robot called ER-1 --

ging over het bouwen van een robot: de ER-1.

it looked like this—

Die zag er zo uit.

that would collect information from its environment

Hij zou informatie verzamelen over zijn omgeving

and proceed to follow a white line on the ground.

en enkel een witte lijn op de grond volgen.

It was very, very complicated,

Het was ontzettend ingewikkeld,

but it worked beautifully in our test room,

maar het werkte prachtig in onze testkamer.

Op de dag van de demonstratie waren de professors bijeen om ons te beoordelen.

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

So we took ER-1 to the evaluation room.

Dus brachten we ER-1 naar de evaluatiekamer.

It turned out, the light in that room

Het bleek dat het licht in die kamer

was slightly different.

net iets anders was.

The robot's vision system got confused.

Het visuele systeem van de robot raakte in de war.

At the first bend in the line,

Bij de eerste bocht in de lijn,

it left its course, and crashed into a wall.

verloor hij het spoor en knalde tegen de muur.

We had spent weeks building it,

We hadden er weken aan gebouwd,

and all it took to destroy it

en het enige dat nodig was om het te vernietigen

was a subtle change in the color of the light

was een subtiele verandering in de lichtkleur

in the room.

in de evaluatiekamer.

That's when I realized that

Toen realiseerde ik me dat

the more complicated you make a machine,

hoe complexer de machine is,

the more likely that it will fail

hoe groter de kans is dat het zal falen

due to something absolutely unexpected.

door iets compleet onverwachts.

And I decided that, in fact,

Ik besloot dat

I didn't really want to create complicated stuff.

ik helemaal geen moeilijke dingen wilde maken.

I wanted to understand complexity,

Ik wilde complexiteit begrijpen,

the complexity of the world around us

de complexiteit van de wereld om ons heen,

and especially in the animal kingdom.

en dan vooral in het dierenrijk.

Which brings us to bats.

Wat ons bij vleermuizen brengt.

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

De Bechsteins vleermuis is een veelvoorkomende Europese vleermuizensoort.

They are very social animals.

Het zijn erg sociale dieren.

Mostly they roost, or sleep, together.

Ze nesten en slapen vooral samen.

And they live in maternity colonies,

Ze leven in moederlijke kolonies,

which means that every spring,

wat betekent dat iedere lente,

the females meet after the winter hibernation,

de vrouwtjes samenkomen na de winterslaap,

and they stay together for about six months

en dan blijven ze ongeveer zes maanden samen

to rear their young,

om hun jongen op te voeden.

and they all carry a very small chip,

Ze dragen allemaal een hele kleine chip bij zich,

which means that every time one of them

wat betekent dat iedere keer dat één van hen

enters one of these specially equipped bat boxes,

één van deze speciaal uitgeruste vleermuisboxen binnenvliegt,

we know where she is,

we precies weten waar ze is,

and more importantly,

en belangrijker,

we know with whom she is.

we weten met wie ze is.

So I study roosting associations in bats,

Ik bestudeer slaapgenootschappen in vleermuizen,

and this is what it looks like.

en dat ziet er zo uit.

During the day, the bats roost

Overdag slapen de vleermuizen

in a number of sub-groups in different boxes.

in enkele subgroepen in verschillende boxen.

It could be that on one day,

Het kan zijn dat de ene dag

the colony is split between two boxes,

de groep zich verdeeld over twee boxen,

but on another day,

maar op een andere dag,

it could be together in a single box,

zitten ze allemaal samen zijn in één box,

or split between three or more boxes,

of verdelen ze zich tussen drie of meer boxen,

and that all seems rather erratic, really.

en dat lijkt allemaal vrij chaotisch.

It's called fission-fusion dynamics,

Het heet fission-fusion dynamica,

the property for an animal group

de eigenschap van een diergroep

of regularly splitting and merging

om zich regelmatig te splitsen en samen te voegen

into different subgroups.

in verschillende subgroepen.

So what we do is take all these data

We voegen al deze data

from all these different days

van al deze verschillende dagen bij elkaar

and pool them together

om er een genootschapspatroon op de lange termijn uit te halen

to extract a long-term association pattern

by applying techniques with network analysis

door netwerkanalyse-technieken toe te passen

to get a complete picture

om een compleet beeld te krijgen

of the social structure of the colony.

van de sociale structuur van de kolonie.

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

Dit is dan het totaalbeeld.

In this network, all the circles

In dit netwerk zijn alle cirkels

are nodes, individual bats,

knooppunten, individuele vleermuizen,

and the lines between them

en de lijnen tussen deze knooppunten

are social bonds, associations between individuals.

zijn de sociale banden tussen individuen.

It turns out this is a very interesting picture.

Het blijkt dat dit een erg interessant beeld is.

This bat colony is organized

Deze vleermuizenkolonie is georganiseerd

in two different communities

in twee verschillende gemeenschappen,

which cannot be predicted

wat niet voorspeld kan worden

from the daily fission-fusion dynamics.

vanuit de dagelijke fission-fusion dynamica.

We call them cryptic social units.

We noemen ze cryptische sociale eenheden.

Even more interesting, in fact:

Nog interessanter is

Every year, around October,

dat ieder jaar, rond oktober,

the colony splits up,

de kolonie zich verdeelt

and all bats hibernate separately,

en alle vleermuizen apart overwinteren,

but year after year,

maar ieder jaar,

when the bats come together again in the spring,

als de vleermuizen weer samenkomen in het voorjaar,

the communities stay the same.

zijn de gemeenschappen hetzelfde.

So these bats remember their friends

Deze vleermuizen onthouden wie hun vrienden zijn

for a really long time.

voor een ontzettend lange tijd.

With a brain the size of a peanut,

Met een brein ter grootte van een pinda,

they maintain individualized,

behouden ze individuele,

long-term social bonds,

sociale relaties op de lange termijn.

We didn't know that was possible.

We wisten niet dat dat mogelijk was.

We knew that primates

We wisten dat primaten

and elephants and dolphins could do that,

en olifanten en dolfijnen dit kunnen,

but compared to bats, they have huge brains.

maar vergeleken met vleermuizen hebben zij enorme breinen.

So how could it be

Hoe is het mogelijk

that the bats maintain this complex,

dat de vleermuizen deze complexe,

stable social structure

stabiele, sociale structuur onderhouden

with such limited cognitive abilities?

met zulke beperkte cognitieve vermogens?

And this is where complexity brings an answer.

Hier heeft complexiteitstheorie een antwoord.

To understand this system,

Om dit systeem te begrijpen,

we built a computer model of roosting,

hebben we een computermodel van het nesten gebouwd,

based on simple, individual rules,

gebaseerd op simpele, individuele regels,

and simulated thousands and thousands of days

en we simuleerden duizenden dagen

in the virtual bat colony.

in deze virtuele vleermuizenkolonie.

It's a mathematical model,

Het is een wiskundig model,

but it's not complicated.

maar het is niet ingewikkeld.

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

Kort samengevat: dit model toonde ons dat

each bat knows a few other colony members

iedere vleermuis een paar andere vleermuizen uit de kolonie herkent

as her friends, and is just slightly more likely

als zijn vrienden, en zal die gewoon net iets eerder kiezen

to roost in a box with them.

om mee te nesten.

Simple, individual rules.

Simpele, individuele regels.

This is all it takes to explain

Dit is het enige wat nodig is om

the social complexity of these bats.

de sociale complexiteit van deze vleermuizen te verklaren.

But it gets better.

Maar het wordt nog beter.

Between 2010 and 2011,

Tussen 2010 en 2011,

the colony lost more than two thirds of its members,

verloor de kolonie meer dan tweederde van haar leden,

probably due to the very cold winter.

waarschijnlijk door de strenge winter.

The next spring, it didn't form two communities

Het volgende voorjaar, vormde ze niet twee gemeenschappen

like every year,

zoals ieder jaar,

which may have led the whole colony to die

wat de hele kolonie fataal had kunnen zijn

because it had become too small.

omdat de groep te klein was geworden.

Instead, it formed a single, cohesive social unit,

In plaats daarvan vormde ze één enkele, samenhangende sociale eenheid,

which allowed the colony to survive that season

waardoor de kolonie dat seizoen overleefde

and thrive again in the next two years.

en vervolgens weer groeide in de volgende twee jaar.

What we know is that the bats

We weten dat de vleermuizen

are not aware that their colony is doing this.

zich niet bewust zijn dat de kolonie dit doet.

All they do is follow simple association rules,

Zij volgen enkele simpele associatie-regels

and from this simplicity

en vanuit deze simpliciteit

emerges social complexity

ontwikkelt zich een sociale complexiteit

which allows the colony to be resilient

waardoor de kolonie bestand is

against dramatic changes in the population structure.

tegen dramatische veranderingen in de structuur van de populatie.

And I find this incredible.

Ik vind dit ongelooflijk.

Now I want to tell you another story,

Nu wil ik jullie een ander verhaal vertellen,

but for this we have to travel from Europe

maar hiervoor moeten we Europa verlaten

to the Kalahari Desert in South Africa.

en naar de Kalahari-woestijn in Zuid-Afrika reizen.

This is where meerkats live.

Dit is waar stokstaartjes leven.

I'm sure you know meerkats.

Ik ga er vanuit dat je stokstaartjes kent.

They're fascinating creatures.

Het zijn fascinerende wezens.

They live in groups with a very strict social hierarchy.

Ze leven in groepen met een heel strikte sociale rangorde.

There is one dominant pair,

Er is één dominant paar met veel ondergeschikten,

and many subordinates,

some acting as sentinels,

waarvan sommigen schildwachten zijn,

some acting as babysitters,

anderen zijn babysitters,

some teaching pups, and so on.

anderen voeden de jongen op, enzovoorts.

What we do is put very small GPS collars

We doen hele kleine GPS halsbanden

on these animals

om bij deze dieren

to study how they move together,

om te kijken hoe ze zich samen verplaatsen

and what this has to do with their social structure.

en wat dit te maken heeft met hun sociale structuur.

And there's a very interesting example

Er is een erg interessant voorbeeld

of collective movement in meerkats.

van gezamenlijke beweging in stokstaartjes.

In the middle of the reserve which they live in

Midden in het reservaat waar ze leven,

lies a road.

ligt een weg.

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

Op deze weg rijden auto's, dus het is gevaarlijk.

But the meerkats have to cross it

Maar de stokstaartjes moeten oversteken

to get from one feeding place to another.

om van de ene voederplaats naar de andere te komen.

So we asked, how exactly do they do this?

We vroegen ons af hoe ze dit doen.

We found that the dominant female

We kwamen erachter dat het dominante vrouwtje

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

voornamelijk degene is die de groep naar de weg leidt,

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

maar als het aankomt op daadwerkelijk de weg oversteken,

she gives way to the subordinates,

geeft ze de leiding aan de ondergeschikten,

a manner of saying,

alsof ze wil zeggen:

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

"Vooruit, laat maar zien dat het veilig is."

What I didn't know, in fact,

Ik wist echter niet

was what rules in their behavior the meerkats follow

welke gedragsregels de stokstaartjes volgen

for this change at the edge of the group to happen

om deze verandering in de rand van de groep te laten gebeuren

and if simple rules were sufficient to explain it.

en of simpele regels genoeg waren om dit te verklaren.

So I built a model, a model of simulated meerkats

Ik bouwde een model van gesimuleerde stokstaartjes

crossing a simulated road.

die een gesimuleerde weg oversteken.

It's a simplistic model.

Het is een simpel model.

Moving meerkats are like random particles

Bewegende stokstaartjes zijn willekeurige deeltjes

whose unique rule is one of alignment.

wiens unieke regel samenblijven is.

They simply move together.

Ze bewegen zich simpelweg als een geheel.

When these particles get to the road,

Wanneer deze deeltjes de weg bereiken,

they sense some kind of obstacle,

voelen ze een soort obstakel,

and they bounce against it.

ze botsen er tegen.

The only difference

Het enige verschil

between the dominant female, here in red,

tussen het dominante vrouwtje, hier in het rood,

and the other individuals,

en alle andere individuen

is that for her, the height of the obstacle,

is dat voor haar de hoogte van het obstakel,

which is in fact the risk perceived from the road,

wat in feite het waargenomen risico van de weg is,

is just slightly higher,

net iets hoger is.

and this tiny difference

Dit minieme verschil

in the individual's rule of movement

in de regel van samenzijn in het individu

is sufficient to explain what we observe,

is genoeg om te verklaren wat we zien:

that the dominant female

het dominante vrouwtje

leads her group to the road

leidt haar groep naar de weg

and then gives way to the others

en laat het dan aan de anderen over

for them to cross first.

om eerst over te steken.

George Box, who was an English statistician,

George Box, een Engelse statisticus,

once wrote, "All models are false,

schreef ooit: "Alle modellen zijn onjuist,

but some models are useful."

maar sommige modellen zijn nuttig."

And in fact, this model is obviously false,

Dit model is uiteraard nep,

because in reality, meerkats are anything but random particles.

want in werkelijkheid zijn stokstaartjes alles behalve willekeurige deeltjes.

But it's also useful,

Maar het is ook nuttig,

because it tells us that extreme simplicity

want het laat ons zien dat extreme simpliciteit

in movement rules at the individual level

in bewegingsregels op het niveau van het individu

can result in a great deal of complexity

kunnen resulteren in een behoorlijke complexiteit

at the level of the group.

op het niveau van de groep.

So again, that's simplifying complexity.

Dit is ook het simplificeren van complexiteit.

I would like to conclude

Ik wil eindigen met

on what this means for the whole species.

wat dit betekent voor de gehele soort.

When the dominant female

Als het dominante vrouwtje

gives way to a subordinate,

plaats maakt voor een ondergeschikte,

it's not out of courtesy.

is het niet uit beleefdheid.

In fact, the dominant female

Het dominante vrouwtje

is extremely important for the cohesion of the group.

is extreem belangrijk voor de samenhang in de groep.

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

Als zij sterft op de weg, loopt de hele groep risico.

So this behavior of risk avoidance

Dit risico-ontwijkende gedrag

is a very old evolutionary response.

is een heel oude evolutionaire reactie.

These meerkats are replicating an evolved tactic

Deze stokstaartjes kopiëren een geëvolueerde tactiek

that is thousands of generations old,

die al duizenden generaties oud is.

and they're adapting it to a modern risk,

Die adapteren ze aan een modern risico,

in this case a road built by humans.

in dit geval een weg aangelegd door mensen.

They adapt very simple rules,

Ze gebruiken hele simpele regels,

and the resulting complex behavior

en het resulterende complexe gedrag

allows them to resist human encroachment

stelt hen in staat om de menselijke indringing in hun habitat te weerstaan.

into their natural habitat.

In the end,

Uiteindelijk

it may be bats which change their social structure

kunnen het vleermuizen zijn die hun sociale structuur aanpassen

in response to a population crash,

aan een daling in de populatie,

or it may be meerkats

of het kunnen stokstaartjes zijn

who show a novel adaptation to a human road,

die een nieuwe aanpassing aan een weg laten zien,

or it may be another species.

of het kan een andere diersoort zijn.

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

Mijn boodschap hier -- geen moeilijke,

but a simple one of wonder and hope --

maar een simpele boodschap van verwondering en hoop --

my message here is that animals

is dat dieren buitengewone sociale complexiteit tentoonspreiden,

show extraordinary social complexity,

and this allows them to adapt

waardoor ze zich kunnen aanpassen aan,

and respond to changes in their environment.

en reageren op veranderingen in hun omgeving.

In three words, in the animal kingdom,

In drie woorden gezegd:

in het dierenrijk leidt simpliciteit tot complexiteit

simplicity leads to complexity

which leads to resilience.

wat leidt tot weerstandsvermogen.

Thank you.

Bedankt.

(Applause)

(Applaus)

Dania Gerhardt: Thank you very much, Nicolas,

Dania Gerhardt: Heel erg bedankt, Nicolas,

for this great start. Little bit nervous?

voor dit goede begin. Een beetje nerveus?

Nicolas Perony: I'm okay, thanks.

Nicolas Perony: Het gaat wel, bedankt.

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

Oké, super. Ik weet zeker dat veel mensen in het publiek

somehow tried to make associations

proberen connecties te maken

between the animals you were talking about --

tussen de dieren waar jij het over had -

the bats, meerkats -- and humans.

de vleermuizen, de stokstaartjes - en mensen.

You brought some examples:

Je noemde een aantal voorbeelden:

The females are the social ones,

de vrouwtjes zijn de sociale individuen,

the females are the dominant ones,

de vrouwtjes zijn de dominante individuen.

I'm not sure who thinks how.

Ik weet niet wie op welke manier denkt.

But is it okay to do these associations?

Maar is het correct om deze link te leggen?

Are there stereotypes you can confirm in this regard

Zijn er stereotypes waarvan je, in dit geval, kunt bevestigen

that can be valid across all species?

dat ze gelden voor alle diersoorten?

NP: Well, I would say there are also

NP: Ik zou zeggen dat er ook

counter-examples to these stereotypes.

tegenargumenten zijn voor deze stereotypes.

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

Bijvoorbeeld, in zeepaardjes of in koala's,

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

zijn het juist de mannetjes die altijd voor de jongen zorgen.

And the lesson is that it's often difficult,

En de les hier is dat het vaak moeilijk is,

and sometimes even a bit dangerous,

en soms zelfs een beetje gevaarlijk,

to draw parallels between humans and animals.

om paralellen te trekken tussen mens en dier.

So that's it.

Dat is mijn mening.

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

DF: Oké. Heel erg bedankt voor dit geweldige begin.

Thank you, Nicolas Perony.

Bedankt, Nicolas Perony.