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

Vertaald door: Rik Delaet Nagekeken door: Els De Keyser

I study ants

Ik bestudeer mieren

in the desert, in the tropical forest

in de woestijn, in het tropische woud

and in my kitchen,

in mijn keuken

and in the hills around Silicon Valley where I live.

en in de heuvels rond Silicon Valley, waar ik woon.

I've recently realized that ants

Onlangs besefte ik dat mieren

are using interactions differently

anders interageren

in different environments,

in verschillende omgevingen.

Dat gaf me het idee dat we daaruit wat kunnen leren

and that got me thinking that we could learn from this

about other systems,

over andere systemen,

like brains and data networks that we engineer,

zoals hersenen, onze datanetwerken

and even cancer.

en zelfs kanker.

So what all these systems have in common

Wat al deze systemen gemeen hebben,

is that there's no central control.

is dat er geen centrale controle is.

An ant colony consists of sterile female workers --

Een mierenkolonie bestaat uit steriele vrouwelijke werkers -

those are the ants you see walking around —

dat zijn de mieren die je ziet rondlopen -

and then one or more reproductive females

en ook nog wat reproductieve wijfjes

who just lay the eggs.

die alleen maar eieren leggen.

They don't give any instructions.

Ze geven geen instructies.

Even though they're called queens,

Ook al worden ze koninginnen genoemd,

they don't tell anybody what to do.

ze delen geen bevelen uit.

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

In een mierenkolonie is er niemand verantwoordelijk.

and all systems like this without central control

Alle systemen zonder centrale controle

are regulated using very simple interactions.

worden geregeld door zeer eenvoudige interacties.

Ants interact using smell.

Mieren communiceren met behulp van geur.

They smell with their antennae,

Ze ruiken met hun antennes,

and they interact with their antennae,

en ze interageren met hun antennes.

so when one ant touches another with its antennae,

Als bijvoorbeeld een mier een andere betast met haar antennes,

it can tell, for example, if the other ant

merkt ze of de andere mier

is a nestmate

een nestgenoot is

and what task that other ant has been doing.

en met welke taak die andere mier bezig was.

So here you see a lot of ants moving around

Hier zie je veel mieren bewegen

and interacting in a lab arena

en interageren in een lab-arena

that's connected by tubes to two other arenas.

die door buizen met twee andere arena’s is verbonden.

So when one ant meets another,

Wanneer een mier een andere mier ontmoet,

it doesn't matter which ant it meets,

maakt het niet uit welke mier ze ontmoet.

and they're actually not transmitting

Ze wisselen helemaal geen

any kind of complicated signal or message.

ingewikkelde signalen of berichten uit.

Het enige dat voor de mier telt, is de frequentie

All that matters to the ant is the rate

at which it meets other ants.

waarmee ze andere mieren tegenkomt.

And all of these interactions, taken together,

Al deze interacties tezamen

produce a network.

produceren een netwerk.

So this is the network of the ants

Dit is het netwerk van de mieren

that you just saw moving around in the arena,

die je net zag bewegen in de arena.

and it's this constantly shifting network

Dat voortdurend veranderende netwerk

that produces the behavior of the colony,

maakt het gedrag van de kolonie uit.

like whether all the ants are hiding inside the nest,

Zoals hoeveel mieren zijn ondergedoken in het nest,

or how many are going out to forage.

of hoeveel er vertrekken om te foerageren.

A brain actually works in the same way,

Een brein werkt eigenlijk op dezelfde manier,

but what's great about ants is

maar het fijne bij mieren is

that you can see the whole network as it happens.

dat je het hele netwerk in werking kunt zien.

There are more than 12,000 species of ants,

Er zijn meer dan 12.000 soorten mieren.

in every conceivable environment,

Ze komen voor in elke denkbare omgeving,

and they're using interactions differently

en ze passen hun interacties aan

to meet different environmental challenges.

aan verschillende milieu-uitdagingen.

So one important environmental challenge

Een belangrijke milieu-uitdaging

that every system has to deal with

waar elk systeem rekening moet mee houden,

is operating costs, just what it takes

zijn de werkingskosten, of wat er nodig is

to run the system.

om het systeem draaiende te houden.

And another environmental challenge is resources,

Een ander milieuprobleem zijn de middelen,

finding them and collecting them.

ze te vinden en te verzamelen.

In the desert, operating costs are high

In de woestijn zijn de werkingskosten hoog

because water is scarce,

omdat water schaars is.

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

De zaadetende mieren die ik in de woestijn bestudeer,

have to spend water to get water.

moeten water verbruiken om water te halen.

So an ant outside foraging,

Een buiten foeragerende mier,

searching for seeds in the hot sun,

op zoek naar zaden in de hete zon,

just loses water into the air.

verliest water door verdamping.

But the colony gets its water

Maar de kolonie krijgt net zijn water

by metabolizing the fats out of the seeds

door het metaboliseren van de vetten uit de zaden die ze eten.

that they eat.

So in this environment, interactions are used

In deze omgeving worden interacties gebruikt

to activate foraging.

om het foerageren te activeren.

An outgoing forager doesn't go out unless

Een foerageerster vertrekt niet,

tenzij ze genoeg interacties heeft met terugkerende foerageersters.

it gets enough interactions with returning foragers,

and what you see are the returning foragers

Hier zie je terugkerende foerageersters

going into the tunnel, into the nest,

via de tunnel het nest ingaan,

and meeting outgoing foragers on their way out.

en vertrekkende foerageersters op weg naar buiten tegenkomen.

This makes sense for the ant colony,

Dit is logisch voor de mierenkolonie,

because the more food there is out there,

want hoe meer voedsel er is,

the more quickly the foragers find it,

hoe sneller de foerageersters het vinden,

the faster they come back,

hoe sneller ze terugkomen,

and the more foragers they send out.

en hoe meer foerageersters ze op pad sturen.

The system works to stay stopped,

Het systeem blijft inactief,

unless something positive happens.

totdat er iets positiefs gebeurt.

So interactions function to activate foragers.

Interacties dienen dus om foerageersters te activeren.

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

We hebben de evolutie van dit systeem bestudeerd.

First of all, there's variation.

Er is variatie.

It turns out that colonies are different.

Het blijkt dat kolonies verschillen.

On dry days, some colonies forage less,

Op droge dagen foerageren sommige kolonies minder.

so colonies are different in how

Kolonies verschillen in

they manage this trade-off

de manier van afwegen

between spending water to search for seeds

tussen het verbruik van water om zaden te zoeken

and getting water back in the form of seeds.

en het recupereren van water in de vorm van zaden.

And we're trying to understand why

We proberen te begrijpen

some colonies forage less than others

waarom sommige kolonies minder foerageren dan andere

by thinking about ants as neurons,

door over mieren te denken als neuronen,

using models from neuroscience.

met modellen uit de neurowetenschappen.

So just as a neuron adds up its stimulation

Net zoals een neuron zijn stimulaties van andere neuronen

from other neurons to decide whether to fire,

optelt om te beslissen of het zal vuren,

an ant adds up its stimulation from other ants

voegt een mier haar stimulaties door andere mieren samen

to decide whether to forage.

om te beslissen of ze gaat foerageren.

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

Waar we naar op zoek zijn, is of er misschien

small differences among colonies

kleine verschillen tussen kolonies bestaan

in how many interactions each ant needs

in hoeveel interacties elke mier nodig heeft

before it's willing to go out and forage,

voordat ze gaat foerageren,

because a colony like that would forage less.

omdat zo'n kolonie minder zou foerageren.

And this raises an analogous question about brains.

Dit werpt een analoge vraag op over hersenen.

We talk about the brain,

We praten over het brein,

but of course every brain is slightly different,

maar natuurlijk is elk brein iets anders.

Misschien zijn er sommige individuen

and maybe there are some individuals

or some conditions

of sommige voorwaarden

in which the electrical properties of neurons are such

waarbij de elektrische eigenschappen van neuronen zodanig zijn

that they require more stimulus to fire,

dat ze meer stimulansen nodig hebben om te vuren,

and that would lead to differences in brain function.

wat zou leiden tot verschillen in de hersenfunctie.

So in order to ask evolutionary questions,

Om evolutionaire vragen te stellen,

we need to know about reproductive success.

moeten we iets weten over reproductief succes.

This is a map of the study site

Dit is een kaart van het studiegebied

where I have been tracking this population

waar ik deze populatie

of harvester ant colonies for 28 years,

van harvester-mierenkolonies al 28 jaar opvolg,

which is about as long as a colony lives.

wat ongeveer overeenkomt met de levensduur van een kolonie.

Each symbol is a colony,

Elk symbool is een kolonie,

en de grootte van het symbool geeft aan hoeveel dochterkolonies ze had.

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

because we were able to use genetic variation

We konden genetische variatie gebruiken

to match up parent and offspring colonies,

om de afstamming van ouder- en dochterkolonies te bepalen.

that is, to figure out which colonies

Anders gezegd, om erachter te komen welke kolonies

were founded by a daughter queen

opgericht door een dochter-koningin

produced by which parent colony.

afkomstig waren van welke ouder-kolonie.

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

Wat ik geweldig vond, was om na al die jaren

to find out, for example, that colony 154,

uit te vinden dat bijvoorbeeld kolonie 154,

whom I've known well for many years,

die ik al vele jaren kende,

is a great-grandmother.

een overgrootmoeder is.

Here's her daughter colony,

Hier is haar dochter-kolonie,

here's her granddaughter colony,

hier is haar kleindochter-kolonie,

and these are her great-granddaughter colonies.

en dit zijn haar achterkleindochter-kolonies.

And by doing this, I was able to learn

Daardoor vond ik

that offspring colonies resemble parent colonies

dat dochter-kolonies lijken op ouder-kolonies

in their decisions about which days are so hot

in hun beslissingen over welke dagen te heet zijn

that they don't forage,

om te foerageren,

and the offspring of parent colonies

terwijl de dochters van de ouder-kolonies

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

zo ver van elkaar wonen dat de mieren elkaar nooit ontmoeten.

so the ants of the offspring colony

De mieren van de dochter-kolonie

can't be learning this from the parent colony.

kunnen dat dus niet leren van de ouder-kolonie.

And so our next step is to look

De volgende stap is te kijken

for the genetic variation underlying this resemblance.

naar de genetische variatie waarop deze gelijkenis stoelt.

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

Ik kon dus gaan kijken naar wie het beter deed.

Over the time of the study,

Gedurende de studie,

and especially in the past 10 years,

en vooral in de afgelopen 10 jaar,

there's been a very severe and deepening drought

is er een steeds erger wordende droogte

in the Southwestern U.S.,

in het zuidwesten van de VS.

and it turns out that the colonies that conserve water,

Het blijkt dat de kolonies die water besparen,

that stay in when it's really hot outside,

die binnen blijven als het buiten echt warm is,

en er dus van afzien om zoveel mogelijk voedsel te vergaren,

and thus sacrifice getting as much food as possible,

are the ones more likely to have offspring colonies.

degene zijn met meer dochter-kolonies.

So all this time, I thought that colony 154

Dus al die tijd dacht ik dat dat kolonie 154

was a loser, because on really dry days,

een verliezer was, want op echt droge dagen,

there'd be just this trickle of foraging,

werd er maar weinig gefoerageerd,

while the other colonies were out

terwijl de andere kolonies

foraging, getting lots of food,

foerageerden en veel te eten kregen.

but in fact, colony 154 is a huge success.

Maar in feite is kolonie 154 een groot succes.

She's a matriarch.

Ze is een matriarch.

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

Ze is een van de zeldzame overgrootmoeders op de site.

To my knowledge, this is the first time

Voor zover ik weet, is dit de eerste keer

that we've been able to track

dat we in staat zijn

om de voortdurende evolutie van het collectief gedrag bij te houden

the ongoing evolution of collective behavior

in a natural population of animals

in een natuurlijke populatie van dieren

and find out what's actually working best.

en te ontdekken wat het beste werkt.

Now, the Internet uses an algorithm

Nu gebruikt ook internet een algoritme

to regulate the flow of data

om de datastroom te regelen.

that's very similar to the one

Het is vergelijkbaar

that the harvester ants are using to regulate

met wat de harvester-mieren gebruiken

the flow of foragers.

om de stroom van de foerageersters te regelen.

And guess what we call this analogy?

Raad eens hoe we deze analogie noemen?

The anternet is coming.

Het Anternet komt eraan.

(Applause)

(Applaus)

So data doesn't leave the source computer

Data blijven in de broncomputer

unless it gets a signal that there's enough bandwidth

totdat een signaal aangeeft dat er voldoende bandbreedte is

for it to travel on.

voor de reis.

In de vroege dagen van het internet,

In the early days of the Internet,

when operating costs were really high

toen de werkingskosten erg hoog waren,

and it was really important not to lose any data,

was het echt belangrijk om geen gegevens te verliezen.

then the system was set up for interactions

Het systeem werd opgezet voor interacties

to activate the flow of data.

om de gegevensstroom te activeren.

Het is interessant dat de mieren een algoritme gebruiken

It's interesting that the ants are using an algorithm

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

dat zo vergelijkbaar is met wat wij onlangs uitvonden.

but this is only one of a handful of ant algorithms

Maar dit is slechts één van het handvol mierenalgoritmen

that we know about,

dat we kennen.

and ants have had 130 million years

Mieren hebben 130 miljoen jaar de tijd gehad

to evolve a lot of good ones,

om er een heleboel goede te ontwikkelen.

and I think it's very likely

Heel waarschijnlijk

that some of the other 12,000 species

zullen sommige van de 12.000 andere soorten

are going to have interesting algorithms

interessante algoritmen

for data networks

voor datanetwerken hebben

that we haven't even thought of yet.

waar wij nog niet eens aan gedacht hebben.

So what happens when operating costs are low?

Wat gebeurt er als de werkingskosten laag zijn?

Operating costs are low in the tropics,

De werkingskosten zijn laag in de tropen,

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

want het is er erg vochtig, en het is gemakkelijk voor de mieren

to be outside walking around.

om buiten rond te lopen.

But the ants are so abundant

Maar de mieren zijn zo talrijk

and diverse in the tropics

en divers in de tropen

that there's a lot of competition.

dat er veel concurrentie is.

Welke voedingsbron een soort ook gebruikt,

Whatever resource one species is using,

another species is likely to be using that

een andere soort zal die ook willen gebruiken.

at the same time.

So in this environment, interactions are used

In deze omgeving worden interacties

in the opposite way.

omgekeerd gebruikt.

Het systeem blijft aan de gang

The system keeps going

unless something negative happens,

totdat er iets negatiefs gebeurt.

and one species that I study makes circuits

Een soort die ik bestudeer, maakt circuits

in the trees of foraging ants

in de bomen van foeragerende mieren

going from the nest to a food source and back,

van het nest naar een voedselbron en terug,

just round and round,

gewoon heen en weer,

tenzij er iets negatiefs gebeurt.

unless something negative happens,

like an interaction

Bijvoorbeeld een interactie

with ants of another species.

met mieren van een andere soort.

So here's an example of ant security.

Hier een voorbeeld van ‘mierensecurity’.

In the middle, there's an ant

In het midden blokt een mier

plugging the nest entrance with its head

de nestingang af met haar kop

in response to interactions with another species.

als antwoord op interacties met andere soorten.

Dat zijn de kleintjes die daar rondrennen

Those are the little ones running around

with their abdomens up in the air.

met hun achterlijf omhoog.

But as soon as the threat is passed,

Zodra de dreiging verdwijnt,

the entrance is open again,

gaat de ingang weer open.

and maybe there are situations

Misschien zijn er wel situaties

in computer security

in computerbeveiliging

where operating costs are low enough

waar de werkingskosten laag genoeg zijn

that we could just block access temporarily

dat we toegang tijdelijk kunnen blokkeren

in response to an immediate threat,

in reactie op een directe dreiging,

and then open it again,

en vervolgens weer openen,

instead of trying to build

in plaats van

a permanent firewall or fortress.

met een permanente firewall of vesting te werken.

So another environmental challenge

Een ander milieuprobleem

waar alle systemen mee te maken hebben,

that all systems have to deal with

is resources, finding and collecting them.

zijn middelen, het vinden en verzamelen ervan.

Mieren hebben een oplossing voor dit probleem

And to do this, ants solve the problem

of collective search,

van collectief zoeken.

and this is a problem that's of great interest

Dit probleem is op dit moment van groot belang in de robotica.

right now in robotics,

because we've understood that,

We hebben nu door dat,

rather than sending a single,

in plaats van één enkele,

sophisticated, expensive robot out

geavanceerde, dure robot te sturen

om een andere planeet te verkennen

to explore another planet

or to search a burning building,

of om een brandend gebouw te doorzoeken,

that instead, it may be more effective

het in plaats daarvan effectiever kan gebeuren

to get a group of cheaper robots

door een groep goedkopere robots

exchanging only minimal information,

met slechts minimale informatie-uitwisseling.

and that's the way that ants do it.

En dat is de manier waarop mieren dat doen.

So the invasive Argentine ant

De invasieve Argentijnse mier

makes expandable search networks.

maakt uitbreidbare zoeknetwerken.

They're good at dealing with the main problem

Ze zijn goed in het omgaan met het belangrijkste probleem

of collective search,

van collectief zoeken,

which is the trade-off between

dat is de afweging tussen

searching very thoroughly

zeer grondig zoeken

and covering a lot of ground.

en een groot gebied doorzoeken.

And what they do is,

when there are many ants in a small space,

Ze doen het zo:

als er veel mieren in een klein gebied zijn,

then each one can search very thoroughly

dan kan eenieder zeer grondig zoeken

because there will be another ant nearby

omdat er een andere zoekende mier in de buurt zal zijn

searching over there,

but when there are a few ants

maar als er wat mieren

in a large space,

in een groter gebied zijn,

then they need to stretch out their paths

dan moeten ze hun paden langer maken

to cover more ground.

om meer oppervlakte te doorzoeken.

I think they use interactions to assess density,

Ik denk dat ze interacties gebruiken om de dichtheid te beoordelen.

so when they're really crowded,

Als ze dicht op elkaar zitten,

they meet more often,

and they search more thoroughly.

komen ze elkaar vaker tegen

en zoeken ze grondiger.

Different ant species must use different algorithms,

Verschillende soorten mieren gebruiken verschillende algoritmes,

because they've evolved to deal with

omdat ze zijn geëvolueerd

om verschillende bronnen aan te boren.

different resources,

and it could be really useful to know about this,

Daar iets over weten, kan echt nuttig zijn.

and so we recently asked ants

Daarom vroegen we onlangs mieren

to solve the collective search problem

om het collectieve-zoeken-probleem op te lossen

in the extreme environment

in het extreme milieu

of microgravity

van de microzwaartekracht

in the International Space Station.

in het Internationale Ruimte Station.

When I first saw this picture, I thought,

Toen ik deze foto zag, dacht ik:

Oh no, they've mounted the habitat vertically,

“Oh nee, ze hebben de habitat verticaal gemonteerd.”,

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

maar toen realiseerde ik me dat het natuurlijk niets uitmaakt.

So the idea here is that the ants

Het idee hier is dat de mieren

are working so hard to hang on

zo bezig zijn met zich vast te houden

to the wall or the floor or whatever you call it

aan de muur of de vloer of hoe je het wil noemen

that they're less likely to interact,

dat ze minder kans hebben om te interageren,

en dus de relatie tussen

and so the relationship between

how crowded they are and how often they meet

hoe opeengepakt ze zijn en hoe vaak ze elkaar ontmoeten

would be messed up.

de mist ingaat.

We're still analyzing the data.

We analyseren het nog. Ik heb de resultaten nog niet.

I don't have the results yet.

Maar het zou interessant zijn om te weten

But it would be interesting to know

how other species solve this problem

hoe andere diersoorten dit probleem oplossen

in different environments on Earth,

in verschillende omgevingen op Aarde.

We hebben een programma

and so we're setting up a program

to encourage kids around the world

om kinderen over de hele wereld aan te moedigen

to try this experiment with different species.

dit met verschillende soorten te doen.

It's very simple.

Het is heel simpel.

It can be done with cheap materials.

Het kan met goedkope materialen.

And that way, we could make a global map

Zo kunnen we een mondiale kaart maken

of ant collective search algorithms.

van de collectieve zoekalgoritmen van mieren.

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

Waarschijnlijk zijn de invasieve soorten,

the ones that come into our buildings,

die in onze huizen komen,

are going to be really good at this,

daar erg goed in.

because they're in your kitchen

Ze geraken tot in je keuken

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

omdat ze echt goed zijn in het ​​vinden van voedsel en water.

So the most familiar resource for ants

De voedselbron voor mieren die we het best kennen, is een picknick,

is a picnic,

and this is a clustered resource.

een compacte bron.

When there's one piece of fruit,

Waar één stuk fruit is,

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

zijn er waarschijnlijk meer in de buurt,

and the ants that specialize on clustered resources

en de mieren die gespecialiseerd zijn in gegroepeerde bronnen

gebruiken interacties om anderen te rekruteren.

use interactions for recruitment.

So when one ant meets another,

Wanneer een mier een andere ontmoet

or when it meets a chemical deposited

of een chemische signaal van een andere vindt,

on the ground by another,

then it changes direction to follow

verandert ze van richting

in the direction of the interaction,

in de richting van de interactie.

and that's how you get the trail of ants

Zo ontstaat er een spoor van mieren

sharing your picnic.

naar jouw picknick.

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

Ik denk ook dat we van mieren

to learn something from ants about cancer.

iets over kanker kunnen leren.

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

Het is duidelijk dat we veel konden doen

to prevent cancer

om kanker te voorkomen

by not allowing people to spread around

door de verspreiding of de verkoop te verbieden

or sell the toxins that promote

van de giftige stoffen

the evolution of cancer in our bodies,

die de ontwikkeling van kanker in ons lichaam bevorderen,

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

maar ik denk niet dat de mieren ons hiermee veel kunnen helpen.

because ants never poison their own colonies.

Mieren zullen nooit hun eigen kolonie vergiftigen.

But we might be able to learn something from ants

Maar misschien leren ze ons iets over de behandeling van kanker.

about treating cancer.

There are many different kinds of cancer.

Er zijn vele soorten kanker.

Each one originates in a particular part of the body,

Elk begint in een bepaald deel van het lichaam,

and then some kinds of cancer will spread

en sommige vormen van kanker verspreiden zich dan

or metastasize to particular other tissues

of zaaien uit naar bepaalde andere weefsels

where they must be getting resources that they need.

waar ze vinden wat ze nodig hebben.

So if you think from the perspective

Dus als je denkt vanuit het perspectief

of early metastatic cancer cells

van vroege uitzaaiende kankercellen

as they're out searching around

op zoek naar de middelen die ze nodig hebben,

for the resources that they need,

if those resources are clustered,

en als die middelen gegroepeerd zijn,

they're likely to use interactions for recruitment,

gaan ze waarschijnlijk interacties voor rekrutering gebruiken.

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

Als we kunnen achterhalen hoe kankercellen rekruteren,

then maybe we could set traps

dan kunnen we misschien valstrikken uitzetten

to catch them before they become established.

om ze te vangen voordat ze zich vestigen.

So ants are using interactions in different ways

Mieren gebruiken interacties op verschillende manieren

in a huge variety of environments,

in een grote verscheidenheid van omgevingen.

and we could learn from this

Daaruit kunnen we leren

about other systems that operate

over andere systemen die werken

without central control.

zonder centrale controle.

Using only simple interactions,

Met behulp van eenvoudige interacties

ant colonies have been performing

leverden mierenkolonies

amazing feats for more than 130 million years.

gedurende meer dan 130 miljoen jaar verbazingwekkende prestaties.

We have a lot to learn from them.

We hebben veel van ze te leren.

Thank you.

Dank u.

(Applause)

(Applaus)