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

Tłumaczenie: Krystyna Wasilewska Korekta: Maciej Mackiewicz

Science,

Nauka

science has allowed us to know so much

pozwala nam dowiedzieć się

about the far reaches of the universe,

tak wiele o wszechświecie

which is at the same time tremendously important

który jest dla nas bardzo ważny

and extremely remote,

choć jest też niesamowicie odległy,

and yet much, much closer,

ale nadal bliższy niż się wydaje

much more directly related to us,

i jesteśmy z nim bezpośrednio związani.

there are many things we don't really understand.

Jednak wielu rzeczy nie rozumiemy.

And one of them is the extraordinary

Jedną z nich

social complexity of the animals around us,

jest niebywała złożoność społeczna zwierząt.

and today I want to tell you a few stories

Opowiem wam dziś kilka historii

of animal complexity.

o zwierzęcej złożoności.

But first, what do we call complexity?

Na wstępie - czym jest złożoność?

What is complex?

Co znaczy złożony?

Well, complex is not complicated.

Złożony to nie to samo, co skomplikowany.

Something complicated comprises many small parts,

Coś skomplikowanego składa się z wielu małych części,

all different, and each of them

każda jest inna

has its own precise role in the machinery.

i spełnia swoją szczególną rolę w mechanizmie.

On the opposite, a complex system

Z kolei złożony system

is made of many, many similar parts,

składa się z wielu podobnych części,

and it is their interaction

których interakcja

that produces a globally coherent behavior.

skutkuje w pełni spójnym zachowaniem.

Complex systems have many interacting parts

Złożone systemy mają wiele oddziałujących na siebie części,

which behave according to simple, individual rules,

które postępują według prostych, indywidualnych zasad

and this results in emergent properties.

co skutkuje wyłanianiem się nowych cech.

The behavior of the system as a whole

Nie da się przewidzieć

cannot be predicted

zachowania systemu jako całości

from the individual rules only.

tylko na podstawie działania jednostki.

As Aristotle wrote,

Jak pisał Arystoteles:

the whole is greater than the sum of its parts.

całość to więcej niż suma jej składników.

But from Aristotle, let's move onto

Ale przejdźmy do bardziej

a more concrete example of complex systems.

konkretnych przykładów złożonych systemów.

These are Scottish terriers.

To są teriery szkockie.

In the beginning, the system is disorganized.

Początkowo system był chaotyczny.

Then comes a perturbation: milk.

Potem następuje zaburzenie: mleko.

Every individual starts pushing in one direction

Każdy osobnik pcha w jedną stronę

and this is what happens.

i oto efekt.

The pinwheel is an emergent property

Wiatraczek to nowa cecha

of the interactions between puppies

interakcji pomiędzy szczeniętami,

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

których jedyną zasadą jest utrzymanie dostępu do mleka,

and therefore to push in a random direction.

stąd popychanie w przypadkowym kierunku.

So it's all about finding the simple rules

Więc polega to na odnajdywaniu prostych zasad,

from which complexity emerges.

z których rodzi się złożoność.

I call this simplifying complexity,

Nazywam to upraszczaniem złożoności i tym właśnie zajmujemy się

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

w Katedrze Projektowania Systemów

at ETH Zurich.

na Politechnice Federalnej w Zurychu.

We collect data on animal populations,

Zbieramy dane o populacjach zwierząt,

analyze complex patterns, try to explain them.

analizujemy wzory złożoności i próbujemy je wyjaśnić.

It requires physicists who work with biologists,

Wymaga to współpracy fizyków z biologami,

with mathematicians and computer scientists,

matematykami i informatykami,

and it is their interaction that produces

a interakcja pomiędzy nimi stwarza

cross-boundary competence

interdyscyplinarną zdolność

to solve these problems.

rozwiązywania problemów.

So again, the whole is greater

Tak więc całość to więcej,

than the sum of the parts.

niż suma jej składników.

In a way, collaboration

W pewnym sensie ta współpraca

is another example of a complex system.

jest również przykładem złożonego systemu.

And you may be asking yourself

Pewnie zastanawiacie się

which side I'm on, biology or physics?

po której jestem stronie - biologii czy fizyki.

In fact, it's a little different,

To nie takie proste

and to explain, I need to tell you

i aby to wyjaśnić, muszę

a short story about myself.

opowiedzieć krótką historię.

When I was a child,

Gdy byłem dzieckiem

I loved to build stuff, to create complicated machines.

uwielbiałem budować różne rzeczy i tworzyć skomplikowane maszyny.

So I set out to study electrical engineering

Postanowiłem studiować inżynierię elektryczną

and robotics,

i robotykę,

and my end-of-studies project

a moim projektem na zakończenie studiów

was about building a robot called ER-1 --

było zbudowanie robota o nazwie ER-1.

it looked like this—

Wyglądał tak.

that would collect information from its environment

Miał zbierać dane z otoczenia,

and proceed to follow a white line on the ground.

przetwarzać je i poruszać się wzdłuż białej linii na podłożu.

It was very, very complicated,

Był bardzo skomplikowany,

but it worked beautifully in our test room,

ale działał bez zarzutu w naszym pokoju testowym.

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

W dniu pokazu, nauczyciele zgromadzili się, aby ocenić projekt.

So we took ER-1 to the evaluation room.

Zanieśliśmy ER-1 do pokoju, gdzie miał być oceniony.

It turned out, the light in that room

Okazało się, że światło w tym pokoju

was slightly different.

było nieco inne.

The robot's vision system got confused.

System wizyjny robota zawiódł

At the first bend in the line,

i przy pierwszym zakręcie

it left its course, and crashed into a wall.

robot zboczył z kursu i wpadł na ścianę.

We had spent weeks building it,

Zbudowanie go zajęło tygodnie,

and all it took to destroy it

a aby go zniszczyć wystarczyła

was a subtle change in the color of the light

niewielka zmiana w kolorze

in the room.

oświetlenia pokoju.

That's when I realized that

Wtedy zrozumiałem,

the more complicated you make a machine,

że im bardziej skomplikowana jest maszyna,

the more likely that it will fail

tym bardziej prawdopodobnie zawiedzie

due to something absolutely unexpected.

z zupełnie nieoczekiwanych powodów.

And I decided that, in fact,

Stwierdziłem, że nie chcę

I didn't really want to create complicated stuff.

tworzyć skomplikowanych rzeczy.

I wanted to understand complexity,

Chciałem zrozumieć złożoność

the complexity of the world around us

świata dookoła nas,

and especially in the animal kingdom.

szczególnie w królestwie zwierząt.

Which brings us to bats.

I tu wkraczają nietoperze.

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

Nocek Bechsteina to pospolity gatunek europejskich nietoperzy.

They are very social animals.

Są to zwierzęta społeczne.

Mostly they roost, or sleep, together.

Głównie przebywają, czy śpią, razem.

And they live in maternity colonies,

Żyją w koloniach rozrodczych,

which means that every spring,

co oznacza, że każdej wiosny

the females meet after the winter hibernation,

samice spotykają się po zimowej hibernacji,

and they stay together for about six months

by przez około sześć miesięcy żyć razem

to rear their young,

i wychować młode.

and they all carry a very small chip,

Każdy nietoperz ma mały chip,

which means that every time one of them

więc za każdym razem,

enters one of these specially equipped bat boxes,

gdy któryś wchodzi do specjalnie wyposażonej budki dla nietoperzy,

we know where she is,

wiemy, gdzie jest

and more importantly,

i co ważniejsze,

we know with whom she is.

z kim jest.

So I study roosting associations in bats,

Mogę badać relacje wychowawcze u nietoperzy,

and this is what it looks like.

które wyglądają tak:

During the day, the bats roost

w ciągu dnia nietoperze gromadzą się

in a number of sub-groups in different boxes.

w kilku podgrupach w różnych budkach.

It could be that on one day,

Jednego dnia zdarza się,

the colony is split between two boxes,

że kolonia jest podzielona między dwie budki,

but on another day,

a kolejnego

it could be together in a single box,

może znajdować się razem w jednej budce,

or split between three or more boxes,

lub podzielona na trzy, bądź więcej budek,

and that all seems rather erratic, really.

wydaje się, że nie ma tu reguły.

It's called fission-fusion dynamics,

Nazywa się to dynamiką fuzji i rozpadu

the property for an animal group

i dotyczy tendencji grup zwierząt

of regularly splitting and merging

do regularnego dzielenia się i łączenia

into different subgroups.

w różne podgrupy.

So what we do is take all these data

Zbieramy dane

from all these different days

ze wszystkich dni

and pool them together

i analizujemy je łącznie,

to extract a long-term association pattern

by uzyskać długoterminowy wzór zależności

by applying techniques with network analysis

za pomocą analizy sieci powiązań,

to get a complete picture

by otrzymać pełny obraz

of the social structure of the colony.

społecznej struktury kolonii.

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

Wygląda to tak.

In this network, all the circles

W tej sieci wszystkie punkty

are nodes, individual bats,

to poszczególne nietoperze,

and the lines between them

a linie pomiędzy nimi

are social bonds, associations between individuals.

to więzi społeczne, powiązania pomiędzy osobnikami.

It turns out this is a very interesting picture.

Okazuje się, że to bardzo ciekawy obraz.

This bat colony is organized

Kolonia nietoperzy jest podzielona

in two different communities

na dwie społeczności,

which cannot be predicted

które nie podlegają przewidywaniu

from the daily fission-fusion dynamics.

przez codzienną dynamikę fuzji i rozpadu.

We call them cryptic social units.

Nazywamy je ukrytymi jednostkami społecznymi.

Even more interesting, in fact:

Co więcej,

Every year, around October,

co roku, około października,

the colony splits up,

kolonia rozdziela się

and all bats hibernate separately,

i wszystkie nietoperze hibernują osobno.

but year after year,

Natomiast rok po roku,

when the bats come together again in the spring,

gdy spotykają się ponownie wiosną,

the communities stay the same.

społeczności pozostają te same.

So these bats remember their friends

Te nietoperze pamiętają swoich znajomych

for a really long time.

naprawdę długo.

With a brain the size of a peanut,

Z mózgiem wielkości fistaszka,

they maintain individualized,

utrzymują własne,

long-term social bonds,

długoterminowe więzi społeczne.

We didn't know that was possible.

Nie wiedzieliśmy, że to możliwe.

We knew that primates

Wiadomo było, że naczelne,

and elephants and dolphins could do that,

słonie czy delfiny to potrafią,

but compared to bats, they have huge brains.

ale w porównaniu z nietoperzami one mają ogromne mózgi.

So how could it be

Jak to możliwe,

that the bats maintain this complex,

że nietoperze utrzymują złożoną,

stable social structure

stabilną strukturę społeczną

with such limited cognitive abilities?

z tak ograniczonymi możliwościami poznawczymi?

And this is where complexity brings an answer.

Na to pytanie odpowiada złożoność.

To understand this system,

Aby zrozumieć ten system

we built a computer model of roosting,

stworzyliśmy komputerowy model kontaktów

based on simple, individual rules,

oparty na działaniach osobnika

and simulated thousands and thousands of days

i symulujący tysiące dni

in the virtual bat colony.

w wirtualnej kolonii nietoperzy.

It's a mathematical model,

Jest to model matematyczny,

but it's not complicated.

ale nie jest skomplikowany.

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

Według modelu,

each bat knows a few other colony members

każdy nietoperz traktuje kilkoro członków kolonii

as her friends, and is just slightly more likely

jako swoich znajomych i z nimi będzie przebywał

to roost in a box with them.

w budce nieco częściej.

Simple, individual rules.

Osobnik postępuje według prostych zasad.

This is all it takes to explain

Tyle wystarczy, by wyjaśnić

the social complexity of these bats.

społeczną złożoność nietoperzy.

But it gets better.

Ale to nie wszystko.

Between 2010 and 2011,

Między 2010 a 2011

the colony lost more than two thirds of its members,

kolonia straciła ponad dwie trzecie członków,

probably due to the very cold winter.

zapewne z powodu ostrej zimy.

The next spring, it didn't form two communities

Kolejnej wiosny nie uformowała dwóch społeczności,

like every year,

jak każdego roku,

which may have led the whole colony to die

co mogłoby doprowadzić do

because it had become too small.

wyginięcia kolonii, bo byłaby zbyt mała.

Instead, it formed a single, cohesive social unit,

Zamiast tego uformowała się jedna, spójna grupa społeczna,

which allowed the colony to survive that season

dzięki czemu kolonia przetrwała ten okres

and thrive again in the next two years.

i dwa lata później rozkwitła ponownie.

What we know is that the bats

Wiadomo, że nietoperze

are not aware that their colony is doing this.

nie zdają sobie sprawy z tego, co robi kolonia.

All they do is follow simple association rules,

Kierują się prostymi zasadami dotyczącymi powiązań,

and from this simplicity

a z tej prostoty

emerges social complexity

powstaje społeczna złożoność,

which allows the colony to be resilient

która pozwala kolonii dostosowywać się

against dramatic changes in the population structure.

do znaczących zmian w strukturze populacji.

And I find this incredible.

Uważam, że to niesamowite.

Now I want to tell you another story,

Opowiem teraz inną historię,

but for this we have to travel from Europe

z Europy przenosimy się

to the Kalahari Desert in South Africa.

na pustynię Kalahari w południowej Afryce,

This is where meerkats live.

gdzie żyją surykatki.

I'm sure you know meerkats.

Na pewno o nich słyszeliście.

They're fascinating creatures.

To fascynujące stworzenia.

They live in groups with a very strict social hierarchy.

Żyją w grupach ze ściśle określoną hierarchią społeczną.

There is one dominant pair,

Jest jedna para dominująca

and many subordinates,

i osobniki podporządkowane,

some acting as sentinels,

niektóre są strażnikami,

some acting as babysitters,

inne opiekują się młodymi,

some teaching pups, and so on.

jeszcze inne uczą młode, i tak dalej.

What we do is put very small GPS collars

Założyliśmy im małe

on these animals

obroże GPS,

to study how they move together,

żeby badać, jak się przemieszczają

and what this has to do with their social structure.

i jaki ma to wpływ na ich społeczną strukturę.

And there's a very interesting example

Istnieje ciekawy przykład

of collective movement in meerkats.

wspólnego przemieszczania się surykatek.

In the middle of the reserve which they live in

Po środku ich rezerwatu

lies a road.

przebiega droga.

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

Drogą przejeżdżają samochody, co stwarza niebezpieczeństwo.

But the meerkats have to cross it

Surykatki muszą ją pokonać,

to get from one feeding place to another.

by móc szukać pożywienia.

So we asked, how exactly do they do this?

Zaczęliśmy się zastanawiać jak właściwie one to robią?

We found that the dominant female

Głównie to dominująca samica

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

prowadzi grupę do drogi,

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

ale gdy trzeba ją przekroczyć

she gives way to the subordinates,

ustępuje osobnikom podporządkowanym,

a manner of saying,

jakby mówiła:

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

"Idźcie przodem i powiedzcie, czy jest bezpiecznie."

What I didn't know, in fact,

Jednak nie zdawałem sobie sprawy,

was what rules in their behavior the meerkats follow

jakimi zasadami kierują się surykatki

for this change at the edge of the group to happen

przy takiej zmianie zachowania grupy

and if simple rules were sufficient to explain it.

i czy można to wyjaśnić prostymi zasadami.

So I built a model, a model of simulated meerkats

Stworzyłem model symulujący surykatki

crossing a simulated road.

przechodzące przez drogę.

It's a simplistic model.

To uproszczony model.

Moving meerkats are like random particles

Poruszające się surykatki są jak losowe cząstki,

whose unique rule is one of alignment.

których unikalną zasadą jest współpraca.

They simply move together.

Surykatki przemieszczają się razem.

When these particles get to the road,

Gdy te cząstki docierają do drogi,

they sense some kind of obstacle,

wyczuwają przeszkodę

and they bounce against it.

i odbijają się od niej.

The only difference

Jedyna różnica

between the dominant female, here in red,

między dominującą samicą, tu na czerwono,

and the other individuals,

a innymi osobnikami,

is that for her, the height of the obstacle,

jest taka, że dla niej poziom przeszkody,

which is in fact the risk perceived from the road,

czyli ryzyko, jakie stwarza droga,

is just slightly higher,

jest nieco wyższy.

and this tiny difference

Ta drobna różnica

in the individual's rule of movement

w ruchu osobnika

is sufficient to explain what we observe,

tłumaczy to, co obserwujemy,

that the dominant female

że dominująca samica

leads her group to the road

prowadzi grupę do drogi,

and then gives way to the others

po czym ustępuje innym,

for them to cross first.

aby przeszli pierwsi.

George Box, who was an English statistician,

George Box, angielski statystyk,

once wrote, "All models are false,

napisał: "Wszystkie modele są fałszywe,

but some models are useful."

ale niektóre są przydatne."

And in fact, this model is obviously false,

Ten model też jest fałszywy,

because in reality, meerkats are anything but random particles.

bo w rzeczywistości surykatkom daleko do losowych cząstek.

But it's also useful,

Jednak jest przydatny,

because it tells us that extreme simplicity

gdyż mówi nam, że niezwykła prostota zasad

in movement rules at the individual level

według których porusza się osobnik

can result in a great deal of complexity

może skutkować ogromną złożonością zasad,

at the level of the group.

jakimi rządzi się grupa.

So again, that's simplifying complexity.

Znów mamy do czynienia z upraszczaniem złożoności.

I would like to conclude

Chciałbym wyjaśnić

on what this means for the whole species.

jakie to ma znaczenie dla całego gatunku.

When the dominant female

Gdy dominująca samica ustępuje osobnikowi podporządkowanemu,

gives way to a subordinate,

it's not out of courtesy.

nie jest to uprzejmość.

In fact, the dominant female

Dominująca samica

is extremely important for the cohesion of the group.

jest niezwykle ważna dla spójności grupy.

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

Gdyby zmarła na drodze, cała grupa byłaby w niebezpieczeństwie.

So this behavior of risk avoidance

Więc to unikanie ryzyka

is a very old evolutionary response.

jest ewolucyjnie starym odruchem.

These meerkats are replicating an evolved tactic

Surykatki wykorzystują taktykę,

that is thousands of generations old,

która wyewoluowała tysiące pokoleń temu

and they're adapting it to a modern risk,

i dostosowują ją do współczesnych zagrożeń,

in this case a road built by humans.

w tym przypadku drogi wybudowanej przez ludzi.

They adapt very simple rules,

Adaptują bardzo proste zasady,

and the resulting complex behavior

a efekt w postaci złożonego zachowania

allows them to resist human encroachment

pozwala im przetrwać ingerencje człowieka

into their natural habitat.

w ich środowisko.

In the end,

Koniec końców, to mogą być

it may be bats which change their social structure

nietoperze zmieniające strukturę społeczną

in response to a population crash,

na skutek zmniejszenia populacji,

or it may be meerkats

to mogą być surykatki,

who show a novel adaptation to a human road,

które przystosowały się do obecności jezdni,

or it may be another species.

to może być każdy inny gatunek.

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

Moje przesłanie nie jest skomplikowane,

but a simple one of wonder and hope --

ale proste, pełne zachwytu i nadziei,

my message here is that animals

chciałbym powiedzieć, że zwierzęta

show extraordinary social complexity,

wykazują niezwykłą społeczną złożoność,

and this allows them to adapt

która pozwala im dostosowywać się

and respond to changes in their environment.

i reagować na zmiany w ich środowisku.

In three words, in the animal kingdom,

Podsumowując, w królestwie zwierząt

simplicity leads to complexity

prostota prowadzi do złożoności,

which leads to resilience.

a ta do elastyczności.

Thank you.

Dziękuję.

(Applause)

(Brawa)

Dania Gerhardt: Thank you very much, Nicolas,

Dania Gerhardt: Dziękuję bardzo

for this great start. Little bit nervous?

za świetne rozpoczęcie. Zdenerwowany?

Nicolas Perony: I'm okay, thanks.

Nicolas Perony: Jest ok, dzięki.

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

DG: Super. Jestem pewna, że wiele osób na widowni

somehow tried to make associations

próbowało stworzyć powiązania

between the animals you were talking about --

między zwierzętami, o których mówiłeś,

the bats, meerkats -- and humans.

nietoperzami, surykatkami a ludźmi.

You brought some examples:

Przytoczyłeś przykłady,

The females are the social ones,

że samice są bardziej społeczne,

the females are the dominant ones,

są dominujące,

I'm not sure who thinks how.

nie wiem, o czym kto teraz myśli.

But is it okay to do these associations?

Czy można tworzyć takie powiązania?

Are there stereotypes you can confirm in this regard

Czy można w ten sposób potwierdzić stereotypy,

that can be valid across all species?

które sprawdzałyby się u wszystkich gatunków?

NP: Well, I would say there are also

NP: Istnieją również przykłady

counter-examples to these stereotypes.

przeczące tym stereotypom.

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

U koników morskich czy koali

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

to samce opiekują się młodymi.

And the lesson is that it's often difficult,

Porównywanie

and sometimes even a bit dangerous,

ludzi i zwięrząt

to draw parallels between humans and animals.

jest trudne i czasem niebezpieczne.

So that's it.

To tyle.

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

DG: Dziękuje bardzo za świetny początek.

Thank you, Nicolas Perony.

Dziękuję, Nicolas Perony.