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

Tłumaczenie: Weronika Pietrzak Korekta: Sylwia Gliniewicz

I study ants

Zajmuję się badaniem mrówek:

in the desert, in the tropical forest

na pustyni, w lasach tropikalnych,

and in my kitchen,

w mojej kuchni,

and in the hills around Silicon Valley where I live.

i na wzgórzach wokół Doliny Krzemowej, gdzie mieszkam.

I've recently realized that ants

Niedawno uświadomiłam sobie,

are using interactions differently

że mrówki porozumiewają się inaczej

in different environments,

w różnych środowiskach

and that got me thinking that we could learn from this

i dlatego moglibyśmy się od nich nauczyć

about other systems,

o innych systemach:

like brains and data networks that we engineer,

mózgu, sieciach komputerowych, które budujemy,

and even cancer.

i nawet nowotworach.

So what all these systems have in common

Wszystkie te systemy mają wspólną cechę:

is that there's no central control.

brak centralnej kontroli.

An ant colony consists of sterile female workers --

Kolonia mrówek składa się z bezpłodnych robotnic,

those are the ants you see walking around —

mrówek wędrujących dookoła,

and then one or more reproductive females

i co najmniej jednej płodnej samicy,

who just lay the eggs.

która tylko składa jaja.

They don't give any instructions.

One nie wydają rozkazów.

Even though they're called queens,

Mimo, że nazywa się je królowymi,

they don't tell anybody what to do.

nie mówią nikomu, co robić.

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

W kolonii mrówek nikt nie dowodzi,

and all systems like this without central control

a takie systemy bez centralnej kontroli

are regulated using very simple interactions.

są regulowane prostymi interakcjami.

Ants interact using smell.

Mrówki używają do tego zapachów.

They smell with their antennae,

Wyczuwają zapachy czółkami

and they interact with their antennae,

i to nimi się komunikują,

so when one ant touches another with its antennae,

więc kiedy mrówka dotyka czółkami drugiej,

it can tell, for example, if the other ant

jest w stanie określić,

is a nestmate

czy tamta mrówka jest gniazdowniczką

and what task that other ant has been doing.

i jakie zadanie wykonywała.

So here you see a lot of ants moving around

Tu widać mnóstwo mrówek w ruchu,

and interacting in a lab arena

które wchodzą w interakcje na laboratoryjnej arenie

that's connected by tubes to two other arenas.

połączonej rurkami z dwiema innymi.

So when one ant meets another,

Kiedy mrówki się ze sobą spotykają,

it doesn't matter which ant it meets,

nie ma znaczenia z którą,

and they're actually not transmitting

to nie przesyłają

any kind of complicated signal or message.

skomplikowanych sygnałów ani wiadomości.

All that matters to the ant is the rate

Liczy się częstotliwość,

at which it meets other ants.

z jaką spotkają się z innymi mrówkami.

And all of these interactions, taken together,

Wszystkie interakcje, razem wzięte,

produce a network.

tworzą sieć.

So this is the network of the ants

To sieć mrówek,

that you just saw moving around in the arena,

które widzieliście na arenie,

and it's this constantly shifting network

i ta nieustannie zmieniająca się sieć

that produces the behavior of the colony,

prowadzi do danego zachowania kolonii,

like whether all the ants are hiding inside the nest,

takiego jak ukrywanie się w gnieździe

or how many are going out to forage.

czy tego, ile wyjdzie szukać jedzenia.

A brain actually works in the same way,

Mózg pracuje podobnie,

but what's great about ants is

that you can see the whole network as it happens.

ale u mrówek najwspanialsze jest to,

że sieć można zobaczyć podczas tworzenia.

There are more than 12,000 species of ants,

Występuje ponad 12 000 gatunków mrówek

in every conceivable environment,

żyjących w każdym możliwym środowisku,

and they're using interactions differently

które komunikują się różnie,

to meet different environmental challenges.

w zależności od wyzwań na danym terenie.

So one important environmental challenge

Jednym z wyzwań śrdowiskowych,

that every system has to deal with

z którym musi radzić sobie każdy system

is operating costs, just what it takes

są koszty operacyjne,

to run the system.

czyli warunki działania tego systemu.

And another environmental challenge is resources,

Kolejnym z wyzwań są: zasoby,

finding them and collecting them.

ich szukanie i zbieranie.

In the desert, operating costs are high

Na pustyni koszty operacyjne są wysokie,

because water is scarce,

ponieważ brakuje wody,

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

więc mrówki żywiące się nasionami, które tam badam,

have to spend water to get water.

muszą poświęcić wodę, żeby ją dostać.

So an ant outside foraging,

Mrówka żywiąca się na zewnątrz,

searching for seeds in the hot sun,

szukająca nasion w pełnym słońcu,

just loses water into the air.

traci wodę, która z niej paruje.

But the colony gets its water

Kolonia otrzymuje wodę

by metabolizing the fats out of the seeds

poprzez metabolizm tłuszczów z nasion,

that they eat.

które zjadają.

So in this environment, interactions are used

W takim środowisku

interakcje służą rozpoczęciu poszukiwań.

to activate foraging.

An outgoing forager doesn't go out unless

Poszukiwaczki nie wychodzą

it gets enough interactions with returning foragers,

bez odpowiedniej ilości sygnałów

and what you see are the returning foragers

od powracających mrówek, które tutaj widać,

going into the tunnel, into the nest,

jak wchodzą do tunelu, do gniazda

and meeting outgoing foragers on their way out.

i spotykają poszukiwaczki, które udają się na zewnątrz.

This makes sense for the ant colony,

because the more food there is out there,

Dla kolonii to ma sens,

bo im więcej jedzenia na zewnątrz,

the more quickly the foragers find it,

tym szybciej znajdą je poszukiwaczki

the faster they come back,

i szybciej wrócą,

and the more foragers they send out.

aby wysłać na poszukiwania jak najwięcej mrówek.

The system works to stay stopped,

System pracuje nieprzerwanie,

unless something positive happens.

dopóki warunki są korzystne.

So interactions function to activate foragers.

Poszukiwaczki uaktywniają się dzięki interakcjom.

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

Badaliśmy ewolucję tego systemu.

First of all, there's variation.

Występuje w nim różnorodność.

It turns out that colonies are different.

Kolonie są różne.

On dry days, some colonies forage less,

Podczas suszy niektóre kolonie rzadziej szukają pożywienia,

so colonies are different in how

więc różnią się sposobem,

they manage this trade-off

between spending water to search for seeds

w jaki osiągają kompromis

między utratą wody w poszukiwaniu nasion

and getting water back in the form of seeds.

a czerpaniem jej z nich.

And we're trying to understand why

Próbujemy zrozumieć,

some colonies forage less than others

czemu niektóre kolonie poszukują mniej niż inne,

by thinking about ants as neurons,

patrząc na mrówki jak na neurony,

używając modeli z neurobiologii.

using models from neuroscience.

So just as a neuron adds up its stimulation

Neuron sumuje impulsy wysyłane przez inne neurony,

from other neurons to decide whether to fire,

aby wysłać potencjał czynnościowy

an ant adds up its stimulation from other ants

a mrówki sumują sygnały od innych mrówek,

to decide whether to forage.

aby zadecydować, kiedy szukać pożywienia.

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

Zastanawiamy się, czy między koloniami

small differences among colonies

mogą być niewielkie różnice

in how many interactions each ant needs

między liczbą niezbędnych interakcji,

before it's willing to go out and forage,

jakich potrzebuje mrówka, żeby wyjść na poszukiwania.

because a colony like that would forage less.

Taka kolonia poszukiwałaby mniej niż inne.

And this raises an analogous question about brains.

Analogiczne pytanie dotyczy mózgu.

We talk about the brain,

Mówimy "mózg",

but of course every brain is slightly different,

ale każdy mózg jest inny,

and maybe there are some individuals

i może istnieją jednostki

or some conditions

in which the electrical properties of neurons are such

albo określone warunki,

w których elektryczne właściwości neuronów

that they require more stimulus to fire,

wymagają większej stymulacji, aby wysłać potencjał czynnościowy,

and that would lead to differences in brain function.

a to oznaczałoby różnice w funkcjonowaniu mózgu.

So in order to ask evolutionary questions,

Pytając o ewolucję,

we need to know about reproductive success.

musimy wiedzieć o sukcesie reprodukcyjnym.

This is a map of the study site

To mapa badanego terenu,

where I have been tracking this population

w którym śledziłam populację

of harvester ant colonies for 28 years,

żniwiarek przez 28 lat,

which is about as long as a colony lives.

czyli mniej więcej tyle, ile żyje kolonia.

Each symbol is a colony,

Każdy symbol to jedna kolonia,

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

a wielkość odzwierciedla ilość potomstwa,

because we were able to use genetic variation

bo wykorzystaliśmy genetyczną różnorodność

to match up parent and offspring colonies,

by kolonie macierzyste dopasować z potomnymi

that is, to figure out which colonies

w celu odgadnięcia, kóre kolonie

were founded by a daughter queen

były założone przez potomne królowe

produced by which parent colony.

pochodzące z kolonii macierzystych.

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

Niesamowite było odkrycie, po tylu latach,

to find out, for example, that colony 154,

że na przykład kolonia 154,

whom I've known well for many years,

którą znam od dawna,

is a great-grandmother.

jest prababcią.

Here's her daughter colony,

Tu znajduje się jej kolonia-córka,

here's her granddaughter colony,

tu kolonia-wnuczka,

a tutaj jej kolonie-prawnuczki.

and these are her great-granddaughter colonies.

And by doing this, I was able to learn

Dzięki temu zrozumiałam,

that offspring colonies resemble parent colonies

że kolonie potomne naśladują kolonie macierzyste,

in their decisions about which days are so hot

decydując, które dni są tak upalne,

that they don't forage,

więc mrówki nie wychodzą żerować.

and the offspring of parent colonies

Kolonie potomne żyją na tyle daleko,

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

że mrówki nigdy się nie spotykają,

so the ants of the offspring colony

więc mrówcze potomstwo

can't be learning this from the parent colony.

nie uczy się tego od kolonii macierzystej.

And so our next step is to look

Nasz następny krok

for the genetic variation underlying this resemblance.

to poszukiwanie genetycznej matrycy, z której wynika to podobieństwo.

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

Zapytałam, kto radzi sobie lepiej.

Over the time of the study,

and especially in the past 10 years,

Podczas trwania badań,

szczególnie w ostatniej dekadzie,

there's been a very severe and deepening drought

panowała dotkliwa i pogarszająca się susza

in the Southwestern U.S.,

w południowo-zachodniej części Stanów.

and it turns out that the colonies that conserve water,

Okazało się, że kolonie, które oszczędzają wodę,

that stay in when it's really hot outside,

nie wychodzą, gdy zewnątrz jest za gorąco,

and thus sacrifice getting as much food as possible,

i nie zdobywają największej możliwej ilości jedzenia,

are the ones more likely to have offspring colonies.

mają największe szanse na posiadanie kolonii potomnych.

So all this time, I thought that colony 154

Długo myślałam, że kolonia 154,

was a loser, because on really dry days,

była stracona, bo w bardzo suche dni,

there'd be just this trickle of foraging,

częstotliwość poszukiwań była niewielka,

while the other colonies were out

a inne kolonie były na zewnątrz,

foraging, getting lots of food,

szukając i zdobywając mnóstwo jedzenia,

but in fact, colony 154 is a huge success.

ale to kolonia 154 jest ogromnym sukcesem.

She's a matriarch.

Jest matką rodu.

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

Jest jedną z niewielu prababć na tym terenie.

To my knowledge, this is the first time

Z tego, co wiem, po raz pierwszy

that we've been able to track

byliśmy w stanie śledzić

the ongoing evolution of collective behavior

ewolucję zachowań zbiorowych

in a natural population of animals

w naturalnej populacji zwierząt

and find out what's actually working best.

i zbadać, które zachowanie jest najkorzystniejsze.

Now, the Internet uses an algorithm

Internet wymaga algorytmu

to regulate the flow of data

do kontroli przepływ danych,

that's very similar to the one

który jest bardzo podobny do tego

that the harvester ants are using to regulate

używanego przez żniwiarki, aby regulować

the flow of foragers.

liczbę wychodzących poszukiwaczek.

And guess what we call this analogy?

Zgadnijcie, jak nazywamy tę analogię?

The anternet is coming.

Nadchodzi "Anternet"!

(Applause)

(Brawa)

So data doesn't leave the source computer

Komputer źródłowy nie wyśle danych

unless it gets a signal that there's enough bandwidth

bez odpowiedniej przepustowości łącza,

for it to travel on.

po których mogą przepłynąć.

In the early days of the Internet,

Na początku dziejów Internetu,

when operating costs were really high

kiedy koszty operacyjne były wysokie

and it was really important not to lose any data,

i trzeba było uważać, aby nie stracić danych,

then the system was set up for interactions

system był oparty na interakcjach

to activate the flow of data.

aktywujących przepływ danych.

It's interesting that the ants are using an algorithm

System, który wynaleźliśmy, jest bardzo podobny

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

do tego używanego przez mrówki,

but this is only one of a handful of ant algorithms

jednego z niewielu algorytmów,

that we know about,

o których wiemy,

and ants have had 130 million years

a mrówki miały 130 milionów lat

to evolve a lot of good ones,

na wypracowanie tych dobrych.

and I think it's very likely

To bardzo prawdopodobne,

that some of the other 12,000 species

że niektóre z 12 000 gatunków

are going to have interesting algorithms

mają ciekawe algorytmy

for data networks

dla sieci danych,

that we haven't even thought of yet.

o których jeszcze nie wiemy.

So what happens when operating costs are low?

Co się dzieje, kiedy koszty są niskie?

Operating costs are low in the tropics,

Koszty operacyjne są niskie w tropikach,

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

ponieważ jest bardzo wilgotno

to be outside walking around.

i mrówkom jest łatwo poszukiwać.

Mrówki występują w takiej obfitości

But the ants are so abundant

and diverse in the tropics

i różnorodności w tropikach,

that there's a lot of competition.

że panuje tam duża konkurencja.

Whatever resource one species is using,

Jeśli z zasobów korzysta jeden gatunek,

another species is likely to be using that

to prawdopodobnie używa ich inny

at the same time.

w tym samym czasie.

So in this environment, interactions are used

W tych warunkach interakcje

in the opposite way.

służą czemuś innemu.

The system keeps going

System pracuje do momentu,

unless something negative happens,

dopóki nie wydarzy się coś negatywnego.

and one species that I study makes circuits

Jeden z badanych gatunków krąży,

in the trees of foraging ants

wśród drzew, na których mrówki poszukują pożywienia,

going from the nest to a food source and back,

od gniazda do jedzenia, i z powrotem,

just round and round,

kółko za kółkiem,

unless something negative happens,

aż wydarzy się coś złego,

like an interaction

na przykład spotkanie

with ants of another species.

z mrówką innego gatunku.

So here's an example of ant security.

To przykład mrówczej ochrony.

In the middle, there's an ant

W środku jest mrówka,

plugging the nest entrance with its head

która zasłania głową wejście do gniazda

in response to interactions with another species.

w obronie przed innym gatunkiem.

Those are the little ones running around

To te małe mrówki biegające dookoła

with their abdomens up in the air.

z odwłokami w górze.

But as soon as the threat is passed,

Kiedy zagrożenie mija,

the entrance is open again,

wejście jest ponownie otwierane.

and maybe there are situations

Takie sytuacje mogą pojawić się

in computer security

w systemie bezpieczeństwa komputerowego,

where operating costs are low enough

kiedy koszty są na tyle niskie,

that we could just block access temporarily

że można tymczasowo zablokować dostęp

in response to an immediate threat,

w odpowiedzi na bezpośrednie zagrożenie,

and then open it again,

a potem znów odblokować,

instead of trying to build

zamiast próbować zbudować

a permanent firewall or fortress.

trwałe zapory sieciowe.

So another environmental challenge

Innym wyzwaniem środowiskowym,

that all systems have to deal with

z jakim muszą radzić sobie systemy

is resources, finding and collecting them.

są zasoby, ich znajdowanie i gromadzenie.

And to do this, ants solve the problem

Mrówki radzą sobie,

of collective search,

prowadząc poszukiwania grupowe,

and this is a problem that's of great interest

a to kwestia interesująca

right now in robotics,

dla robotyki,

because we've understood that,

bo pomogła zrozumieć,

rather than sending a single,

że wysyłanie jednego,

sophisticated, expensive robot out

wymyślnego i drogiego robota

to explore another planet

do badania obcej planety,

or to search a burning building,

czy przeszukiwania płonącego budynku,

that instead, it may be more effective

może być mniej efektywna

to get a group of cheaper robots

niż wysłanie grupy tańszych robotów

exchanging only minimal information,

wymieniających minimum informacji,

and that's the way that ants do it.

czyli tak samo jak robią mrówki.

So the invasive Argentine ant

Inwazyjne mrówki argentyńskie

makes expandable search networks.

tworzą rozszerzające się sieci poszukiwań.

They're good at dealing with the main problem

Dobrze radzą sobie z głównym problemem

of collective search,

poszukiwań grupowych,

which is the trade-off between

czyli wypośrodkowaniem

searching very thoroughly

między bardzo dokładnymi poszukiwaniami

and covering a lot of ground.

a ich jak największym terenem.

And what they do is,

when there are many ants in a small space,

Wtedy właśnie,

kiedy na małym terenie jest dużo mrówek,

then each one can search very thoroughly

każda szuka bardzo dokładnie,

because there will be another ant nearby

bo tuż obok jest inna mrówka

searching over there,

zajęta poszukiwaniem,

but when there are a few ants

ale kiedy mrówek jest mało

in a large space,

na dużym terenie,

then they need to stretch out their paths

wtedy rozciągają swoje ścieżki,

to cover more ground.

żeby objąć zasięgiem większy teren.

I think they use interactions to assess density,

Myślę, że używają interakcji, do oszacowania zagęszczenia.

so when they're really crowded,

Kiedy jest ich dużo, spotykają się częściej,

they meet more often,

and they search more thoroughly.

dlatego szukają dokładniej.

Different ant species must use different algorithms,

Różne gatunki mrówek używają różnych algorytmów,

because they've evolved to deal with

bo rozwinęły metody radzenia sobie

different resources,

z różnymi zasobami,

and it could be really useful to know about this,

o czym dobrze byłoby wiedzieć,

and so we recently asked ants

więc niedawno sprawdziliśmy, w jaki sposób mrówki

to solve the collective search problem

poradzą sobie z poszukiwaniami grupowymi

in the extreme environment

of microgravity

w ekstremalnych warunkach mikrograwitacji

in the International Space Station.

na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

When I first saw this picture, I thought,

Oh no, they've mounted the habitat vertically,

Kiedy zobaczyłam to zdjęcie,

pomyślałam, że mrowisko ustawiono pionowo,

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

ale to przecież nie ma znaczenia.

So the idea here is that the ants

Założenie było takie,

are working so hard to hang on

że mrówki walczyły by o przyczepność

to the wall or the floor or whatever you call it

do ściany lub podłogi, jakkolwiek by to nazwać,

that they're less likely to interact,

więc ich interakcje byłyby utrudnione,

and so the relationship between

i dlatego właśnie związek

how crowded they are and how often they meet

między zagęszczeniem a częstotliwością spotkań

would be messed up.

zostałby zaburzony.

We're still analyzing the data.

Nadal analizujemy dane.

I don't have the results yet.

Nie znamy jeszcze wyników.

But it would be interesting to know

Dobrze byłoby wiedzieć,

how other species solve this problem

jak różne gatunki rozwiązują ten problem

in different environments on Earth,

w różnych środowiskach na ziemi,

dlatego zakładamy program

and so we're setting up a program

to encourage kids around the world

zachęcający dzieci z całego świata

to try this experiment with different species.

do eksperymentowania z różnymi gatunkami.

It's very simple.

To bardzo proste.

It can be done with cheap materials.

Wytarczą do tego tanie materiały.

And that way, we could make a global map

Tym sposobem moglibyśmy zrobić

of ant collective search algorithms.

globalną mapę algorytmów poszukiwań grupowych.

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

To prawdopodobne, że gatunki inwazyjne,

the ones that come into our buildings,

które wchodzą do naszych budynków,

are going to be really good at this,

są w tym naprawdę dobre,

because they're in your kitchen

bo są w twojej kuchni dlatego,

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

że sprawnie znajdują jedzenie i wodę

So the most familiar resource for ants

Najbardziej znajomym źródłem dla mrówek

is a picnic,

jest piknik,

and this is a clustered resource.

czyli źródło zgrupowane.

When there's one piece of fruit,

Jeśli gdzieś leży kawałek owocu, prawdopodobnie tuż obok jest kolejny.

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

and the ants that specialize on clustered resources

Mrówki wyspecjalizowane w takich źródłach

używają interakcji do rekrutowania.

use interactions for recruitment.

So when one ant meets another,

Kiedy mrówka spotyka inną, albo znajduje ślad chemiczny na ziemi

or when it meets a chemical deposited

on the ground by another,

pozostawniony przez inną,

then it changes direction to follow

wtedy zmienia kierunek

in the direction of the interaction,

i podąża w kierunku interakcji,

and that's how you get the trail of ants

tworząc karawanę mrówek, z którymi dzielisz piknik.

sharing your picnic.

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

Mrówki mogłyby nas nauczyć

to learn something from ants about cancer.

czegoś o nowotworach.

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

Moglibyśmy wiele zrobić, to oczywiste,

to prevent cancer

aby zapobiec nowotworom,

by not allowing people to spread around

nie pozwalając ludziom rozprzestrzeniania

or sell the toxins that promote

i sprzedaży toksyn,

the evolution of cancer in our bodies,

które przyczyniają się do rozwoju raka,

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

ale tu nie pomogą nam mrówki,

because ants never poison their own colonies.

bo one nie zatruwają własnych kolonii.

But we might be able to learn something from ants

Możemy nuczyć się od nich tego,

about treating cancer.

jak leczyć nowotwory.

There are many different kinds of cancer.

Jest wiele rodzajów raka.

Each one originates in a particular part of the body,

Każdy powstaje w innej części ciała,

and then some kinds of cancer will spread

a potem niektóre rozrastają się

or metastasize to particular other tissues

lub tworzą przerzuty do innych tkanek,

where they must be getting resources that they need.

gdzie muszą zdobyć potrzebne zasoby.

So if you think from the perspective

Jeśli pomyślimy

of early metastatic cancer cells

o komórkach rakowych z przerzutami, we wczesnym stadium,

as they're out searching around

for the resources that they need,

poszukujących dookoła zasobów,

których potrzebują,

if those resources are clustered,

i jeśli te zasoby są zgrupowane,

they're likely to use interactions for recruitment,

komórki używają prawdopodobnie interakcji do rekrutowania,

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

a jeśli dowiemy się, jak rekrutują,

then maybe we could set traps

wtedy moglibyśmy założyć pułapki,

to catch them before they become established.

żeby łapać je zanim się rozwiną.

So ants are using interactions in different ways

Mrówki używają interakcji w różny sposób,

in a huge variety of environments,

w różnych warunkach

and we could learn from this

i możemy się od nich nauczyć

about other systems that operate

o systemach,

without central control.

które nie mają centralnej kontroli.

Using only simple interactions,

Dzięki prostym interakcjom

ant colonies have been performing

kolonie mrówek radzą sobie świetnie

amazing feats for more than 130 million years.

od 130 milionów lat.

We have a lot to learn from them.

Możemy się od nich wiele nauczyć.

Thank you.

Dziękuję.

(Applause)

(Brawa)