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

Deborah Gordon: O que as formigas nos ensinam a respeito do cérebro, do câncer e da Internet

Tradutor: Leonardo Silva Revisor: Mario Curiki

I study ants

Eu estudo formigas

in the desert, in the tropical forest

no deserto, na floresta tropical,

and in my kitchen,

na minha cozinha

and in the hills around Silicon Valley where I live.

e nas colinas ao redor do Vale do Silício, onde moro.

I've recently realized that ants

Recentemente, descobri que as formigas

are using interactions differently

usam as interações de forma diferente,

in different environments,

em ambientes diferentes,

and that got me thinking that we could learn from this

o que me fez pensar isso poderia nos ensinar

about other systems,

a respeito de outros sistemas,

like brains and data networks that we engineer,

como sobre o cérebro, sobre redes de dados que criamos

and even cancer.

e até sobre o câncer.

So what all these systems have in common

O que todos esses sistemas têm em comum

is that there's no central control.

é que não existe qualquer controle central.

An ant colony consists of sterile female workers --

Uma colônia de formigas consiste de fêmeas operárias estéreis,

those are the ants you see walking around —

que são as formigas que vemos andando por aí,

and then one or more reproductive females

e também uma ou mais fêmeas reprodutoras,

who just lay the eggs.

que apenas põem os ovos.

They don't give any instructions.

Elas não dão qualquer instrução.

Even though they're called queens,

Embora sejam chamadas de rainhas,

they don't tell anybody what to do.

elas não dizem às outras o que fazer.

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

Então, em uma colônia de formigas, não há ninguém no comando,

and all systems like this without central control

e todos os sistemas como esse, sem um controle central,

are regulated using very simple interactions.

são regulados através de interações muito simples.

Ants interact using smell.

As formigas interagem usando o cheiro.

They smell with their antennae,

Elas sentem o cheiro através de suas antenas,

and they interact with their antennae,

e interagem com suas antenas.

so when one ant touches another with its antennae,

Quando uma formiga toca outra com suas antenas,

it can tell, for example, if the other ant

ela pode saber, por exemplo, se a outra formiga é uma colega de ninho

is a nestmate

and what task that other ant has been doing.

e que tarefa essa outra formiga está realizando.

So here you see a lot of ants moving around

Aqui, vemos um monte de formigas se movendo

and interacting in a lab arena

e interagindo na arena do laboratório,

that's connected by tubes to two other arenas.

que é conectada por tubos a duas outras arenas.

So when one ant meets another,

Quando uma formiga encontra outra,

it doesn't matter which ant it meets,

não importa que formiga ela encontra...

and they're actually not transmitting

e não estão transmitindo

any kind of complicated signal or message.

qualquer tipo de sinal ou mensagem complicada.

All that matters to the ant is the rate

O que importa para a formiga é a frequência

at which it meets other ants.

com que ela encontra outras formigas.

And all of these interactions, taken together,

Todas essas interações, juntas,

produce a network.

produzem uma rede.

So this is the network of the ants

Esta é a rede de formigas

that you just saw moving around in the arena,

que acabamos de ver se movendo na arena,

and it's this constantly shifting network

e é esta rede em constante mudança

that produces the behavior of the colony,

que produz o comportamento da colônia,

like whether all the ants are hiding inside the nest,

como, por exemplo, se todas as formigas vão se esconder dentro do ninho,

or how many are going out to forage.

ou quantas vão sair em busca de alimento.

A brain actually works in the same way,

Na verdade, o cérebro funciona da mesma forma,

but what's great about ants is

mas o interessante nas formigas

that you can see the whole network as it happens.

é que você pode toda a rede enquanto ela funciona.

There are more than 12,000 species of ants,

Existem mais de 12 mil espécies de formigas,

in every conceivable environment,

em todos os ambiente que se possa imaginar,

and they're using interactions differently

e elas usam interações de forma diferente

to meet different environmental challenges.

para lidar com os desafios de cada ambiente.

So one important environmental challenge

Um desafio ambiental importante

that every system has to deal with

com que qualquer sistema tem de lidar

is operating costs, just what it takes

são os custos de operação, aquilo que é preciso

to run the system.

para que o sistema funcione.

And another environmental challenge is resources,

Outro desafio ambiental são os recursos:

finding them and collecting them.

encontrá-los e coletá-los.

In the desert, operating costs are high

No deserto, os custos de operação são altos

because water is scarce,

porque a água é escassa,

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

e as formigas comedoras de sementes que estudo no deserto

have to spend water to get water.

precisam gastar água para consegui-la.

So an ant outside foraging,

Então, uma formiga em busca de alimento,

searching for seeds in the hot sun,

procurando sementes sob sol quente,

just loses water into the air.

simplesmente perde água no ar.

But the colony gets its water

Mas a colônia obtém água

by metabolizing the fats out of the seeds

metabolizando as gorduras das sementes

that they eat.

que suas formigas comem.

So in this environment, interactions are used

Então, nesse ambiente, as interações servem

to activate foraging.

para ativar a busca por alimento.

An outgoing forager doesn't go out unless

Uma formiga catadora de alimento não sai,

it gets enough interactions with returning foragers,

a não ser que interaja o suficiente com as outras que retornam,

and what you see are the returning foragers

e o que você vê são as que estão retornando

going into the tunnel, into the nest,

e entrando no túnel, indo para o ninho,

and meeting outgoing foragers on their way out.

encontrando formigas que saem em busca de alimento.

This makes sense for the ant colony,

Isso faz sentido na colônia de formigas,

because the more food there is out there,

porque quanto mais alimento houver do lado de fora,

the more quickly the foragers find it,

mais rápido as formigas o encontrarão,

the faster they come back,

mais rápido voltarão

and the more foragers they send out.

e mais catadoras são enviadas para fora.

The system works to stay stopped,

O sistema é programado para ficar inerte,

unless something positive happens.

a não ser que algo positivo aconteça.

So interactions function to activate foragers.

Então, as catadoras de alimento são ativadas pelas interações.

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

Temos estudado a evolução desse sistema.

First of all, there's variation.

Em primeiro lugar, há variação.

It turns out that colonies are different.

As colônias são diferentes.

On dry days, some colonies forage less,

Em dias secos, algumas colônias buscam menos alimento.

so colonies are different in how

As colônias são diferentes

they manage this trade-off

na forma como gerenciam esse equilíbrio

between spending water to search for seeds

entre gasto de água buscando por sementes

and getting water back in the form of seeds.

e a reobtenção de água através das sementes.

And we're trying to understand why

Estamos tentando entender

some colonies forage less than others

por que algumas colônias buscam alimento menos que outras,

by thinking about ants as neurons,

pensando nas formigas como neurônios,

using models from neuroscience.

utilizando modelos da neurociência.

So just as a neuron adds up its stimulation

Assim como um neurônio recebe estímulo

from other neurons to decide whether to fire,

de outros neurônios para decidir se vai disparar,

an ant adds up its stimulation from other ants

uma formiga recebe estímulo de outras formigas

to decide whether to forage.

para decidir se vai sair em busca de alimento.

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

Estamos tentando descobrir se pode haver

small differences among colonies

pequenas diferenças entre colônias

in how many interactions each ant needs

sobre quantas interações cada formiga precisa

before it's willing to go out and forage,

para que se disponham a sair em busca de alimento,

because a colony like that would forage less.

porque uma colônia assim cataria menos.

And this raises an analogous question about brains.

E isso levanta uma questão análoga sobre o cérebro.

We talk about the brain,

Nós falamos sobre o cérebro,

but of course every brain is slightly different,

mas é claro que cada cérebro é ligeiramente diferente dos outros,

and maybe there are some individuals

e talvez existam alguns indivíduos

or some conditions

ou algumas condições

in which the electrical properties of neurons are such

em que as propriedades elétricas dos neurônios sejam tais

that they require more stimulus to fire,

que necessitem de mais estímulo para disparar,

and that would lead to differences in brain function.

e isso resultaria em diferenças no funcionamento do cérebro.

So in order to ask evolutionary questions,

Para fazermos perguntas evolucionárias,

we need to know about reproductive success.

precisamos saber sobre sucesso reprodutivo.

This is a map of the study site

Este é um mapa do local de estudo

where I have been tracking this population

em que tenho rastreado uma população

of harvester ant colonies for 28 years,

de uma colônia de formigas colhedoras por 28 anos,

which is about as long as a colony lives.

que é mais ou menos o tempo de vida de uma colônia.

Each symbol is a colony,

Cada ponto é uma colônia,

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

e o tamanho do ponto indica quantas crias ela teve,

because we were able to use genetic variation

porque conseguimos usar variação genética

to match up parent and offspring colonies,

para detectar as colônias dos pais e as colônias das crias,

that is, to figure out which colonies

ou seja, descobrir quais colônias

were founded by a daughter queen

foram estabelecidas por uma rainha filha

produced by which parent colony.

produzida por determinada colônia de pais.

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

Foi incrível para mim, depois de todos esses anos,

to find out, for example, that colony 154,

descobrir, por exemplo, que a colônia 154,

whom I've known well for many years,

que conheço bem há muitos anos,

is a great-grandmother.

é bisavó.

Here's her daughter colony,

Esta é sua colônia filha,

here's her granddaughter colony,

esta é sua colônia neta,

and these are her great-granddaughter colonies.

e estas são suas colônias bisnetas.

And by doing this, I was able to learn

Fazendo isso, pude aprender

that offspring colonies resemble parent colonies

que as colônias das crias se parecem com as colônias dos pais

in their decisions about which days are so hot

em suas decisões quanto a que dias são quentes demais

that they don't forage,

para saírem em busca de alimento,

and the offspring of parent colonies

e as colônias de crias e de pais

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

vivem tão longe uma da outra que as formigas nunca se encontram.

so the ants of the offspring colony

Então, as formigas da colônia das crias

can't be learning this from the parent colony.

não puderam aprender isso da colônia dos pais.

And so our next step is to look

Nosso próximo passo é procurar

for the genetic variation underlying this resemblance.

a variação genética por trás dessa semelhança.

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

Então, pude perguntar: "Certo, quem se sai melhor?"

Over the time of the study,

Durante o tempo do estudo,

and especially in the past 10 years,

especialmente nos últimos dez anos,

there's been a very severe and deepening drought

houve uma seca muito severa e profunda

in the Southwestern U.S.,

no sudoeste dos Estados Unidos,

and it turns out that the colonies that conserve water,

e as colônias que conservam água,

that stay in when it's really hot outside,

que não saem quando está muito quente do lado de fora,

and thus sacrifice getting as much food as possible,

e, assim, acabam não pegando tanto alimento,

are the ones more likely to have offspring colonies.

são as mais propensas a gerar colônias de crias.

So all this time, I thought that colony 154

Durante todo esse tempo, pensei que a colônia 154

was a loser, because on really dry days,

fosse uma perdedora, porque, em dias realmente secos,

there'd be just this trickle of foraging,

apresentava pouquíssima busca por alimento,

while the other colonies were out

enquanto as outras colônias saíam,

foraging, getting lots of food,

conseguindo muito alimento.

but in fact, colony 154 is a huge success.

Na verdade, a colônia 154 é um grande sucesso.

She's a matriarch.

Ela é uma matriarca.

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

É uma das raras bisavós no local.

To my knowledge, this is the first time

Até onde sei, é a primeira vez

that we've been able to track

que fomos capazes de rastrear

the ongoing evolution of collective behavior

a evolução de comportamento coletivo em curso

in a natural population of animals

em uma população natural de animais

and find out what's actually working best.

e descobrir o que, de fato, funciona melhor.

Now, the Internet uses an algorithm

Bem, a internet utiliza um algoritmo

to regulate the flow of data

para regular o fluxo de dados

that's very similar to the one

que é muito similar

ao que as formigas segadoras utilizam para regular

that the harvester ants are using to regulate

the flow of foragers.

o fluxo de formigas catadoras.

And guess what we call this analogy?

Advinha como chamamos essa analogia?

The anternet is coming.

A "formiganet" vem por aí.

(Applause)

(Aplausos)

So data doesn't leave the source computer

Então, os dados não deixam o computador fonte,

unless it gets a signal that there's enough bandwidth

a não ser que receba um sinal de que há banda larga suficiente

for it to travel on.

para que eles possam transitar.

In the early days of the Internet,

No início da internet,

when operating costs were really high

quando os custos de operação eram muito altos

and it was really important not to lose any data,

e era realmente importante que dado algum se perdesse,

then the system was set up for interactions

o sistema foi configurado para que interações

to activate the flow of data.

ativassem o fluxo de dados.

It's interesting that the ants are using an algorithm

É interessante que as formigas estejam usando um algoritmo

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

que seja tão parecido com o que inventamos recentemente,

but this is only one of a handful of ant algorithms

mas esse é apenas um de vários algoritmos de formigas

that we know about,

que conhecemos,

and ants have had 130 million years

e as formigas tiveram 130 milhões de anos

to evolve a lot of good ones,

para desenvolver vários bons algoritmos,

and I think it's very likely

e acho muito provável

that some of the other 12,000 species

que algumas das outras 12 mil espécies

are going to have interesting algorithms

tenham algoritmos interessantes

for data networks

para redes de dados,

that we haven't even thought of yet.

os quais ainda nem imaginamos.

So what happens when operating costs are low?

O que acontece quando os custos de operação são baixos?

Operating costs are low in the tropics,

O custos de operação são baixos nos trópicos,

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

por estes serem muito úmidos, sendo fácil para as formigas

to be outside walking around.

saírem e andarem do lado de fora.

But the ants are so abundant

Mas as formigas são tão abudantes

and diverse in the tropics

e diversas nos trópicos

that there's a lot of competition.

que há muita competição.

Whatever resource one species is using,

Seja qual for o recurso que uma espécie use,

another species is likely to be using that

é provável que outra espécie o use

at the same time.

ao mesmo tempo.

So in this environment, interactions are used

Então, nesse ambiente, as interações são usadas

in the opposite way.

da forma oposta.

The system keeps going

O sistema prossegue,

unless something negative happens,

a não ser que algo negativo aconteça,

and one species that I study makes circuits

e uma espécie que estudo cria circuitos nas árvores,

in the trees of foraging ants

de formigas catadoras de alimento,

going from the nest to a food source and back,

que vão do ninho à fonte de alimento, e de volta,

just round and round,

indo e voltando,

unless something negative happens,

a não ser que algo negativo aconteça,

like an interaction

como uma interação

with ants of another species.

com formigas de outra espécie.

So here's an example of ant security.

Então, eis um exemplo de segurança de formiga.

In the middle, there's an ant

No meio, há uma formiga

plugging the nest entrance with its head

bloqueando a entrada do ninho com a cabeça,

in response to interactions with another species.

devido a interações com outra espécie.

Those are the little ones running around

São as pequenas correndo

with their abdomens up in the air.

com o abdômen suspenso.

But as soon as the threat is passed,

Mas, logo que ameaça passa,

the entrance is open again,

a entrada é aberta novamente.

and maybe there are situations

Talvez haja situações em segurança de computadores

in computer security

where operating costs are low enough

em que os custos de operações sejam baixos o suficiente

that we could just block access temporarily

para que pudéssemos simplesmente bloquear temporariamente o acesso,

in response to an immediate threat,

devido a uma ameaça imediata,

and then open it again,

e depois abri-lo novamente,

instead of trying to build

em vez de tentar incluir

a permanent firewall or fortress.

um firewall ou uma fortaleza permanente.

So another environmental challenge

Outro desafio ambiental

that all systems have to deal with

com que todos os sistemas têm de lidar

is resources, finding and collecting them.

são os recursos: encontrá-los e coletá-los.

And to do this, ants solve the problem

Para fazer isso, as formigas resolvem a questão

of collective search,

da busca coletiva,

and this is a problem that's of great interest

e essa é uma questão de grande interesse

right now in robotics,

neste momento, na robótica,

because we've understood that,

porque entendemos

que, em vez de enviar um único,

rather than sending a single,

sophisticated, expensive robot out

caro e sofisticado robô

para explorar outro planeta

to explore another planet

or to search a burning building,

ou fazer uma busca em um prédio em chamas,

that instead, it may be more effective

pode ser mais eficaz

to get a group of cheaper robots

termos um grupo de robôs mais baratos

exchanging only minimal information,

trocando apenas o mínimo de informações,

and that's the way that ants do it.

como as formigas fazem.

So the invasive Argentine ant

A formiga-argentina invasora

makes expandable search networks.

cria redes de busca expansíveis.

They're good at dealing with the main problem

Elas são boas em lidar com o problema principal

of collective search,

da busca coletiva,

which is the trade-off between

que é o equilíbro

entre buscar minuciosamente

searching very thoroughly

and covering a lot of ground.

e cobrir grandes espaços.

And what they do is,

when there are many ants in a small space,

Quando há muitas formigas num espaço pequeno,

then each one can search very thoroughly

cada uma delas pode buscar minuciosamente

because there will be another ant nearby

porque haverá outra formiga por perto,

searching over there,

procurando por ali.

but when there are a few ants

Mas quando há poucas formigas

in a large space,

em uma grande espaço,

then they need to stretch out their paths

elas precisam ampliar seu campo de busca

to cover more ground.

para cobrir um espaço maior.

I think they use interactions to assess density,

Acho que elas usam as interações para avaliar a densidade.

so when they're really crowded,

Quando estão muito aglomeradas,

they meet more often,

encontram-se com mais frequência e buscam mais minuciosamente.

and they search more thoroughly.

Different ant species must use different algorithms,

Diferentes espécies de formigas devem usar diferentes algoritmos,

because they've evolved to deal with

porque elas evoluíram para lidar

com recursos diferentes,

different resources,

and it could be really useful to know about this,

e poderia ser muito útil sabermos isso.

and so we recently asked ants

Por isso, recentemente, pusemos as formigas

to solve the collective search problem

para resolverem o problema da busca coletiva

in the extreme environment

no ambiente extremo

of microgravity

da microgravidade,

in the International Space Station.

na Estação Espacial Internacional.

When I first saw this picture, I thought,

Quando vi essa imagem, pensei:

Oh no, they've mounted the habitat vertically,

"Ah, não! Construíram o habitat verticalmente!,

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

mas me dei conta de que, claro, não faz diferença.

So the idea here is that the ants

A ideia aqui é de que as formigas

are working so hard to hang on

estão se esforçando tanto para se segurar à parede

to the wall or the floor or whatever you call it

ou ao chão, ou seja lá o quê,

that they're less likely to interact,

que ficam menos propensas a interagir.

and so the relationship between

Então, a relação

how crowded they are and how often they meet

entre o nível de aglomeração delas e a frequência com que se encontram

would be messed up.

ficaria desregulada.

We're still analyzing the data.

Ainda estamos analisando os dados.

I don't have the results yet.

Ainda não tenho os resultados.

But it would be interesting to know

Mas seria interessante saber

how other species solve this problem

como outras espécies resolvem esse problema

in different environments on Earth,

nos diferentes ambientes da Terra.

and so we're setting up a program

Estamos desenvolvendo um programa

to encourage kids around the world

para estimular crianças em todo o mundo

to try this experiment with different species.

a fazer esta experiência com diferentes espécies.

It's very simple.

É muito simples.

It can be done with cheap materials.

Pode ser feita com materiais baratos.

And that way, we could make a global map

E assim, poderíamos criar um mapa global

of ant collective search algorithms.

de algoritmos da busca coletiva das formigas.

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

E acho bem provável que as espécies invasoras,

the ones that come into our buildings,

aquelas que entram em nossas casas,

are going to be really good at this,

mostrarão um ótimo desempenho,

because they're in your kitchen

porque estão em sua cozinha

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

por serem muito boas em encontrar comida e água.

So the most familiar resource for ants

O recurso mais familiar para as formigas

is a picnic,

é o piquenique,

and this is a clustered resource.

e é um recurso aglomerado.

When there's one piece of fruit,

Quando um pedaço de fruta,

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

é provável que haja outro pedaço por perto,

and the ants that specialize on clustered resources

e as formigas que se especializaram em recursos aglomerados

use interactions for recruitment.

usam interações para recrutamento.

So when one ant meets another,

Quando uma formiga encontra outra,

or when it meets a chemical deposited

ou encontra uma substância química depositada no chão

on the ground by another,

por outra formiga,

then it changes direction to follow

ela muda sua direção para seguir

in the direction of the interaction,

na direção da interação,

and that's how you get the trail of ants

e é por isso que vemos uma trilha de formigas

sharing your picnic.

invadindo nosso piquenique.

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

É aí que acredito que possamos conseguir

to learn something from ants about cancer.

aprender algo com as formigas a respeito do câncer.

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

Quero dizer, primeiro, é óbvio que poderíamos fazer muito

to prevent cancer

para prevenir o câncer

by not allowing people to spread around

não permitindo que as pessoas se espalhem por aí

or sell the toxins that promote

ou vendam as toxinas que promovem

the evolution of cancer in our bodies,

a evolução do câncer em nosso corpo,

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

mas não acho que as formigas possam nos ajudar muito nisso,

because ants never poison their own colonies.

porque elas nunca envenenam suas próprias colônias.

But we might be able to learn something from ants

Mas talvez consigamos aprender algo com elas

about treating cancer.

sobre como tratar o câncer.

There are many different kinds of cancer.

Existem muitos tipos diferentes de câncer.

Each one originates in a particular part of the body,

Cada um deles surge em uma parte específica do corpo.

and then some kinds of cancer will spread

Alguns tipos de câncer se espalham

or metastasize to particular other tissues

ou entram em metástase em outros tecidos específicos,

where they must be getting resources that they need.

onde vão obter os recursos de que precisam.

So if you think from the perspective

Se pensarmos da perspectiva

of early metastatic cancer cells

de novas células metastáticas de câncer

as they're out searching around

enquanto estão à procura

for the resources that they need,

dos recursos de que precisam,

if those resources are clustered,

se esses recursos estiverem aglomerados,

they're likely to use interactions for recruitment,

é provável que elas usem interações de recrutamento.

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

Se pudermos entender como as células de câncer recrutam,

then maybe we could set traps

talvez possamos criar armadilhas

to catch them before they become established.

para pegá-las antes que se estabeleçam.

So ants are using interactions in different ways

As formigas estão usando as interações de diferentes maneiras,

in a huge variety of environments,

numa enorme variedade de locais,

and we could learn from this

e poderíamos aprender com isso

about other systems that operate

sobre outros sistemas que operam

without central control.

sem um controle central.

Using only simple interactions,

Usando apenas interações simples,

ant colonies have been performing

as colônias de formigas têm realizado

amazing feats for more than 130 million years.

feitos incríveis por mais de 130 milhões de anos.

We have a lot to learn from them.

Temos muito a apender com elas.

Thank you.

Obrigada.

(Aplausos)

(Applause)