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

Traducător: Laurentiu Pirici Corector: Ariana Bleau Lugo

I study ants

Studiez furnici

in the desert, in the tropical forest

în deșert, în pădurile tropicale,

and in my kitchen,

și în propria bucătărie,

and in the hills around Silicon Valley where I live.

și pe dealurile din Silicon Valley unde locuiesc.

I've recently realized that ants

Recent mi-am dat seama

are using interactions differently

că furnicile interacționează diferit

in different environments,

în funcție de mediu,

and that got me thinking that we could learn from this

şi mi-am dat seama că de aici am putea învăța

about other systems,

despre alte sisteme,

like brains and data networks that we engineer,

cum ar fi creierul şi datele de reţea

and even cancer.

şi chiar despre cancer.

So what all these systems have in common

Aceste sisteme au în comun faptul că

is that there's no central control.

nu au un control central.

An ant colony consists of sterile female workers --

O colonie de furnici constă în femele sterile, lucrătoare --

those are the ants you see walking around —

pe ele le vedem mişunând --

and then one or more reproductive females

şi una sau mai multe femele reproducătoare

who just lay the eggs.

care doar depun ouă.

They don't give any instructions.

Nu dau niciun ordin.

Even though they're called queens,

Chiar dacă sunt numite regine,

they don't tell anybody what to do.

ele nu spun nimănui ce să facă.

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

Într-o colonie de furnici nu e nimeni şef,

and all systems like this without central control

şi sistemele fără control centralizat

are regulated using very simple interactions.

se reglează prin interacţiuni simple.

Ants interact using smell.

Furnicile interacţionează prin intermediul mirosului.

They smell with their antennae,

Miros cu antenele,

and they interact with their antennae,

interacţionează prin antene.

so when one ant touches another with its antennae,

Când o furnică atinge o alta cu antenele,

it can tell, for example, if the other ant

ştie dacă cealaltă

is a nestmate

e o colocatară a cuibului ei

and what task that other ant has been doing.

şi ce sarcină îndeplineşte ea.

So here you see a lot of ants moving around

Aici vedeţi multe furnici mișunând

and interacting in a lab arena

şi interacţionând într-o arenă de laborator

that's connected by tubes to two other arenas.

conectată prin tuburi cu alte două arene.

So when one ant meets another,

Când două furnici se întâlnesc,

it doesn't matter which ant it meets,

indiferent cu cine se întâlnesc,

and they're actually not transmitting

nu transmit semnale

any kind of complicated signal or message.

sau mesaje complicate.

All that matters to the ant is the rate

Tot ce contează e frecvenţa

at which it meets other ants.

cu care întâlneşte alte furnici.

And all of these interactions, taken together,

Toate aceste interacţiuni însumate,

produce a network.

crează o reţea.

So this is the network of the ants

Această reţea de furnici

that you just saw moving around in the arena,

pe care tocmai aţi văzut-o,

and it's this constantly shifting network

care se modifică constant,

that produces the behavior of the colony,

generează comportamentul coloniei,

like whether all the ants are hiding inside the nest,

fie că toate se ascund în cuib,

or how many are going out to forage.

sau câte pleacă după hrană.

A brain actually works in the same way,

Un creier funcţionează la fel,

but what's great about ants is

dar la furnici e grozav

that you can see the whole network as it happens.

că poţi observa reţeaua pe măsură ce se crează.

There are more than 12,000 species of ants,

Există peste 12.000 de specii de furnici,

in every conceivable environment,

în orice mediu,

and they're using interactions differently

şi ele interacţionează diferit

to meet different environmental challenges.

ca să facă faţă schimbărilor de mediu.

So one important environmental challenge

O problemă majoră de mediu,

that every system has to deal with

cu care orice sistem are de-a face,

is operating costs, just what it takes

ţine de costurile de funcţionare,

to run the system.

de ce e nevoie ca să funcţioneze.

And another environmental challenge is resources,

Un alt aspect ţine de resurse,

finding them and collecting them.

de găsirea şi colectarea lor.

In the desert, operating costs are high

În deşert, costurile de funcţionare sunt ridicate

because water is scarce,

din cauza penuriei de apă,

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

iar furnicile din deşert, consumatoare de seminţe, pe care le studiez,

have to spend water to get water.

consumă apă ca să facă rost de apă.

So an ant outside foraging,

O furnică aflată la cules,

searching for seeds in the hot sun,

căutând seminţe în soarele arzător,

just loses water into the air.

pierde apa în aer.

But the colony gets its water

Dar colonia îşi ia apa

by metabolizing the fats out of the seeds

metabolizând grăsimile din seminţele

that they eat.

pe care le consumă.

So in this environment, interactions are used

În acest mediu, interacţiunile

to activate foraging.

folosesc la intensificarea culesului.

An outgoing forager doesn't go out unless

O culegătoare nu iese decât dacă

it gets enough interactions with returning foragers,

se întâlneşte cu destule furnici care se reîntorc,

and what you see are the returning foragers

iar aici vedeţi furnicile care se întorc,

going into the tunnel, into the nest,

intră în tunel, în cuib,

and meeting outgoing foragers on their way out.

şi se întâlnesc cu cele care pleacă.

This makes sense for the ant colony,

E normal pentru colonie, pentru că,

because the more food there is out there,

cu cât e mai multă mâncare afară,

the more quickly the foragers find it,

cu atât o găsesc mai repede,

the faster they come back,

şi cu cât mai repede se întorc,

and the more foragers they send out.

cu atât mai multe ies afară.

The system works to stay stopped,

Sistemul stă oprit,

unless something positive happens.

până când se petrece ceva pozitiv.

So interactions function to activate foragers.

Interacţiunile au rolul de a activa furnicile.

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

Am studiat evoluţia acestui sistem.

First of all, there's variation.

În primul rând, există variaţii.

It turns out that colonies are different.

Coloniile sunt diferite.

On dry days, some colonies forage less,

În zile toride, unele colonii culeg mai puţin,

so colonies are different in how

aşadar ele diferă prin modul în care

they manage this trade-off

abordează echilibrul

between spending water to search for seeds

între consumul de apă pentru găsirea seminţelor

and getting water back in the form of seeds.

şi aducerea apei sub formă de seminţe.

And we're trying to understand why

Încercăm să înțelegem de ce

some colonies forage less than others

unele colonii ies la cules mai puţin decât altele,

by thinking about ants as neurons,

le asemănăm cu reţele neuronale,

using models from neuroscience.

folosind modele din neuroştiinţă.

So just as a neuron adds up its stimulation

Aşa cum un neuron acumulează stimuli

from other neurons to decide whether to fire,

de la alţi neuroni şi decide dacă emite,

an ant adds up its stimulation from other ants

o furnică însumează stimuli de la alte furnici

to decide whether to forage.

să decidă dacă iese după hrană.

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

Căutăm să înţelegem dacă există

small differences among colonies

diferenţe minore între colonii

in how many interactions each ant needs

referitoare la câte interacţiuni necesită o furnică

before it's willing to go out and forage,

înainte să vrea să iasă la cules,

because a colony like that would forage less.

pentru că o astfel de colonie va culege mai puţin.

And this raises an analogous question about brains.

Asta naşte întrebări similare despre creier.

We talk about the brain,

Vorbim despre creier,

but of course every brain is slightly different,

dar fiecare creier e uşor diferit,

and maybe there are some individuals

şi poate că există indivizi

or some conditions

sau anumite condiţii

in which the electrical properties of neurons are such

când proprietăţile electrice ale neuronilor

that they require more stimulus to fire,

necesită mai mulţi stimuli pentru funcţionare,

and that would lead to differences in brain function.

şi asta ar genera diferenţe în funcţionarea creierului.

So in order to ask evolutionary questions,

Pentru întrebări referitoare la evoluţie

we need to know about reproductive success.

trebuie să cunoaştem succesul reproductiv.

This is a map of the study site

Asta e harta zonei de studiu

where I have been tracking this population

unde am urmărit această colonie

of harvester ant colonies for 28 years,

de furnici culegătoare, timp de 28 de ani,

which is about as long as a colony lives.

cam cât trăieşte o colonie.

Each symbol is a colony,

Fiecare simbol e o colonie,

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

mărimea simbolului reprezintă numărul de urmaşi,

because we were able to use genetic variation

pentru că am folosit variaţii genetice

to match up parent and offspring colonies,

ca să determinăm coloniile descendenţilor,

that is, to figure out which colonies

adică să ne dăm seama ce colonii

were founded by a daughter queen

provin de la o regină-fiică

produced by which parent colony.

a unei colonii parentale.

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

A fost uimitor să aflu după atâţia ani,

to find out, for example, that colony 154,

că, de exemplu, colonia 154,

whom I've known well for many years,

pe care o ştiam de mulţi ani,

is a great-grandmother.

e străbunică.

Here's her daughter colony,

Asta e colonia fiică,

here's her granddaughter colony,

astea sunt coloniile nepoate,

and these are her great-granddaughter colonies.

iar astea sunt coloniile stră-nepoate.

And by doing this, I was able to learn

Făcând asta am aflat că

that offspring colonies resemble parent colonies

coloniile descendente seamănă cu cele parentale

in their decisions about which days are so hot

în deciziile asupra zilelor fierbinți

that they don't forage,

ce nu permit colectarea.

and the offspring of parent colonies

Descendentele coloniilor parentale

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

trăiesc atăt de departe încât nu se întâlnesc niciodată,

so the ants of the offspring colony

deci furnicile coloniilor descendente

can't be learning this from the parent colony.

nu pot învăța asta de la colonia parentală.

And so our next step is to look

Următorul pas e să căutam

for the genetic variation underlying this resemblance.

variații genetice ce stau la baza acestei asemănări.

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

Apoi m-am întrebat, cine e cel mai apt?

Over the time of the study,

Pe parcursul studiului,

and especially in the past 10 years,

în special în ultimii 10 ani,

there's been a very severe and deepening drought

a fost o secetă cruntă

in the Southwestern U.S.,

în sud-vestul Statelor Unite

and it turns out that the colonies that conserve water,

și coloniile care conservă apa,

that stay in when it's really hot outside,

care stau înăuntru când e foarte cald,

and thus sacrifice getting as much food as possible,

sacrificând colectarea proviziilor,

are the ones more likely to have offspring colonies.

sunt cele mai prolifice.

So all this time, I thought that colony 154

Tot timpul am crezut despre colonia 154

was a loser, because on really dry days,

că n-are șanse, pentru că în zilele secetoase

there'd be just this trickle of foraging,

colectarea era redusă

while the other colonies were out

în timp ce alte colonii erau afară

foraging, getting lots of food,

culegând, strângând provizii,

but in fact, colony 154 is a huge success.

dar de fapt, colonia 154 era un mare succes.

She's a matriarch.

Era matriarha.

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

E una din rarele stră-străbunici în studiul nostru.

To my knowledge, this is the first time

Din câte știu, e prima oara

that we've been able to track

când am putut urmări

the ongoing evolution of collective behavior

evoluția continuă a comportamentului colectiv

in a natural population of animals

într-o populație naturală de animale

and find out what's actually working best.

și să descoperim care-i cel mai eficient.

Now, the Internet uses an algorithm

Internetul folosește un algoritm

to regulate the flow of data

regulator de fluxul de date

that's very similar to the one

similar cu cel pe care

that the harvester ants are using to regulate

furnicile culegatoare îl folosesc

the flow of foragers.

să controleze fluxul de provizii.

And guess what we call this analogy?

Ghiciți cum numim această analogie?

The anternet is coming.

Anternet.

(Applause)

(Aplauze)

So data doesn't leave the source computer

Datele părăsesc computerul

unless it gets a signal that there's enough bandwidth

doar dacă primesc un semnal că e destulă lățime de bandă

for it to travel on.

pentru a se transfera.

La începuturile internetului

In the early days of the Internet,

when operating costs were really high

când costurile de operare erau foarte mari

and it was really important not to lose any data,

și era important să nu fie pierdute date

then the system was set up for interactions

sistemul era construit astfel încât

to activate the flow of data.

interacțiunile activau fluxul de date.

It's interesting that the ants are using an algorithm

E interesant ca furnicile folosesc un algoritm

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

atât de similar cu cel recent inventat de noi,

but this is only one of a handful of ant algorithms

însă acesta e doar unul din multe algoritme ale furnicilor

that we know about,

despre care am aflat,

and ants have had 130 million years

furnicile au avut 130 de milioane de ani

to evolve a lot of good ones,

sa elaboreze o mulțime de algoritme bune.

and I think it's very likely

și cred că e foarte posibil

that some of the other 12,000 species

ca unele din cele 12.000 de specii

are going to have interesting algorithms

vor avea algoritme interesante

for data networks

pentru rețele de date

that we haven't even thought of yet.

la care nici nu ne-am gândit încă.

So what happens when operating costs are low?

Deci ce se întâmplă când costurile de oprare sunt mici?

Operating costs are low in the tropics,

Costurile de operare sunt mici la tropice,

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

deoarece umiditatea e mare și e ușor pentru furnici

to be outside walking around.

să stea afară cautând.

But the ants are so abundant

Dar furnicile sunt atât de multe

and diverse in the tropics

și diverse la tropice

that there's a lot of competition.

încât competiția e mare.

Whatever resource one species is using,

Orice resursă folosită de o specie,

another species is likely to be using that

e probabil cautată de o altă specie

at the same time.

în același timp.

So in this environment, interactions are used

Deci în acest mediu interacțiunile sunt folosite

in the opposite way.

în sens contrar.

The system keeps going

Sistemul continuă să funcționeze

unless something negative happens,

cât timp nu se întâmplă ceva negativ.

and one species that I study makes circuits

O specie pe care o studiez face un tur circular

in the trees of foraging ants

în copacii furnicilor culegatoare

going from the nest to a food source and back,

de la cuib la sursa de hrană și înapoi

just round and round,

circulând continuu

unless something negative happens,

până când ceva negativ se întâmplă,

like an interaction

ca o interacțiune

with ants of another species.

cu furnici din altă specie.

So here's an example of ant security.

Iata un exemplu de securitate al furnicilor.

In the middle, there's an ant

În mijloc e o furnică

plugging the nest entrance with its head

astupând intrarea în cuib cu capul

in response to interactions with another species.

ca raspuns la interacțiunea cu altă specie.

Those are the little ones running around

Sunt cele mici ce aleargă

with their abdomens up in the air.

cu abdomenele sus în aer.

But as soon as the threat is passed,

Dar imediat ce amenințarea trece,

the entrance is open again,

intrarea este redeschisă,

and maybe there are situations

și poate sunt situații

in computer security

în informatica

where operating costs are low enough

unde costurile de operare sunt destul de mici

that we could just block access temporarily

încât am putea bloca temporar accesul

in response to an immediate threat,

ca răspuns la o amenințare imediată,

and then open it again,

și dupa aceea să îl redeschidem,

instead of trying to build

în loc sa construim

a permanent firewall or fortress.

un sistem de siguranță permanent sau o fortăreață.

So another environmental challenge

Înca o provocare a mediului

that all systems have to deal with

la care toate sistemele trebuie să se adapteze

is resources, finding and collecting them.

sunt resursele, gasirea și colectarea lor.

And to do this, ants solve the problem

Pentru asta, furnicile rezolva problema

of collective search,

căutării colective,

and this is a problem that's of great interest

asta fiind o problemă de mare interes

right now in robotics,

chiar acum în robotică,

because we've understood that,

deoarece am înțeles că,

rather than sending a single,

decât să trimitem în spațiu

sophisticated, expensive robot out

un singur robot sofisticat și scump

to explore another planet

să exploreze alta planetă

or to search a burning building,

sau să cerceteze o cladire în flâcâri,

that instead, it may be more effective

ar fi mai eficient

to get a group of cheaper robots

să trimitem un grup de roboți mai ieftini

exchanging only minimal information,

schimbând informații minime.

and that's the way that ants do it.

Așa procedeaza furnicile.

So the invasive Argentine ant

Furnica invazivă argentiniană

makes expandable search networks.

construiește rețele de căutare extensibile.

They're good at dealing with the main problem

Reușesc să rezolve problema principală

of collective search,

a căutării extensive,

which is the trade-off between

creând un echilbru între

searching very thoroughly

o cautare amănunțită

and covering a lot of ground.

și mărimea ariei de căutare.

And what they do is,

when there are many ants in a small space,

Când sunt multe furnici într-un spațiu mic

then each one can search very thoroughly

fiecare poate căuta foarte amanunțit

because there will be another ant nearby

pentru că este mereu o furnică alături

searching over there,

căutând acolo,

but when there are a few ants

dar când sunt furnici puține

in a large space,

într-un spațiu mare

then they need to stretch out their paths

trebuie să se împrăștie

to cover more ground.

ca să acopere o suprafață mai mare.

I think they use interactions to assess density,

Folosesc interacțiuni să aprecieze densitatea,

so when they're really crowded,

când sunt foarte aglomerate

they meet more often,

se întâlnesc mai des,

and they search more thoroughly.

si caută mai amănunțit.

Different ant species must use different algorithms,

Specii diferite trebuie să folosească algoritmi diferiți,

because they've evolved to deal with

deoarece au evoluat sa se adapteteze

different resources,

diferitelor resurse,

and it could be really useful to know about this,

și ar fi extrem de util să știm mai mult.

and so we recently asked ants

De asta am cerut recent furnicilor

to solve the collective search problem

să rezolve problema căutării colective

in the extreme environment

în mediul ostil al microgravitații

of microgravity

in the International Space Station.

în Stația Spațială Internațională.

When I first saw this picture, I thought,

Când am vazut poza prima oara mi-am zis:

Oh no, they've mounted the habitat vertically,

Oh nu, au montat habitatul vertical,

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

apoi am realizat, evident, că nu contează.

So the idea here is that the ants

Ideea este că furnicile

are working so hard to hang on

se străduiesc să nu cadă

to the wall or the floor or whatever you call it

de pe perete sau podea sau cum vrei să-i spui

that they're less likely to interact,

încât interacționează mai puțin

și astfel relația între cât de înghesuite sunt

and so the relationship between

how crowded they are and how often they meet

și cât de des se întâlnesc se dă peste cap.

would be messed up.

We're still analyzing the data.

Încă analizam datele.

I don't have the results yet.

Nu am rezultatele încă.

But it would be interesting to know

Dar ar fi interesant să știm

how other species solve this problem

cum soluționează alte specii această problemă

in different environments on Earth,

în diverse medii pe Pământ,

and so we're setting up a program

de aceea organizăm un program

to encourage kids around the world

pentru încurajarea copiilor din toata lumea

to try this experiment with different species.

să încerce acest experiment cu specii diferite.

It's very simple.

E foarte simplu.

It can be done with cheap materials.

Poate fi facut cu materiale ieftine.

And that way, we could make a global map

Așa am putea crea o hartă globală

of ant collective search algorithms.

a algoritmilor căutarii colective a furnicior

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

E foarte probabil ca speciile invazive,

the ones that come into our buildings,

cele care vin în casele noastre,

are going to be really good at this,

vor fi destul de bune

because they're in your kitchen

pentru ca sunt în bucatariile noastre

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

și sunt foarte pricepute să găsească mâncare și apă.

So the most familiar resource for ants

Cea mai familiară resursă pentru furnici

is a picnic,

este un picnic,

and this is a clustered resource.

o resursă îmbelșugată.

When there's one piece of fruit,

Când există o bucată de fruct,

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

e posibil să fie încă una langă,

and the ants that specialize on clustered resources

și furnicile specializate în resurse abundente

use interactions for recruitment.

folosesc interacțiuni pentru găsirea hranei.

So when one ant meets another,

Când se întâlnesc,

or when it meets a chemical deposited

sau găsesc urma chimică

on the ground by another,

lăsată pe jos de către alta,

then it changes direction to follow

își schimbă traseul

in the direction of the interaction,

în direcța interacțiunii

and that's how you get the trail of ants

și astfel dai peste rândurile de furnici

sharing your picnic.

împărțind un picnic

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

Acum e momentul

to learn something from ants about cancer.

să învățăm ceva de la furnici despre cancer.

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

În primul rând, evident că am putea face multe

to prevent cancer

să prevenim cancerul

by not allowing people to spread around

nepermițând oamenilor să împartă

or sell the toxins that promote

sau să văndă toxinele care promovează

the evolution of cancer in our bodies,

evoluția cancerului în corpurile noastre.

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

dar furnicile nu ne pot ajuta prea mult aici

because ants never poison their own colonies.

deoarece furnicile nu-și otrăvesc niciodată coloniile.

But we might be able to learn something from ants

Dar am putea învăța ceva

about treating cancer.

despre tratarea cancerului.

There are many different kinds of cancer.

Sunt multe feluri de cancer.

Each one originates in a particular part of the body,

Fiecare originează într-o anume parte a corpului,

and then some kinds of cancer will spread

apoi anumite feluri de cancer se înmulțesc

or metastasize to particular other tissues

sau metastazează într-un alt țesut

where they must be getting resources that they need.

unde găsesc resursele de care au nevoie.

So if you think from the perspective

Dacă gândești din perspeciva

of early metastatic cancer cells

celulelor canceroase în stadiul timpuriu metastatic

as they're out searching around

cum umblă in jur

for the resources that they need,

după resursele de care au nevoie,

if those resources are clustered,

dacă resursele sunt abundente,

they're likely to use interactions for recruitment,

vor folosi interacțiuni pentru recrutare,

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

și dacă înțelegem cum recrutează celulele canceroase,

then maybe we could set traps

poate am putea pune capcane

to catch them before they become established.

să le prindem până se stabilesc.

So ants are using interactions in different ways

Furnicile folosesc interacțiunile diferit

in a huge variety of environments,

într-o largă varietate de medii,

and we could learn from this

și putem învăța din asta

about other systems that operate

despre alte sisteme care funcționează

without central control.

fară un control central.

Using only simple interactions,

Folosind doar simple interacții,

ant colonies have been performing

coloniile de furnici au realizat

amazing feats for more than 130 million years.

lucruri uimitoare de peste 130 de milioane de ani

We have a lot to learn from them.

Avem de învățat mult de la ele.

Thank you.

Mulțumesc.

(Applause)