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

Николас Перони: Щеночки! Теперь, когда я привлёк ваше внимание, теория комплексности

Переводчик: Alina Siluyanova Редактор: Olga Dmitrochenkova

Science,

Наука.

science has allowed us to know so much

Наука позволила нам узнать так много

about the far reaches of the universe,

о далёких просторах Вселенной,

which is at the same time tremendously important

которая одновременно крайне важна

and extremely remote,

и невероятно далека,

and yet much, much closer,

и, тем не менее, она намного ближе,

much more directly related to us,

намного более тесно связана с нами,

there are many things we don't really understand.

чем многие вещи, которые мы не вполне понимаем.

And one of them is the extraordinary

И одна из таких вещей — исключительная

social complexity of the animals around us,

социальная комплексность окружающих нас животных.

and today I want to tell you a few stories

Сегодня я хочу рассказать вам несколько историй

of animal complexity.

о комплексности животных.

But first, what do we call complexity?

Но для начала, что мы называем словом «комплексность»?

What is complex?

Что значит «комплексный»?

Well, complex is not complicated.

«Комлексный» не значит «сложный».

Something complicated comprises many small parts,

Что-то сложное состоит из множества мелких частей,

all different, and each of them

совершенно разных, и каждая из них

has its own precise role in the machinery.

имеет свою определённую роль в механизме.

On the opposite, a complex system

Напротив, комплексная система

is made of many, many similar parts,

включает в себя много-много похожих частей,

and it is their interaction

и именно их взаимодействие

that produces a globally coherent behavior.

порождает согласованное на глобальном уровне поведение.

Complex systems have many interacting parts

Комплексные системы имеют много взаимодействующих частей,

which behave according to simple, individual rules,

которые действуют согласно отдельным простым правилам,

and this results in emergent properties.

что приводит к возникновению новых свойств.

The behavior of the system as a whole

Поведение системы в целом

cannot be predicted

невозможно предсказать,

from the individual rules only.

исходя только из отдельных правил.

As Aristotle wrote,

Как писал Аристотель,

the whole is greater than the sum of its parts.

«целое больше, чем сумма его частей».

But from Aristotle, let's move onto

Перейдём от Аристотеля

a more concrete example of complex systems.

к более конкретному примеру комплексных систем.

These are Scottish terriers.

Это шотландские терьеры.

In the beginning, the system is disorganized.

Сначала система дезорганизована.

Then comes a perturbation: milk.

затем появляется причина беспорядка — молоко.

Every individual starts pushing in one direction

Каждая особь начинает толкаться в одном направлении,

and this is what happens.

и вот что происходит.

The pinwheel is an emergent property

Круговорот — это новое свойство, возникающее

of the interactions between puppies

в результате взаимодействия между щенками,

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

чья единственная цель — добраться до молока

and therefore to push in a random direction.

и, следовательно, двигаться в случайном направлении.

So it's all about finding the simple rules

В основе лежат простые правила,

from which complexity emerges.

из которых возникает комплексность.

I call this simplifying complexity,

Я называю это упрощением комплексности,

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

и это то, чем мы занимаемся на кафедре проектирования систем

at ETH Zurich.

в Высшей технической школе Цюриха.

We collect data on animal populations,

Мы собираем данные о популяциях животных,

analyze complex patterns, try to explain them.

анализируем комплексные модели, пробуем их объяснить.

It requires physicists who work with biologists,

Для этого физики должны сотрудничать с биологами,

with mathematicians and computer scientists,

математиками и программистами,

and it is their interaction that produces

и именно их взаимодействие

cross-boundary competence

порождает расширенные возможности

to solve these problems.

для решения данных проблем.

So again, the whole is greater

И снова, целое больше,

than the sum of the parts.

чем сумма его частей.

In a way, collaboration

В каком-то смысле сотрудничество —

is another example of a complex system.

ещё один пример комплексной системы.

And you may be asking yourself

Вы можете спрашивать себя:

which side I'm on, biology or physics?

«На какой я стороне: биологии или физики?»

In fact, it's a little different,

На самом деле, всё немного иначе,

and to explain, I need to tell you

и чтобы объяснить это, мне нужно рассказать вам

a short story about myself.

короткую историю о себе.

When I was a child,

Когда я был маленьким,

I loved to build stuff, to create complicated machines.

я любил строить различные вещи, изобретать сложные машины.

So I set out to study electrical engineering

Поэтому я решил изучать электротехнику

and robotics,

и робототехнику,

and my end-of-studies project

и моя дипломная работа

was about building a robot called ER-1 --

была о создании робота под названием ER-1, —

it looked like this—

выглядел он вот так —

that would collect information from its environment

который собирал информацию из окружающей его среды

and proceed to follow a white line on the ground.

и следовал белой линии на полу.

It was very, very complicated,

Это было очень, очень сложно,

but it worked beautifully in our test room,

но он прекрасно работал в нашей тестовой комнате.

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

В день демонстрации профессор решил поставить мне оценку за этот проект.

So we took ER-1 to the evaluation room.

Мы отнесли ER-1 в комнату для оценки.

It turned out, the light in that room

Оказалось, освещение в этой комнате

was slightly different.

было немного другим.

The robot's vision system got confused.

Система технического зрения робота была сбита.

At the first bend in the line,

На первом изгибе линии

it left its course, and crashed into a wall.

он потерял курс и врезался в стену.

We had spent weeks building it,

Мы потратили недели на то, чтобы его построить,

and all it took to destroy it

а чтобы его разрушить

was a subtle change in the color of the light

понадобилось едва заметное изменение освещения

in the room.

в комнате.

That's when I realized that

В тот момент я понял,

the more complicated you make a machine,

что, чем создаваемая машина сложнее,

the more likely that it will fail

тем более вероятно, что она выйдет из строя

due to something absolutely unexpected.

по совсем неожиданной причине.

And I decided that, in fact,

И я решил, что, по сути,

I didn't really want to create complicated stuff.

я не особо хотел создавать сложные механизмы.

I wanted to understand complexity,

Я хотел понимать комплексность,

the complexity of the world around us

комплексность мира вокруг нас

and especially in the animal kingdom.

и, в особенности, животного мира.

Which brings us to bats.

Что приводит нас к летучим мышам.

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

Ночницы Бехштейна — распространённые в Европе летучие мыши.

They are very social animals.

Они очень общительные.

Mostly they roost, or sleep, together.

Чаще всего они гнездятся или спят вместе.

And they live in maternity colonies,

И они живут в матриархальных колониях,

which means that every spring,

что означает, что каждую весну

the females meet after the winter hibernation,

самки встречаются после зимней спячки

and they stay together for about six months

и остаются вместе на примерно полгода,

to rear their young,

чтобы выращивать детёнышей.

and they all carry a very small chip,

Все они носят крошечные чипы,

which means that every time one of them

поэтому каждый раз, когда кто-то из них

enters one of these specially equipped bat boxes,

попадает в один из специально оборудованных «домиков»,

we know where she is,

мы знаем, где она находится,

and more importantly,

и, что гораздо важнее,

we know with whom she is.

мы знаем, с кем она.

So I study roosting associations in bats,

Я изучаю сообщества летучих мышей.

and this is what it looks like.

Вот как это выглядит.

During the day, the bats roost

Днём летучие мыши спят

in a number of sub-groups in different boxes.

подгруппами в разных домиках.

It could be that on one day,

Может быть так, что сегодня

the colony is split between two boxes,

колония разделена между двумя домиками,

but on another day,

но на следующий день

it could be together in a single box,

они могут быть все в одном домике,

or split between three or more boxes,

или разделиться между тремя или более домиками.

and that all seems rather erratic, really.

Этот порядок кажется довольно неустойчивым.

It's called fission-fusion dynamics,

Это называется динамикой разделения-слияния —

the property for an animal group

свойство группы животных

of regularly splitting and merging

регулярно разделяться и объединяться

into different subgroups.

в разные подгруппы.

So what we do is take all these data

Мы собираем все эти данные

from all these different days

по разным дням

and pool them together

и объединяем их вместе,

to extract a long-term association pattern

чтобы извлечь образец долгосрочных связей

by applying techniques with network analysis

с помощью методов сетевого анализа

to get a complete picture

для получения полной картины

of the social structure of the colony.

социальной структуры колонии.

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

Готовы? Вот как выглядит эта картина.

In this network, all the circles

В этой сети все кружочки —

are nodes, individual bats,

это узлы, отдельные летучие мыши,

and the lines between them

а линии между ними —

are social bonds, associations between individuals.

это социальные связи, отношения между особями.

It turns out this is a very interesting picture.

Оказалось, что это очень интересная картина.

This bat colony is organized

Эта колония летучих мышей организована

in two different communities

в двух разных объединениях,

which cannot be predicted

что не может быть предсказано,

from the daily fission-fusion dynamics.

исходя из ежедневной динамики разделения-слияния.

We call them cryptic social units.

Мы называем их загадочными социальными единицами.

Even more interesting, in fact:

Ещё более интересно то,

Every year, around October,

что каждый год примерно в октябре

the colony splits up,

колония разделяется,

and all bats hibernate separately,

и все летучие мыши впадают в спячку по отдельности.

but year after year,

Но спустя год,

when the bats come together again in the spring,

когда весной летучие мыши снова собираются вместе,

the communities stay the same.

сообщества остаются без изменений.

So these bats remember their friends

То есть летучие мыши помнят своих друзей

for a really long time.

на протяжении долгого времени.

With a brain the size of a peanut,

Имея мозг размером с арахис,

they maintain individualized,

они поддерживают индивидуализированные,

long-term social bonds,

долгосрочные социальные связи,

We didn't know that was possible.

о возможности которых мы не знали.

We knew that primates

Мы знали, что приматы,

and elephants and dolphins could do that,

слоны и дельфины, способны на это,

but compared to bats, they have huge brains.

но по сравнению с летучими мышами они имеют мозг огромного размера.

So how could it be

Так как же это возможно,

that the bats maintain this complex,

что летучие мыши поддерживают комплексную

stable social structure

устойчивую социальную структуру

with such limited cognitive abilities?

с такими весьма ограниченными когнитивными способностями?

And this is where complexity brings an answer.

Вот тут комплексность помогает с ответом.

To understand this system,

Чтобы понять эту систему,

we built a computer model of roosting,

мы создали компьютерную модель гнездования,

based on simple, individual rules,

основанную на отдельных, простых правилах,

and simulated thousands and thousands of days

и сымитировали тысячи и тысячи дней

in the virtual bat colony.

в виртуальной колонии летучих мышей.

It's a mathematical model,

Это математическая модель,

but it's not complicated.

но она не так уж и сложна.

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

Модель показывает, что, по сути,

each bat knows a few other colony members

каждая летучая мышь считает нескольких членов колонии

as her friends, and is just slightly more likely

своими друзьями и она немного более склонна

to roost in a box with them.

к гнездованию в домике с ними.

Simple, individual rules.

Отдельные простые правила.

This is all it takes to explain

Вот и всё, что требуется, чтобы объяснить

the social complexity of these bats.

социальную комплексность этих летучих мышей.

But it gets better.

Но становится ещё интереснее.

Between 2010 and 2011,

Между 2010 и 2011 годами

the colony lost more than two thirds of its members,

колония потеряла более двух третьих членов,

probably due to the very cold winter.

вероятно, вследствие очень холодной зимы.

The next spring, it didn't form two communities

Следующей весной они не образовали две общины,

like every year,

как каждый год до этого,

which may have led the whole colony to die

что могло привести к смерти всей колонии,

because it had become too small.

которая стала слишком малочисленной.

Instead, it formed a single, cohesive social unit,

Вместо этого они создали сплочённую социальную единицу,

which allowed the colony to survive that season

что позволило колонии выжить в тот сезон

and thrive again in the next two years.

и снова разрастись в течение следующих двух лет.

What we know is that the bats

Мы знаем, что летучие мыши

are not aware that their colony is doing this.

не осведомлены, что их колония это делает.

All they do is follow simple association rules,

Они просто следуют простым правилам объединения,

and from this simplicity

и из этой простоты

emerges social complexity

возникает социальная комплексность,

which allows the colony to be resilient

позволяющая колонии быть устойчивой

against dramatic changes in the population structure.

к радикальным переменам в структуре популяции.

And I find this incredible.

Я нахожу это невероятным.

Now I want to tell you another story,

Теперь хочу рассказать вам другую историю,

but for this we have to travel from Europe

для чего нам придётся отправиться из Европы

to the Kalahari Desert in South Africa.

в пустыню Калахари в Южной Африке.

This is where meerkats live.

Это место, где живут сурикаты.

I'm sure you know meerkats.

Я уверен, вы знаете, кто они такие.

They're fascinating creatures.

Это удивительные существа.

They live in groups with a very strict social hierarchy.

Они живут в группах с очень чёткой социальной иерархией.

There is one dominant pair,

Есть одна доминирующая пара

and many subordinates,

и множество подчинённых;

some acting as sentinels,

некоторые действуют, как хищники,

some acting as babysitters,

другие — как няньки,

some teaching pups, and so on.

третьи воспитывают детёнышей, и так далее.

What we do is put very small GPS collars

Мы одели крошечные GPS ошейники

on these animals

на этих животных,

to study how they move together,

чтобы изучить, как они перемещаются вместе

and what this has to do with their social structure.

и как это соотносится с их социальной структурой.

And there's a very interesting example

У сурикатов есть очень интересный пример

of collective movement in meerkats.

коллективного передвижения.

In the middle of the reserve which they live in

Посреди парка, где они живут,

lies a road.

пролегает дорога.

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

По этой дороге ездят автомобили, так что она опасная.

But the meerkats have to cross it

Но сурикатам приходиться пересекать её,

to get from one feeding place to another.

чтобы перейти от одного места кормления к другому.

So we asked, how exactly do they do this?

Мы задались вопросом: как именно они это делают?

We found that the dominant female

Мы заметили, что доминирующая самка —

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

это, в основном, та, которая ведёт группу к дороге,

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

но, когда нужно пересечь дорогу,

she gives way to the subordinates,

она уступает первенство подчинённым,

a manner of saying,

как бы говоря:

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

«Идите вперёд, сообщите, безопасно ли там».

What I didn't know, in fact,

Чего я не знал, так это того,

was what rules in their behavior the meerkats follow

каким правилам поведения следуют сурикаты

for this change at the edge of the group to happen

для совершения этой замены,

and if simple rules were sufficient to explain it.

и достаточно ли простых правил для объяснения этого.

So I built a model, a model of simulated meerkats

Поэтому я построил модель — смоделированные сурикаты

crossing a simulated road.

пересекают сымитированную дорогу.

It's a simplistic model.

Это упрощённая модель.

Moving meerkats are like random particles

Передвигающиеся сурикаты похожи на случайные частицы,

whose unique rule is one of alignment.

единственное правило которых, — это правило группировки.

They simply move together.

Они просто передвигаются вместе.

When these particles get to the road,

Когда эти частички достигают дороги,

they sense some kind of obstacle,

они ощущают своего рода препятствие

and they bounce against it.

и врезаются в него.

The only difference

Единственным отличием

between the dominant female, here in red,

между доминирующей самкой (здесь показана красным)

and the other individuals,

и другими особями

is that for her, the height of the obstacle,

является то, что для неё высота препятствия,

which is in fact the risk perceived from the road,

что, по сути, и есть риск от дороги,

is just slightly higher,

всего лишь немного больше;

and this tiny difference

и эта малюсенькая разница

in the individual's rule of movement

в правиле передвижения особи

is sufficient to explain what we observe,

достаточна для объяснения того, что мы наблюдаем:

that the dominant female

доминирующая самка

leads her group to the road

ведёт свою группу к дороге,

and then gives way to the others

а потом уступает первенство другим,

for them to cross first.

чтобы они пересекли её первыми.

George Box, who was an English statistician,

Джордж Бокс, британский статист,

once wrote, "All models are false,

однажды написал: «Все модели ошибочны,

but some models are useful."

но некоторые — полезны».

And in fact, this model is obviously false,

И на деле эта модель очевидно ошибочна,

because in reality, meerkats are anything but random particles.

потому как в реальности сурикаты — что угодно, но точно не случайные частицы.

But it's also useful,

Но она также и полезна,

because it tells us that extreme simplicity

потому что показывает нам, что крайняя простота

in movement rules at the individual level

в правилах передвижения на уровне особи

can result in a great deal of complexity

может в результате привести к невероятной комплексности

at the level of the group.

на уровне группы.

So again, that's simplifying complexity.

Повторюсь, это упрощающая комплексность.

I would like to conclude

Я бы хотел завершить тем,

on what this means for the whole species.

что всё это значит для целого вида.

When the dominant female

Когда доминирующая самка

gives way to a subordinate,

уступает первенство подчинённому,

it's not out of courtesy.

это происходит не из вежливости.

In fact, the dominant female

В действительности, доминирующая самка

is extremely important for the cohesion of the group.

крайне важна для сплочённости группы.

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

Если она умрёт на дороге, вся группа окажется в опасности.

So this behavior of risk avoidance

Поэтому нежелание рисковать —

is a very old evolutionary response.

весьма закоренелая эволюционная реакция.

These meerkats are replicating an evolved tactic

Сурикаты копируют развитую тактику,

that is thousands of generations old,

насчитывающую тысячи поколений,

and they're adapting it to a modern risk,

и адаптируют её к современным рискам —

in this case a road built by humans.

в данном случае, к дороге, построенной людьми.

They adapt very simple rules,

Они адаптируют очень простые правила,

and the resulting complex behavior

и основанное на них комплексное поведение

allows them to resist human encroachment

позволяет им противостоять человеческому вторжению

into their natural habitat.

в их естественную среду обитания.

In the end,

В итоге,

it may be bats which change their social structure

это могут быть летучие мыши, меняющие социальную структуру

in response to a population crash,

в ответ на резкое снижение популяции,

or it may be meerkats

или сурикаты,

who show a novel adaptation to a human road,

демонстрирующие новаторскую адаптацию к людским дорогам,

or it may be another species.

или какой-нибудь другой вид.

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

Моя мысль — и она не сложная, а простая мысль

but a simple one of wonder and hope --

с изумлением и надеждой —

my message here is that animals

моя идея в том, что животные

show extraordinary social complexity,

демонстрируют необычайную социальную комплексность,

and this allows them to adapt

и это позволяет им адаптироваться

and respond to changes in their environment.

и реагировать на изменения в их окружающей среде.

In three words, in the animal kingdom,

В трёх словах, в царстве животных

simplicity leads to complexity

простота ведёт к комплексности,

which leads to resilience.

которая в свою очередь ведёт к устойчивости.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)

Dania Gerhardt: Thank you very much, Nicolas,

Дания Герхарт: Большое спасибо, Николас,

for this great start. Little bit nervous?

за такое превосходное начало. Немного волнуешься?

Nicolas Perony: I'm okay, thanks.

Николас Перони: Я в порядке, спасибо.

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

ДГ: Отлично. Уверена, что много людей в аудитории

somehow tried to make associations

попытались создать связи

between the animals you were talking about --

между животными, о которых ты говорил, —

the bats, meerkats -- and humans.

летучие мыши, сурикаты и люди.

You brought some examples:

Ты привёл несколько примеров:

The females are the social ones,

женские особи более общительны,

the females are the dominant ones,

женские особи доминируют.

I'm not sure who thinks how.

Не уверена, кто как думает.

But is it okay to do these associations?

Нормально ли создавать такие объединения?

Are there stereotypes you can confirm in this regard

Разве ты не подтверждаешь стереотипы,

that can be valid across all species?

которые действительны для всех видов?

NP: Well, I would say there are also

НП: Я бы сказал, существуют

counter-examples to these stereotypes.

и противоположные этим стереотипам примеры.

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

Например, среди морских коньков или коал

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

именно мужские особи всегда заботятся о потомстве.

And the lesson is that it's often difficult,

А урок в том, что проводить параллель между животными и людьми

and sometimes even a bit dangerous,

всегда тяжело,

to draw parallels between humans and animals.

а иногда даже и опасно.

So that's it.

Вот и всё.

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

ДГ: Ясно. Спасибо большое за это прекрасное начало.

Thank you, Nicolas Perony.

Спасибо, Николас Перони.