أنا أدرس النمل
في الصحاري، والغابات الاستوائية
وفي مطبخي،
وفي الهضاب حول وادي السيليكون حيث أعيش.
وقد اكتشفت مؤخرًا أن النمل
يتواصل بطريقة مختلفة
في بيئات مختلفة،
وقد جعلني ذلك أفكر بأننا قد نتعلم منهم
شيئًا عن أنظمة أخرى،
مثل الأدمغة وشبكات البيانات التي نطورها،
وكذلك حتى السرطان.
الشيء المشترك بين هذه الأنظمة
أنه لا يوجد تحكم رئيسي.
مستعمرة النمل تتكون من الإناث العاملات واللامتكاثرات
الذين ترونهم يتجولون دائمًا،
وأيضًا واحدة أو أكثر من الإناث المتكاثرة
التي تضع البيض.
ولا تعطي أية أوامر.
مع أنهن يسمون ملكات،
لكنهن لا يقلن لأحد ماذا يفعل.
في المستعمرة، لا يوجد صاحب سلطة،
وكل الأنظمة الشبيهة بدون تحكم رئيسي
يتم تنظيمها باستخدام تواصلات بسيطة.
النمل يتواصل بالرائحة.
يشمون عن طريق قرون الاستشعار،
ويتواصلون عن طريق قرون الاستشعار،
فعندما تلامس النملة نملةً أخرى بقرونها،
تستطيع أن تحدد مثلًا، إذا ما كانت
من نفس العش
وماهي المهمة التي تقوم بها.
هنا تشاهدون العديد من النمل يجولون
ويتواصلون في ميدان في المختبر
متصل بميادين أخرى عن طريق أنابيب.
عندما تلتقي نملة بأخرى،
لا يهم أي نملة كانت،
في الواقع لا يتناقلون
أية إشارات أو رسائل معقدة.
لكن المهم هو معدل التقاء النملة
بنملات أخريات.
ولو جمعنا كل هذه التواصلات،
ستكون شبكة.
هذه هي شبكة من النمل
كما رأيتموها تتجول في الميدان،
وهذه الشبكة المتغيرة باستمرار
هي ما يكوّن سلوك المستعمرة.
مثلًا هل يختبئون جميعهم في العش،
أم كم عدد من يخرج بحثًا عن الطعام.
الدماغ في الواقع يعمل بنفس الطريقة،
لكن العجيب بخصوص النمل
أنك تستطيع رؤية التشابك يحدث أمامك.
هناك أكثر من 12000 فصيلة من النمل،
في كل بيئة ممكن أن تتصورها،
وهم يقومون بالتواصل بطرق مختلفة
ليتجاوزو صعوبة هذه التقلبات البيئية.
وأحد هذه التحديات البيئية
التي على كل نظام أن يتعامل معها
هي تكاليف التشغيل، ما الذي يلزمه
لتشغيل هذا النظام.
والتحدي البيئي الأخر هو الموارد،
البحث عنها ثم جمعها.
في الصحاري، تكلفة التشغيل عالية
لقلة الماء،
والنمل آكل البذور الذي درسته في الصحاري
يجب عليه أن ينفق الماء ليحصل على الماء.
حيث أن النمل الخارج للبحث عن الطعام
يبحث عن البذور تحت الشمس الحارقة،
وبالتالي يتبخر منه الماء في الهواء.
لكن المستعمرة تسترد ماءه
بتحليل الدهون في البذور
التي أكلها.
في هذه البيئة، التواصل يستخدم
لتفعيل البحث عن الطعام.
لا يخرج النمل للبحث عن الطعام حتى
يتواصل بشكل كاف مع العائدين للمستعمرة،
وما تشاهدونه الآن هو النمل العائد
يمشي داخل النفق باتجاه العش،
ويلتقي مع النمل الخارج أثناء دخوله.
هذا منطقي بالنسبة لنمل المستعمرة،
لأنه عندما يكون هناك طعام كاف بالخارج،
كلما وجده الباحثون بشكل أسرع،
وكلما أسرعوا كذلك في العودة،
وكلما أرسلوا باحثين أكثر للخارج.
النظام يعمل بالبقاء ساكنًا،
إلى حين حدوث شئ إيجابي.
فالتواصل يعمل على تحفيز الباحثين عن الطعام.
نحن ندرس تطور هذا النظام.
قبل كل شيء، هناك اختلاف.
اتضح لنا بأن المستعمرات تختلف.
ففي الأيام الجافة، يقل البحث عن الطعام في بعضها،
بالتالي فالمستعمرات مختلفة في كيفية
التحكم في المفاضلة
بين إنفاق الماء للبحث عن البذور
والحصول على الماء على شكل بذور.
نحن نحاول أن نفهم لماذا
بعض المستعمرات يقل بحثها عن الطعام
بتصوّر النمل على أنه خلايا عصبية،
باستخدام نموذج من علم الأعصاب.
فمثلما تجمع الخلية العصبية المحفّزات
من الخلايا الأخرى لتقرر ما إذا ستنطلق،
فإن النملة تجمع المحفّزات من النمل الأخر
لتقرر إذا ما ستخرج للبحث عن الطعام.
ما نبحث عنه هو احتمالية وجود
اختلاف بسيط بين المستعمرات
في كمية التواصلات التي تحتاجها كل نملة
قبل أن تقرر الخروج للبحث عن الطعام،
لأن مستعمرة كتلك سيقل فيها الخروج للبحث عن الطعام.
وهذا يثير تساؤلا آخر بالنسبة للدماغ.
نحن نتحدث عن الدماغ،
لكن بالطبع فكل دماغ يختلف عن الأخر،
واحتمال أن يكون هناك أشخاص
أو حالات
تكون فيها الخصائص الكهربائية للخلايا العصبية
تحتاج محفّزات أكثر للانطلاق.
وذلك يؤدي إلى اختلاف في وظائف الدماغ.
لكي نسأل سؤالًا يخص التطور،
نحتاج أن نعرف المزيد عن النجاح التكاثري.
هذه خريطة موقع الدراسة
الذي أتابع فيه هذه المجتمعات
من مستعمرات النمل الكادحة من 28 سنة،
وهي فترة تقارب عمر المستعمرة.
كل رمز يمثل مستعمرة.
وحجم الرمز يمثل حجم سلالتها،
ولأننا كنا قادرين على استخدام التنوع الجيني
للمقارنة بين المستعمرة الأم وسلالتها،
وذلك بالبحث عن تلك المستعمرات
التي أنشأتها الملكة الابنة
للمستعمرة الأم.
وذلك كان مذهل بالنسبة لي، بعد كل هذه السنوات،
وجدت، مثلًا، أن المستعمرة رقم 154،
والتي كانت مؤلوفة لي لعدة سنوات،
أنها مستعمرة جدة.
فها هي المستعمرة الابنة،
وها هي المستعمرة الحفيدة لها،
وتلك المستعمرة هي ابنة حفيدتها.
وبمتابعة ذلك، تعلمت
أن السلالة تشابه المستعمرة الأم
في قراراتها في الأيام الحارة
أن لا تخرج للبحث عن الطعام،
مع أن هذه السلالة من المستعمرات
تعيش بعيدةً جدًا عن بعضها ولا تلتقي أبدًا،
وبالتالي لايمكن أن يكون النمل فيها
قد استطاع تعلم ذلك من المستعمرة الأم.
وبالتالي فإن خطوتنا التالية هي مراقبة
التنوع الجيني خلف هذا التشابه.
بعدها سألت نفسي، حسنًا، أي منهم هو الأفضل؟
أثناء وقت الدراسة،
وخاصة في العشر سنوات السابقة،
حيث حدث جفاف شديد جدًا
في جنوب غرب الولايات المتحدة،
وتبين عندها أن المستعمرات التي احتفظت بالماء،
حيث بقيت بالداخل حينما كان الجو حارًا جدًا
وضحّت بالحصول على الكثير من الطعام،
هي الأكثر احتمالية بأن يكون لها سلالة.
طوال هذا الوقت، كنت أعتقد أن المستعمرة 154
هي الخاسرة، لأنها في الأيام شديدة الحرارة،
لا تجمع إلا القليل من الطعام،
بعكس المستعمرات الأخرى والتي كانت
تبحث وتأتي بالكثير من الطعام،
لكن في الواقع، حققت المستعمرة 154 نجاحًا عظيمًا.
أصبحت هي الأم الحاكمة.
هي واحدة من الجدات القلائل في هذا المكان.
حسب علمي، هذه هي المرة الأولى
التي استطعنا فيها أن نتتبع
التطور المستمر للسلوك الجماعي
في مجتمع طبيعي من الحيوانات
واكتشاف ما الذي يعمل بشكل أفضل.
والآن، الانترنت يستخدم الخوارزميات
لينظم انتقال البيانات
بطريقة شبيهة
لتلك التي يستخدمها النمل في تنظيم
خروج الباحثين عن الطعام.
وخمنوا ماذا ندعوا هذه التناظر؟
الأنتيرنت (شبكة النمل).
(تصفيق)
البيانات لا تغادر الكمبيوتر المصدر
إلا اذا استلمت إشارة بأن هناك نطاق ترددي كاف
لتنتقل فيه.
في الأيام الأولى للانترنت،
عندما كانت أنظمة التشغيل غالية جدًا
وكان من المهم جدًا عدم فقدان أية بيانات،
فقد تم ضبط النظام على تفاعلات
لتنشيط انتقال البيانات.
من المذهل أن النمل يستخدم خوارزميات
مشابهة إلى حد ما لواحدة اكتشفناها مؤخرًا،
لكن هذه واحدة فقط من عدة خوارزميات للنمل
نعلم عنها،
وقد استغرق النمل 130 مليون سنة
ليطوّر خوارزميات جيدة،
وأعتقد أنه من المحتمل جدًا
أن بعض الـ 12000 نوع من الكائنات الأخرى
تمتلك خوارزميات مذهلة
لبيانات الشبكات
التي لم نفكر فيها حتى الآن.
إذًا ماذا يحدث عندما تنخفض تكلفة التشغيل؟
تكلفة التشغيل منخفضة في المناطق الاستوائية،
لأنها رطبة جدًا، ومن السهل على النمل
أن يبقى يتجول في الخارج.
لكن النمل كثير جدًا
ومتنوع في المناطق الاستوائية
وتوجد الكثير من المنافسة.
أي كانت الموارد التي تستهلكها الفصيلة،
فستكون هناك فصيلة أخرى تستهلك نفس الموارد
في نفس الوقت.
لذلك فإنه في هذه البيئة،التواصل يستخدم
في الاتجاه المعاكس.
يستمر النظام في العمل
إلى أن يحدث أمر سلبي،
وواحدة من تلك الفصائل التي درستها تشكل دوائر
في أشجار النمل الباحث عن الطعام
بالتردد بين العش ومصدر الطعام،
مرة تلو الأخرى،
إلى حين حدوث أمر سيء،
مثل التصادم
مع نمل من فصيلة أخرى.
هنا مثال على أمن النمل.
في المنتصف، هناك نملة
تغلق مدخل العش برأسها
كحماية من التصادم مع فصيلة أخرى.
أولئك الصغار الذي يتجولون
وبطونهم مرتفعة إلى الأعلى.
لكن بمجرد زوال الخطر،
فإن المدخل يفتح من جديد،
قد تكون هناك حالات
في حماية الحاسوب
تكون فيها تكلفة التشغيل منخفضة
بحيث نستطيع إغلاق الدخول مؤقتًا
استجابةً لتهديد لحظي،
ثم فتحه مرة أخرى،
بدلًا من محاولة بناء
جدار أو حصن دائم للحماية.
هنا تحدي بيئي آخر
على جميع الأنظمة التعامل معه
وهو الموارد، إيجادها وجمعها.
ولعمل ذلك، قام النمل بحل مشكلة
البحث الجمعي،
وهذه المشكلة ذات أهمية كبيرة
في صناعة الروبوتات الآن،
ذلك لأننا فهمنا،
أنه بدلًا من إرسال روبوت واحد،
معقد ومكلف
ليستكشف كوكب أخر
أو يبحث داخل مبنى يحترق،
بالعكس، سيكون أكثر فعالية
أن تنتج مجموعة من الروبوتات الرخيصة
تتبادل معلومات قليلة فقط،
وتلك هي الطريقة التي يتبعها النمل.
النمل الفضي يغزو
ويعمل شبكة بحث متوسعة.
ويتعامل جيدًا مع المشكلة الأساسية
للبحث الجمعي،
وذلك عن طريق المفاضلة بين
البحث الدقيق
وتغطية مساحة كبيرة.
وما يفعلونه هو،
عندما يكون هناك الكثير من النمل في مساحة صغيرة،
عندها تقوم كل واحدة بالبحث بدقة
لأنه سيكون هناك نملة أخرى بالقرب منها
تقوم أيضًا بالبحث
ولكن عندما يكون النمل قليل
في مساحة كبيرة،
عندها يحتاجون إلى توسيع طرقهم
لتغطي مساحة أكبر.
أعتقد أنهم يستخدمون التواصل لتقييم الكثافة،
فعندما يكونون مزدحمين،
فإنهم يلتقون أكثر،
فيبحثون بدقة.
فصائل أخرى من النمل تستخدم خوارزميات مختلفة،
لأنها تطورت لتتعامل مع
موارد مختلفة،
قد يكون من المفيد جدًا معرفة ذلك،
قمنا حديثًا بسؤال النمل
ليحل مشكلة البحث الجماعي
في بيئة متطرفة
معدومة الجاذبية
في محطة الفضاء الرئيسية.
عندما رأيت تلك الصورة للوهلة الأولى، قلت،
أوه لا، لقد قاموا بوضع مسكن النمل بشكل عمودي،
لكن بعدها أدركت، وبالطبع، أن ذلك لا يهم.
الفكرة هنا أن النمل
يعمل جاهدًا على تسلق
الجدار أو السطح أو أيًا كان اسمه
بحيث يكون الالتقاء بينهم أقل،
بالتالي فإن العلاقة بين
حجم الازدحام وغالبية الالتقاء
ستعمها الفوضى.
ما زلنا نقوم بتحليل البيانات.
والنتائج لم تظهر إلى الآن.
لكن سيكون من المثير أن نعرف
كيف تقوم الفصائل الأخرى بحل هذه المشكلة
في بيئات مختلفة على الأرض،
نحن نطور الآن برنامجًا
لتحفيز الأطفال حول العالم
لتجربة ذلك مع فصائل مختلفة.
الأمر بسيط جدًا.
وبالإمكان إنجازه بمواد رخيصة الثمن.
بتلك الطريقة، نستطيع عمل خارطة عالمية
لخوارزميات البحث الجمعي للنمل.
وأتوقع أنه من المحتمل جدًا أن فصائل النمل الغازية
تلك التي تأتي إلى مبانينا،
جيدة جدًا في فعل ذلك،
تجدها في مطبخك
لأنها جيدة جدًا في إيجاد الطعام والماء.
أغلب المصادر المألوفة للنمل
هو طعام النزهة،
هذا يعتبر مصدر متجمع.
عندما يكون هناك قطعة من الفواكة،
فمن المحتمل وجود قطعة فواكة أخرى بالقرب منها،
والنمل المتخصص في المصادر المتجمعة
يستخدم التواصل في الغزو.
فعندما تلتقي نملة بأخرى،
أو عندما تلتقي بمواد كيميائية
على الأرض من نملة أخرى،
عندها تغير مسارها لتتبع
الطريق باتجاه التواصل،
وهكذا تجد سلسلة من النمل
تشاركك نزهتك.
والآن هذا هو المكان الذي أعتقد أنه يمكننا
أن نتعلم شيئًا من النمل عن السرطان.
أعني، أولًا، من الواضح أنه يمكننا عمل الكثير
لمنع السرطان
بعدم السماح للناس بنشر
أو بيع السموم التي تساهم
في نمو السرطان داخل أجسادنا،
لكن لا أعتقد أن النمل سيساعدنا كثيرًا في ذلك
لأن النمل لا يقوم أبدًا بتسميم مستعمراته.
لكن يمكننا تعلم شيئًا من النمل
في علاج السرطان.
هناك أنواع كثيرة ومختلفة من السرطانات.
كل واحد ينشأ في مكان محدد في الجسم،
وبعدها تنتشر بعض السرطانات
وتنتقل إلى أنسجة معينة أخرى
تجد فيها الموارد التي تحتاج إليها.
فلو فكرنا من هذا المنظور
في الخلايا السرطانية المتنقلة
وهي هناك تبحث
عن الموارد التي تحتاج إليها،
إذا كانت هذه الموارد متجمعة،
فمن المحتمل أن تستخدم التواصل للغزو،
ولو عرفنا كيف تقوم الخلايا السرطانية بالغزو،
عندها قد يمكننا عمل فخ لها
واصطيادها قبل أن تصبح متطورة.
النمل يستخدم التواصل بطرق مختلفة
في بيئات متنوعة جدًا،
وقد نستطيع التعلم من ذلك
في الأنظمة التي تعمل
بدون تحكم مركزي.
باستخدام التواصل البسيط فقط،
تطبق مستعمرات النمل
إنجازات مذهلة لأكثر من 130 مليون سنة.
هناك المزيد لنتعلمه منهم.
شكرًا لكم.
(تصفيق)