J'observe les fourmis
dans le désert, dans les forêts tropicales,
dans ma cuisine
et dans les collines de la Silicon Valley où je vis.
J'ai compris que les fourmis
utilisaient les interactions
différemment selon leur environnement,
et j'ai pensé qu'il y avait des leçons
à en tirer dans d'autres domaines
comme le fonctionnement du cerveau et les réseaux informatiques,
ou même le cancer.
Ce que ces systèmes ont en commun,
c'est l'absence de gestion centralisée.
Une colonie de fourmis se compose de femelles stériles, les ouvrières
- ce sont elles que l'on voit -
et d'une ou plusieurs reines
qui se contentent de pondre des œufs.
Les reines n'envoient aucune consigne.
En dépit de leur nom,
elles ne donnent d'ordre à personne.
Dans une colonie de fourmis, personne ne commande, et,
comme dans tous les systèmes sans gestion centralisée,
la régulation s'opère par des interactions très simples.
Les fourmis interagissent via l'odorat.
Elles sentent avec leur antennes,
et communiquent avec leurs antennes.
Quand une fourmi en touche une autre avec ses antennes,
elle peut, par exemple, savoir
si elle est de la même colonie,
ainsi que le travail qu'elle est en train d'accomplir
Ici, on voit des fourmis qui se déplacent
et interagissent sur un plateau,
relié à deux autres par des tubes.
Quand une fourmi en rencontre une autre,
peu importe de laquelle il s'agit,
elles ne se transmettent
ni messages compliqués ni signaux élaborés.
Tout ce qui importe à la fourmi,
c'est la vitesse à laquelle elle rencontre d'autres fourmis.
L'ensemble de ces interactions
forment un réseau.
Il s'agit du réseau des fourmis
que l'on vient juste de voir évoluer sur le plateau,
et c'est ce réseau en mouvement permanent
qui est à l'origine du comportement de la colonie,
amenant toutes les fourmis à se cacher dans le nid,
ou déterminant combien partiront récolter.
Un cerveau fonctionne de même, mais
ce qui est bien avec les fourmis
c'est que l'on peut voir le fonctionnement de l'ensemble du réseau en direct.
Il y a plus de 12 000 espèces de fourmis,
évoluant dans tous les milieux imaginables,
et elles utilisent les interactions de façon différente,
selon les défis spécifiques de leur environnement.
Un des défis importants
pour tout type de système
est celui de son coût de fonctionnement,
le minimum nécessaire pour le faire tourner.
Un autre défi est celui des ressources,
qu'il faut trouver et collecter.
Dans le désert, le coût de fonctionnement est élevé,
parce que l'eau manque,
et les fourmis moissonneuses que j'y ai étudiées
doivent utiliser de l'eau pour obtenir de l'eau en retour.
Une fourmi partie récolter des graines,
qui les cherche sous le soleil brûlant
perd de l'eau.
Mais la colonie obtient de l'eau
en métabolisant les graisses
des graines mangées.
Dans cet environnement, les interactions sont utilisées
pour déclencher la récolte :
une fourmi ne sort que si elle a eu
assez de contacts avec des fourmis qui reviennent.
On voit ici des fourmis qui reviennent
vers le nid et passent dans un tunnel,
où elles rencontrent des fourmis qui sortent.
Pour la colonie, ces rencontres
sont cruciales : plus il y a de nourriture,
plus vite les fourmis la trouve, et
plus vite elles reviennent,
et plus la colonie envoie de fourmis.
Ce système fonctionne en restant à l'arrêt -
sauf si quelque chose de positif arrive.
Les interactions servent donc à déclencher l'envoi de moissonneuses.
Nous nous sommes intéressés à l'évolution de ce système.
Il y a des variations.
Il s’avère que les colonies sont différentes.
Les jours secs, certaines récoltent moins :
chacune a sa manière propre
de gérer le compromis
entre, d'un côté, dépenser de l'eau pour chercher des graines
et, de l'autre, obtenir de l'eau via les graines.
Nous essayons de comprendre pourquoi
certaines colonies récoltent moins,
en comparant les fourmis à des neurones,
et en utilisant des modèles des neurosciences.
Un neurone s'active en réponse aux stimulus
envoyés par d'autres neurones.
De la même manière, une fourmi décidera ou non de récolter
en réponse aux signaux d'autres fourmis.
Nous cherchons s'il pourrait y avoir
de petites différences entre les colonies
quant au nombre d'interactions nécessaires
avant qu'une fourmi n'aille récolter,
car une colonie dans ce cas récolterait moins.
Une problématique similaire existe pour le cerveau.
Nous parlons du cerveau,
mais, bien sûr, chaque cerveau est légèrement différent,
et pour certaines personnes,
ou certaines conditions,
les neurones, en raison de leurs propriétés électriques,
pourraient ne s'activer qu'en présence de stimulus plus importants,
avec, par conséquent, des différences dans le fonctionnement du cerveau.
Pour aborder les questions de biologie évolutive,
nous devons connaître le succès reproductif des colonies.
Il s'agit d'un schéma du site
où j'ai suivi les colonies
de fourmis moissonneuses pendant 28 ans,
soit à peu près la durée de vie d'une colonie.
Chaque symbole représente une colonie,
et sa taille indique le nombre de ses colonies filles.
En tirant parti de variations génétiques,
nous avons pu relier colonies filles et parentes
c'est-à-dire déterminer quelles colonies
ont été fondées par une fille
engendrée par telle ou telle colonie mère.
Ce qui a été exceptionnel pour moi
fut de découvrir, après toutes ses années, que la colonie 154,
que je connais bien,
est arrière-grand-mère.
Voici sa colonie fille,
ici sa petite-fille,
et là ses arrières-petites-filles.
Ce faisant, j'ai appris
que les colonies filles ressemblent à leurs parentes
dans leur choix de récolter ou non
lors d'une journée torride,
alors même qu'elles vivent si éloignées
que leurs fourmis ne se rencontrent jamais :
les fourmis de la colonie fille
n'ont pas pu l'apprendre de la colonie mère.
L'étape suivante consistera
à regarder les variations génétiques derrière cette ressemblance.
Je me suis dit : « Très bien, qui s'en sort le mieux ? »
Sur la durée de l'observation,
surtout les 10 dernières années,
une sécheresse violente et croissante a frappé
le sud-ouest des États-Unis,
et il s'est avéré que les colonies qui préservent l'eau,
qui ne sortent pas quand il fait vraiment chaud dehors,
qui ne vont donc pas récolter le maximum de nourriture,
sont celles les plus susceptibles d'avoir des colonies filles.
Je pensais que la colonie 154
était du côté des perdantes car, les jours très secs,
elle ne récoltait qu'à peine,
alors que les autres colonies
sortaient, et récoltaient beaucoup,
mais, en fait, la colonie 154 est une grande réussite.
C'est une chef de famille.
C'est une des rares arrière-grand-mère du site
A ma connaissance, c'est la première fois
qu'a pu être observée
l'évolution d'un comportement collectif
d'une population animale en milieu naturel,
et pu être mis ainsi à jour ce qui fonctionne, de fait, le mieux.
Internet utilise un algorithme
pour réguler les flux de données
qui est très proche de celui
que les fourmis utilisent pour réguler
les flux de moissonneuses.
On ne devrait plus parler de la Toile...
... mais de la Fourmilière.
(Applaudissements)
Ainsi, un ordinateur ne transmet des données
que si un signal indique qu'il y a assez de bande passante
pour les acheminer.
Quand, au début d'Internet,
les coûts de fonctionnement étaient très élevés,
et qu'il était très important de ne pas perdre de données,
le système s'est organisé pour que ce soit
les interactions qui activent le flux de données.
Il est intéressant que les fourmis utilisent
un algorithme aussi proche que celui que nous avons inventé,
mais ce n'est qu'un des rares algorithmes
que nous connaissons,
alors que les fourmis ont eu 130 millions d'années
pour en développer de nombreux autres,
et il y a de grandes chances
pour que certaines des 12 000 autres espèces
disposent d'algorithmes intéressants
pour les réseaux
auxquels nous n'avons pas encore pensé.
Que se passe-t-il quand les coûts de fonctionnement sont faibles?
Ils le sont sous les tropiques,
grâce à l'humidité, qui permet aux fourmis
de sortir récolter sans aucune peine.
Mais les fourmis y sont
si nombreuses et si variées,
que la compétition y est intense.
Quand une espèce utilise une ressource,
il est très probable qu'une autre espèce l'utilise aussi
au même moment.
Dans ce type de milieu, les interactions sont utilisées
de façon opposée.
Le système tourne, sauf si
quelque chose de négatif arrive.
Une espèce que j'étudie fait des tours
dans les arbres de fourmis moissonneuses,
des allers-retours du nid à la source de nourriture,
continuellement, sauf si
un événement négatif arrive,
par exemple un contact
avec une fourmi d'une autre espèce.
Voici un exemple de défense chez les fourmis.
Au milieu, une fourmi
bloque l'entrée du nid avec sa tête,
en réponse aux contacts avec les fourmis d'une autre espèce,
les petites que l'on voit autour,
avec leurs abdomens pointés vers le haut.
Mais dès que la menace est passée
l'entrée s'ouvre de nouveau,
et, peut-être, il y a des cas
en sécurité informatique
où les coûts de fonctionnement sont assez bas
pour que l'on puisse simplement bloquer un accès temporairement,
en réponse à une menace immédiate,
avant de l'ouvrir de nouveau,
plutôt que de construire
un pare-feu permanent ou une forteresse.
Un autre défi
que rencontre tout système
est celui des ressources, qu'il faut trouver et collecter.
Les fourmis résolvent le problème
de la recherche collective,
un problème de grande importance
en robotique,
parce que nous avons compris que,
plutôt que d'envoyer un seul
robot sophistiqué et coûteux
pour explorer une planète
ou un bâtiment en flammes,
il était plus efficace
de réunir plusieurs robots moins coûteux
échangeant entre eux des informations basiques,
de la même manière que les fourmis.
La fourmi, invasive, d'Argentine
met en place des réseaux de recherche extensibles.
Elle traite efficacement le principal problème
de la recherche collective,
qui est le compromis à trouver entre
rechercher minutieusement
et couvrir le plus de terrain possible.
En pratique,
quand elles sont nombreuses dans un petit espace,
chacune recherche très minutieusement,
parce qu'il y a une autre fourmi
juste à côté,
mais quand il y a peu de fourmis
dans un large espace,
chacune allonge son parcours
pour couvrir plus de terrain.
Je pense que leurs interactions servent à estimer la densité.
Quand l'espace est bondé,
elles se rencontrent
plus souvent, et cherchent plus minutieusement
Des espèces différentes doivent utiliser des algorithmes différents,
car chacune a évolué pour s'occuper
de ressources différentes,
et il serait très utile de le savoir.
Nous avons demandé à des fourmis
de résoudre le problème de la recherche collective
dans l'environnement extrême
qu'est la micropesanteur,
dans la Station Spatiale Internationale.
Voyant cette photo, j'ai pensé :
« Oh non, ils l'ont mis à la verticale ! »,
avant de réaliser que, bien sûr, c'était sans importance.
L'idée, c'est que les fourmis
fassent tant d'efforts pour s'accrocher
au mur ou, si vous préférez, au plafond,
qu'elles ont moins de chances d'interagir,
et que le lien entre
densité et fréquence des rencontres
soit perturbé.
Nous analysons les données.
Je n'ai pas encore les résultats.
Mais il serait intéressant de savoir
comment d'autres espèces règlent ce problème
dans différents milieux du monde.
Nous créons un programme
pour encourager les enfants du monde entier
à faire cette expérience avec différentes espèces.
C'est très simple.
Le matériel nécessaire est peu coûteux.
Et, ainsi, nous pourrions créer une carte mondiale
des algorithmes de recherche collective des fourmis.
Je pense qu'il est probable que les espèces invasives,
celles qui viennent dans nos bâtiments,
soient très douées pour ça,
car, si elles sont dans votre cuisine,
c'est parce qu'elles sont douées pour trouver à boire et à manger.
La ressource la plus connue des fourmis,
c'est un pique-nique,
et il s'agit d'une ressource concentrée.
S'il y a un fruit,
il est probable qu'il y en ait un autre à côté,
et les fourmis spécialisées dans les ressources concentrées
utilisent les interactions pour recruter.
Quand l'une croise une autre,
ou tombe sur une substance
déposée sur le sol par une autre,
elle change alors de direction,
suit celle de l'interaction,
et vous avez des fourmis en file indienne
partageant votre pique-nique.
Je pense que l'on aurait ici
quelque chose à apprendre des fourmis sur le cancer.
Bien sûr, on peut faire beaucoup
pour éviter le cancer,
en interdisant aux gens de répandre
ou de vendre les toxines qui favorisent
le développement du cancer dans nos corps,
mais je ne pense pas que l'on puisse là s'inspirer
des fourmis, car elles n'empoisonnent jamais leur propre colonie.
Mais on peut s'en inspirer
pour le traitement du cancer.
Il y a de nombreux types de cancer.
Chacun commence dans un endroit particulier du corps,
avant, pour certains, de se répandre
- de métastaser- vers d'autres tissus,
où ils obtiennent les ressources dont ils ont besoin.
Si l'on se met à la place
de métastases de cellules cancéreuses,
qui cherchent autour d'elles
les ressources dont elles ont besoin,
si ces ressources sont concentrées,
elles utilisent probablement les interactions pour recruter,
et si nous pouvons comprendre comment ces cellules recrutent,
alors, peut-être, nous pourrions mettre des pièges
pour les attraper avant qu'elles ne soient bien installées.
Les fourmis utilisent donc les interactions de différentes façons,
dans une grande variété de milieux,
et elles peuvent nous aider à comprendre
d'autres systèmes qui fonctionnent
sans gestion centralisée.
En n'utilisant que des interactions simples,
les colonies de fourmis ont pu
réaliser des choses incroyables pendant plus de 130 millions d'années.
Nous avons beaucoup à apprendre d'elles.
Merci.
(Applaudissements)