Štěňata, pozor! A nyní k teorii komplexity

Chování zvířat není komplikované, ale je komplexní. Nicolas Perony studuje, jak se jednotlivá zvířata - skotští teriéři, netopýři nebo surikaty řídí jednoduchými pravidly, která ve svém důsledku vytvářejí kolektivní vzory chování. A jak jim tato komplexnost, vzešlá z jednoduchosti, napomáhá adaptaci na nové okolnosti.

Věda.

Věda nám umožnila poznat

nekonečné dálky vesmíru,

což je sice velmi důležité,

ale zároveň nesmírně vzdálené,

a přesto, mnohem blíže,

mnohem více se nás přímo týká

mnoho věcí, kterým ne zcela rozumíme.

Jednou z nich je výjimečná

sociální komplexita zvířat kolem nás.

Dnes vám chci povědět několik příběhů

o zvířecí komplexitě.

Ale nejdříve, co je to komplexita?

Co je komplexní?

Tedy, komplexní neznamená komplikované.

Komplikovaná věc obsahuje
mnoho malých částí,

každá je jiná a každá

má v soukolí vlastní přesnou roli.

Naopak komplexní systém

se skládá z mnoha podobných součástí,

jejichž vzájemné působení

vytváří celkově provázané chování.

Komplexní systémy mají mnoho součástí,

které se chovají podle jednoduchých,
individuálních pravidel,

což vytváří vyplývající vlastnosti.

Chování systému jako celku

nelze předvídat

jen z individuálních pravidel.

Jak napsal Aristoteles:

„Celek je víc než souhrn jeho částí.“

Ale přejděme od Aristotela

ke konkrétnějšímu příkladu
komplexního systému.

Toto jsou skotští teriéři.

Zpočátku je systém neorganizovaný.

Pak nastává nepokoj: mléko.

Každý jedinec se tlačí jedním směrem

a nastane toto.

Větrník je vlastnost vznikající

díky interakcím mezi štěňaty,

jejichž jediným pravidlem
je udržet přístup k mléku

a proto se strkají náhodným směrem.

Takže se snažíme hledat
jednoduchá pravidla,

ze kterých vzniká komplexita.

Říkám tomu zjednodušování komplexnosti,

tím se zabýváme na katedře
Systémového designu

na ETH v Curychu.

Sbíráme údaje ze zvířecích populací,

analyzujeme komplexní vzory,
hledáme pro ně vysvětlení.

K tomu je třeba práce fyziků a biologů,

matematiků a počítačových vědců,

z jejichž spolupráce vzniká

interdisciplinární schopnost

řešit tuto problematiku.

Takže opět, celek je víc

než souhrn jeho částí.

Spolupráce je vlastně

dalším příkladem komplexního systému.

Možná si kladete otázku,

kde jsem já, na straně
biologie nebo fyziky?

V podstatě je to trošku jinak,

abych to vysvětlil, musím vám o sobě

povědět krátký příběh.

Jako dítě jsem strašně rád

stavěl a vytvářel komplikované stroje.

Proto jsem se dal na studia
elektroinženýrství

a robotiky.

Mým závěrečným projektem

byla konstrukce robota jménem ER-1 --

vypadal takto --

který sbíral informace ze svého okolí

a pohyboval se po bílé čáře na podlaze.

Byl velmi komplikovaný,

ale v naší zkušebně fungoval výborně.

Přišel den, kdy se profesoři
sešli k hodnocení projektu,

tak jsme ER-1 vzali do učebny.

Ukázalo se, že v té místnosti

bylo trochu jiné světlo.

Vizuální systém robota byl zmaten.

V první zatáčce

vyjel ze své dráhy a narazil do zdi.

Stavěli jsme ho celé týdny,

a k jeho zničení stačila

malinká změna v barvě světla

v místnosti.

Tehdy jsem si uvědomil,

že čím složitější stroj,

tím větší pravděpodobnost, že selže

kvůli něčemu naprosto neočekávanému.

A rozhodl jsem se, že vlastně

nechci vytvářet komplikované věci.

Chtěl jsem porozumět složitosti,

komplexitě kolem nás

a obzvláště v říši zvířat,

čímž se dostáváme k netopýrům.

Netopýr velkouchý je běžným
evropským druhem netopýra.

Jsou to velmi společenská zvířata.

Spí, neboli hřadují, pohromadě.

Žijí v matriarchálních koloniích,

každé jaro se samičky

po přezimování shromáždí

a asi 6 měsíců společně

vychovávají svá mláďata,

a všechny mají na sobě malinký čip,

což znamená, že pokaždé,
když některá z nich

vletí do některé z těchto
speciálně upravených budek,

víme, kde je,

a co je důležitější,

víme, s kým je.

Zabývám se tedy netopýřími
zvyklostmi při hřadování,

což vypadá asi takto.

Během dne netopýři přebývají

v několika podskupinách
v různých budkách.

Jednoho dne je kolonie

rozdělena třeba ve dvou budkách,

ale jindy

může být celá v jediné budce

nebo rozdělena ve třech
nebo více budkách,

působí to opravdu velice chaoticky.

Tuto pružnou dynamiku
nazýváme fission-fusion,

vlastnost skupiny zvířat,

kdy se různé podskupiny pravidelně

všelijak rozdělují a zase spojují.

Takže sesbíráme veškerá data

ze všech těchto dní

a sloučíme je,

abychom mohli rozpoznat
dlouhodobé asociační vzory

použitím techniky síťové analýzy

a získali tak úplný přehled

o sociální struktuře kolonie.

Je to jasné? Takto to tedy vypadá.

V této síti jsou všechny kroužky

jako uzly, netopýří jedinci,

a linie mezi nimi jsou sociální spojení,

vztahy mezi jedinci.

Získali jsme velmi zajímavý obrázek.

Tato netopýří kolonie se skládá

ze dvou různých společenstev,

která nelze předvídat

z každodenní fission-fusion dynamiky.

Říkáme jim skryté sociální jednotky.

Ještě zajímavějším faktem je,

že každoročně, někdy v říjnu,

se kolonie rozdělí

a netopýři přezimují odděleně,

ale rok za rokem,

když se netopýři zase na jaře sejdou,

společenstva jsou zachována.

Takže tito netopýři
si pamatují své přátele

opravdu velmi dlouho.

S mozkem o velikosti burského oříšku

udržují individuální,

dlouhodobé sociální vztahy.

Nevěděli jsme, že to je možné.

Věděli jsme, že primáti,

sloni a delfíni to dokáží,

ale ve srovnání s netopýry
mají velké mozky.

Takže jak je možné,

že netopýři udržují tuto komplexní,

stabilní sociální strukturu

s tak omezenými poznávacími schopnostmi?

Zde nám komplexita přináší odpověď.

Abychom tomuto systému porozuměli,

sestavili jsme počítačový model hřadování

založený na prostých,
individuálních pravidlech,

a simulovali tisíce a tisíce dní

ve virtuální netopýří kolonii.

Je to matematický model,

ale není složitý.

Ve zkratce, tento model nám ukázal,

že každý netopýr považuje
několik dalších členů kolonie

za své přátele a má sklon s nimi

hřadovat v budce.

Jednoduchá, individuální pravidla.

To je vše, co je třeba k vysvětlení

sociální komplexity těchto netopýrů.

Ale celá věc je ještě zajímavější.

V letech 2010 a 2011

kolonie přišla o více než
dvě třetiny svých členů,

pravděpodobně kvůli velmi studené zimě.

Příštího jara nevznikla dvě společenstva

jako každý rok,

což by pro kolonii mohlo znamenat zánik,

protože by byla příliš malá.

Namísto toho vznikla
jediná soudržná jednotka,

což kolonii umožnilo přežít sezónu

a znovu se rozrůst
v příštích dvou letech.

Víme, že si netopýři nejsou vědomi,

že se toto s kolonií děje.

Pouze se řídí jednoduchým
sdružovacím pravidlem

a z této jednoduchosti

vzniká sociální komplexita,

díky které je kolonie odolná

vůči dramatickým změnám
ve složení populace.

Myslím, že to je neuvěřitelné.

Nyní vám povím jiný příběh,

ale budeme muset z Evropy odcestovat

do pouště Kalahari v jižní Africe.

Zde žijí surikaty.

Surikaty určitě znáte.

Jsou to fascinující stvoření.

Žijí ve skupinách s přísnou
sociální hierarchií.

Je zde jeden dominantní pár

a mnoho podřízených,

někteří v roli hlídek,

jiní pečují o mláďata,

další je vychovávají a tak dále.

Těmto zvířatům jsme dali

malinké obojky s GPS,

abychom zjistili, jak se spolu pohybují

a jak to souvisí s jejich
sociální strukturou.

Zde vidíme velmi zajímavou ukázku

kolektivního pohybu surikat.

Uprostřed rezervace, kde žijí,

vede silnice.

Na silnici jsou auta,
takže je to nebezpečné.

Ale surikaty ji musí překročit

při cestě od jednoho
zdroje potravy k druhému.

Zajímalo nás, jak přesně to dělají?

Přišli jsme na to, že dominantní samička

většinou skupinu k cestě přivede,

ale co se týče přechodu,
překonání silnice,

dává přednost podřízeným,

jako kdyby říkala:

„Prosím, jen běžte a ukažte mi,
zda je to bezpečné.“

Ale nevěděli jsme,

jakým pravidlem se surikaty
ve svém chování řídí,

aby došlo k této změně na okraji skupiny

a zda ji mohou vysvětlit
jednoduchá pravidla.

Takže jsem sestrojil model
simulující surikaty,

jak přecházejí simulovanou silnici.

Je to zjednodušující model.

Pohybující se surikaty
jsou jako náhodné částice,

jejichž jediným pravidlem je seřazení.

Prostě se drží pohromadě.

Když se částice dostanou k silnici,

vycítí jakousi překážku

a zastaví se o ni.

Jediným rozdílem

mezi dominantní samičkou -- zde červeně --

a ostatními jedinci je,

že pro ni je výška překážky,

neboli riziko, které silnice představuje,

o něco málo vyšší,

a tento malý rozdíl

v individuálním pravidle pohybu

stačí k vysvětlení toho,
co jsme pozorovali,

totiž že dominantní samička

přivede svou skupinu k silnici

a pak dá přednost ostatním,

aby přešli jako první.

Anglický statistik George Box

kdysi napsal: „Všechny
modely jsou chybné,

ale některé modely jsou užitečné.“

V podstatě je tento model zjevně chybný,

protože surikaty rozhodně
nejsou náhodné částice.

Ale také je užitečný,

protože nám ukazuje,
že extrémní jednoduchost

v pravidlech pohybu
na individuální úrovni

může znamenat vysokou komplexitu

na úrovni skupiny.

Takže opět zde máme
zjednodušování komplexity.

Rád bych z toho vyvodil

závěry pro celý druh.

Když dominantní samička

dává přednost podřízeným,

není to ze zdvořilosti.

Dominantní samička je vlastně

pro soudržnost skupiny velmi důležitá.

Pokud by na silnici zahynula,
je celá skupina ohrožena.

Takže toto vyhýbání se riziku

je evolučně velmi stará reakce.

Surikaty kopírují rozvinutou taktiku

starou tisíce generací

a přizpůsobují ji moderním rizikům,

v tomto případě silnici postavené lidmi.

Přebírají velmi jednoduchá pravidla

a výsledné komplexní chování

jim umožňuje odolat lidským zásahům

do jejich přirozeného prostředí.

Nakonec,

jsou to netopýři, kteří
mění sociální strukturu

v reakci na populační katastrofu,

nebo jsou to surikaty,

které projevují nebývalé
přizpůsobení lidské silnici,

může to být i jiný druh.

Můj vzkaz -- a není to složitý vzkaz,

ale jednoduchý o zázraku a naději --

mým vzkazem je, že zvířata

projevují mimořádnou sociální komplexitu,

což jim umožňuje přizpůsobení

a odezvu na změny v jejich prostředí.

Třemi slovy, v království zvířat

vede jednoduchost ke komplexnosti,

která vede k odolnosti.

Děkuji vám.

(Potlesk)

Moderátorka: Děkuji, Nicolasi,
za tento skvělý úvod.

Nejste nervózní?

NP: Ne, jsem v pohodě.

M: Skvělé. V publiku je určitě hodně lidí,
které napadne vztáhnout i na lidi to,

co zde o slyšeli o zvířatech --
o netopýrech a surikatách.

Uvedl jste například,
že samice jsou sociální,

že samice jsou dominantní.
Nejsem si jistá, jak to kdo vidí.

Je správné takto porovnávat?

Existují stereotypy, které lze vztáhnout
na všechny živočišné druhy?

NP: Řekl bych, že existují
i opačné příklady.

Například mořští koníci nebo koaly,

tam se o mláďata starají vždy samci.

Závěrem bych řekl, že je často obtížné

a občas i poněkud nebezpečné

porovnávat lidi a jiné živočišné druhy.

M: Velmi děkuji za tento úvod.
NP: Není zač.

M: Děkujeme vám, Nicolasi Perony.
(Potlesk)