Yavru köpekler! Dikkatinizi çekebildiğe göre: karmaşıklık teorisi

Hayvan davranışı komplike değildir, fakat karmaşıktır. Nicolas Perony hayvanların -- örneğin İskoç Teriyeri, yarasalar veya mirketlerin --, bir araya geldiklerinde daha büyük davranış eğilimlerine yol açan basit davranış kurallarını ve basitlikten doğmuş bu karmaşıklığın, hayvanların ortaya çıkan yeni koşullara adapte olmasını nasıl sağladığını inceliyor.

Bilim,

bilim evrenin uzak ufukları hakkında

birçok şey bilmemizi sağlarken

aynı anda hem çok büyük bir öneme sahip

ve bize çok uzak olan,

fakat aynı zamanda çok daha yakın

ve bizimle çok daha yakından ilgili

pek anlamadığımız birçok şey var.

Bunlardan biri çevremizdeki hayvanların

olağanüstü sosyal karmaşıklığıdır

ve bugün size hayvanların karmaşıklıkları

hakkında birkaç şey anlatmak istiyorum.

Fakat önce, karmaşıklığı nasıl tanımlarız?

Karmaşık nedir?

Karmaşık, karışık değildir.

Karışık bir şey hepsi birbirinden farklı

birçok küçük parçadan oluşur ve hepsi de

sistem içerisinde kendi özel rolüne sahiptir.

Buna karşılık, karmaşık bir sistem

birbirine benzeyen birçok küçük parçadan meydana gelir

ve çevreyle uyumlu davranışı ortaya çıkaran

bu parçaların birbiriyle etkileşimidir.

Karmaşık sistemler basit, kendine özgü kurallara göre

hareket eden birçok etkileşimli parça barındırır

ve bu yeni özellikler doğurur.

Sistemin bir bütün olarak işleyişi

birbirinden bağımsız

kurallara bakarak öngörülemez.

Aristo'nun dediği gibi:

Bütün, parçaların toplamından fazlasıdır.

Fakat Aristo'yu bir kenara bırakıp,

karmaşık sistemlere daha somut bir örnek verelim.

Bunlar İskoç Teriyerleri.

Başlangıçta, organize bir sistemleri yoktu.

Sonra, bir dış faktör geliyor: süt.

Her birey diğerini bir yönde ittirmeye başlıyor

ve ortaya bu çıkıyor.

Sonradan ortaya çıkan bu fırıldak hareketi

yavrular arasında, tek amacı süte erişimi

sürekli tutmaya çalışmak olan, bu sebepten

rastgele bir yönde ittirmeye yol açan bir özellik.

Yani, olay sadece karmaşıklığa yol açan

basit kuralları bulabilmekte.

Ben buna karmaşıklığı basitleştirmek diyorum

ve ETH Zurich Sistem Dizaynı bölümünde

yaptığımız şey bu,

hayvan toplulukları hakkında veriler topluyoruz,

karmaşık motifleri analiz ediyoruz ve onları açıklamaya çalışıyoruz.

Biyologlar, matematikçiler

ve bilgisayar bilimcileriyle çalışan fizikçilerin

ve onlar arasındaki etkileşimin

birleşimiyle

çözüme ulaşmak mümkün oluyor.

Ve yine, bütün,

parçaların toplamından fazlası.

Bir açıdan, işbirliği de

karmaşık sisteme başka bir örnektir.

Belki soruyorsunuzdur,

ben ne taraftayım, biyoloji mi fizik mi?

Aslında, bu biraz farklı

ve açıklamak için size kendimle ilgili

kısa bir hikaye anlatacağım.

Ben çocukken,

birşeyler yapmaya, karmaşık makineler üretmeye bayılırdım.

Bu yüzden elektrik mühendisliği

ve robotik okumaya başladım.

Master projem

ER-1 adında bir robot yapmaktı.

Böyle görünen,

çevreden bilgi toplayarak

yerdeki beyaz bir çizgiyi takip eden bir robot.

Bu oldukça karışıktı

fakat test odamızda oldukça güzel bir şekilde çalıştı.

Ve gösterim gününde profesörlerin projeye not vermesi için

ER-1'i değerlendirme odasına soktuk.

Sonradan anlaşıldı ki odadaki ışık

normalde olduğundan biraz farklıymış.

Robotun görüş sistemi şaşırmıştı.

çizgideki ilk dönüşte

robot yoldan çıktı ve duvara çarptı.

Robotu yapmak için haftalarımızı harcamamıza rağmen

odadaki ışığın rengindeki

ufak bir değişim onu bozmaya

yetti.

O zaman anladım ki

bir makineyi ne kadar karmaşık yaparsanız

tamamen beklenmeyen bir sebepten dolayı

başarısız olma ihtimali o kadar artar.

Ve aslında karmaşık bir şeyler

yapmak istemediğime karar verdim.

Karmaşıklığı anlamak istiyordum.

Çevremizdeki ve özellikle de

hayvanlar alemindeki karmaşıklığı.

Bu da bizi yarasalara getiriyor.

Bechstein yarasaları Avrupa'da yaygın bir türdür.

Oldukça sosyal hayvanlardır.

Çoğunlukla birlikte tünüyor veya uyuyorlar.

Anaç koloniler halinde yaşıyorlar,

dişiler kış uykusundan sonra

her bahar bir araya geliyor

ve yavrularını büyütmek için

yaklaşık altı ay beraber yaşıyor.

Ve hepsi oldukça küçük bir çip taşıyor.

Ne zaman yarasalardan biri bu özel

yarasa kutularından birine girse

nerede olduğunu biliyoruz,

ve daha da önemlisi

kiminle olduğunu biliyoruz.

Ben de yarasalardaki tüneme davranışlarını inceledim

ve ortaya çıkan bu oldu.

Gün boyunca, yarasalar farklı kutularda

farklı gruplara ayrılarak tünüyorlar

bir gün koloni

iki kutuya dağılmış olabilirken

başka bir gün

hepsi aynı kutuda beraber

veya üç ya da daha fazla kutuya dağılmış olabiliyor.

Ve bu aslen oldukça düzensiz gibi görünüyor.

Buna birleşme-ayrılma dinamikleri deniyor,

düzenli olarak farklı alt gruplara

birleşip ayrılan hayvan gruplarının

bir özelliği.

Bizim yaptığımız ise farklı günlerde alınmış

bütün bu verileri

bir araya getirerek

ağ analizi içeren tekniklerle

koloninin sosyal yapısına dair

uzun vadeli bir

model ortaya çıkarmak.

Ve işte ortaya çıkan resim bu.

Bu ağda, bütün noktalar

ayrı birer yarasayı

ve aralarındaki çizgiler de

bireyler arasındaki bağı, ilişkiyi ifade ediyor.

Ve ortayan çıkan manzara oldukça ilginç.

Bu yarasa kolonisi

günlük birleşme-ayrılma dinamikleriyle

tahmin edilemeyecek bir şekilde

iki farklı topluluğa ayrılıyor.

Biz bu topluluklara örtük sosyal birimler adını verdik.

Daha da ilginç olanı,

her yıl, ekim ayı dolaylarında

koloni dağılıyor

ve bütün yarasalar bağımsız olarak uykuya yatıyor.

Fakat her geçen yıl

yarasalar baharda yeniden bir araya geldiğinde

topluluklar aynı kalıyor.

Yani yarasalar oldukça uzun bir süre

arkadaşlarını hatırlıyor.

Yer fıstığı boyutunda beyinleriyle,

bireyselliklerini koruyabiliyor,

uzun vadeli bağlar kurabiliyorlar.

Bunun mümkün olduğunu bilmiyorduk.

Primatların,

fillerin ve yunusların bunu yapabildiğini biliyorduk

fakat yarasalara kıyasla onların beyinleri devasa kalıyor.

Yani nasıl olur da

yarasalar böyle kısıtlı bilişsel yetenekleriyle

bu kadar karmaşık ve stabil

bir sosyal yapı kurabiliyorlar?

Ve karmaşıklık bizi işte burada bir yanıta ulaştırıyor.

Bu sistemi anlamak için,

tüneme üzerine basit, bağımsız kurallara sahip

bir bilgisayar modeli geliştirdik

ve sanal bir yarasa kolonisiyle binlerce günlük

simulasyon yaptık.

Bu matematiksel bir model,

fakat karışık değil.

Model kısaca bize gösteriyor ki,

her yarasa diğer birkaç koloni üyesini

arkadaşı olarak tanıyor ve onunla birlikte tünemeye

biraz daha yatkın oluyor.

Basit, bağımsız kurallar.

Yarasaların sosyal karmaşıklığını anlamak

açıklamak için sadece bu yetiyor.

Fakat daha iyisi de var.

2010-2011 arasında

koloni üyelerinin üçte ikisinden fazlasını

muhtemelen soğuk kış yüzünden kaybetmişti.

Sonraki bahar, koloni her yıl yaptığı gibi,

bu kez küçüklüğünden dolayı

bütün koloninin ölümüne sebep olabilecek

bölünmeyi tercih etmedi.

Bunun yerine birbirine bağlı,
tek bir sosyal yapı oluşturdu,

koloninin mevsimi canlı çıkarmasını

ve sonraki iki yıl içinde yeniden büyümesini sağladı.

Biliyoruz ki yarasalar,

kolonilerinin böyle birşey yaptığından habersizdi.

Yarasaların tek yaptıkları basit bağlanma kurallarını uygulamaktı

ve bu basit kurallardan

topluluğun yapısındaki

dramatik değişimlere direnmelerini sağlayan

sosyal karmaşıklık ortaya çıktı.

Ben bunu olağanüstü buluyorum.

Şimdi size başka bir hikaye anlatmak istiyorum,

fakat bunun için Avrupa'dan

Güney Afika'daki Kalahari Çölü'ne gideceğiz.

Burası mirketlerin yaşadığı yer.

Mirketleri eminim biliyorsunuzdur,

büyüleyici canlılar.

Çok sıkı sosyal hiyerarşiye sahip gruplar halinde yaşarlar.

Bir dominant çift ve

bazıları gözcülük

ve bebek bakıcılığı

bazıları da yavrulara öğretmenlik

gibi görevler üstlenen astlar vardır.

Biz de birlikte nasıl hareket ettiklerini

ve bunun

sosyal yapılarıyla olan ilgisini

anlamak için bu hayvanlara GPS tasmalar taktık.

Ve işte mirketlerdeki

kolektif davranışlara enteresan bir örnek.

Yaşadıkları bölgenin ortasından

bir yol geçmekte.

Yolda araçlar var, yani tehlikeli.

Fakat mirketler bir beslenme yerinden

diğerine gitmek için karşıya geçmek zorundalar.

Biz de sorduk, bunu nasıl yapıyorlar?

Öğrendik ki grubu yola

yönlendiren çoğunlukla dominant dişi oluyor,

fakat olay yolun karşısına geçmeye gelince

dişi "devam edin, güvenli olup olmadığını

bana haber verin" dercesine

yolu astlarına bırakıyor.

Bilmediğim şey ise,

bu noktada mirket grubundaki bu değişikliğe

yol açan kuralların ne olduğu ve basit kaidelerin

bunu açıklamaya yetip yetmeyeceğiydi.

Ben de sanal mirketlerin sanal bir yolu

geçtiği bir model yaptım.

Basite indirgenmiş bir model.

Tek kuralın dizilim olduğu, rastgele parçacıklar

gibi hareket eden mirketler.

Sadece birlikte hareket ediyorlar.

Parçacıklar yola ulaştığında,

bir çeşit engeli hissediyorlar

ve karşısında dusaksıyorlar.

Kırmızıyla gösterilen

dominant dişi ve diğerleri arasındaki

tek fark

dişi için engelin yüksekliği,

yani yolu geçmekten duyulan risk

birazcık daha yüksek

ve bireyin hareket kuralındaki

bu küçük farklıklık

gözlemlediğimiz şeyi açıklamaya yetiyor,

yani dominant dişinin

grubunu yola yönlendirmesi

ve daha önce geçmeleri için

yolu diğerlerine vermesini.

Bir İngiliz istatistikçi George Box

zamanında şöyle yazmıştır: "Bütün modeller yanlıştır,

fakat bazıları kullanışlıdır."

Ve bu modelin yanlış olduğu açıktır, çünkü gerçekte

mirketlerin rastgele parçacıklarla alakası yoktur.

Fakat aynı zamanda kullanışlı da,

çünkü bize, bireysel bazda son derece basit

olan bu davranış kurallarının

grup bazında oldukça büyük bir karmaşıklık

sağladığını gösteriyor.

Ve yine yaptığımız, karmaşıklığı basitleştirmek.

Bunun bütün tür için

ne anlama geldiğini açıklayarak kapatmak istiyorum.

Dominant dişi

yolu bir astına verdiğinde

bunu nezaketten yapmıyor.

Aslında grubun birliği için

dominant dişi oldukça önem arz ediyor.

Eğer dişi yolda ölürse, bütün grup risk altında kalır.

Yani bu riskten kaçınma davranışı

oldukça eski evrimsel bir tepki.

Bu mirketler binlerce jenerasyon öncesine

dayanan bu taktiği, bu örnekte

insan yapımı bir yol olan

modern risklere uyarlayarak uyguluyorlar.

Bu oldukça basit kuralları özümsüyorlar

ve bu durum, doğal yaşam alanlarındaki

insan işgalinden korunmalarını sağlayan

karmaşık davranışların yolunu açıyor.

Sonuç olarak,

bu, bir populasyon düşüşüne tepki olarak

yarasaların sosyal yapılarını değiştirmesi

veya mirketlerin

insan yapımı yola adapte olmaları

veya başka bir tür olabilir.

Demek istediğim şey, --ki karışık değil,

merak ve umuttan doğan basit bir mesaj--

buradaki mesajım, hayvanlar

olağanüstü sosyal karmaşıklığa sahipler

ve bu onların çevredeki değişimlere

adapte olmalarını ve tepki vermelerini sağlıyor.

Üç kelimeye özetlersek, hayvanlar aleminde

basitlik karmaşıklığa,

karmaşıklık da uyuma yol açıyor.

Teşekkürler.

(Alkış)

Dania Gerhardt: Bu harika başlangıç için

çok teşekkürler Nicolas. Biraz gergin misin?

Nicolas Perony: İyiyim, teşekkürler.

DG: Tamam, harika. Eminim

seyircilerimizin birçoğu bahsettiğin

hayvanları ilişkilendirmeye çabalamıştır --

yarasalar, mirketler -- ve insanlar.

Bazı örnekler verdin:

Dişiler sosyal olanlar,

dişiler dominant olanlar,

kimin nasıl düşündüğünü bilmiyorum.

Ama bu ilişkilendirmeleri yapmak doğru mu?

Bu açıdan onaylayabileceğin, tüm türler arasında geçerli

kalıplaşmış yargılar var mı?

NP: Bu kalıpların tersi örnekler

olduğunu da söyleyebilirim.

Örneğin, denizatlarında veya koalalarda

yavruların bakımını erkekler üstlenir.

Buradan çıkarabileceğimiz şey

insanlarla hayvanlar arasında paralellikler bulmak

çoğunlukla zor ve hatta biraz tehlikeli

Bu.

DG: Tamam. Bu harika başlangıç için çok teşekkür ederim.

Teşekkürler Nicolas Perony.