Τι μας μαθαίνουν τα μυρμήγκια για τον εγκέφαλο, τον καρκίνο και το διαδίκτυο

Η οικολόγος Ντέμπορα Γκόρντον μελετάει τα μυρμήγκια, οπουδήποτε μπορεί να τα βρει: στην έρημο, στην τροπική ζώνη, στην κουζίνα της. Σε αυτήν τη συναρπαστική ομιλία μας εξηγεί την εμμονή της με τα έντομα, τα οποία οι περισσότεροι από εμάς θα τα εξολοθρεύαμε ευχαρίστως, χωρίς δεύτερη σκέψη. Ισχυρίζεται πως η ζωή των μυρμηγκιών μας προσφέρει ένα χρήσιμο μοντέλο από το οποίο μπορούμε να μάθουμε σχετικά με άλλα θέματα, όπως τις ασθένειες, την τεχνολογία και τον ανθρώπινο εγκέφαλο.

Μελετάω τα μυρμήγκια

στην έρημο, στα τροπικά δάση,

στην κουζίνα μου

και στους λόφους γύρω
από τη Σίλικον Βάλεϊ όπου ζω.

Πρόσφατα συνειδητοποίησα
πως τα μυρμήγκια

αλληλεπιδρούν
με διαφορετικό τρόπο,

ανάλογα με το περιβάλλον.

Και σκέφτηκα
πως μπορούμε να μάθουμε απ' αυτό

για άλλα συστήματα,
όπως για τους εγκεφάλους

και για τα δίκτυα δεδομένων
που κατασκευάζουμε,

ακόμα και για τον καρκίνο.

Το κοινό σε όλα αυτά
τα συστήματα

είναι πως δεν υπάρχει
κεντρικός έλεγχος.

Μια αποικία μυρμηγκιών αποτελείται
από στείρες θηλυκές εργάτριες

- αυτά είναι τα μυρμήγκια
που βλέπετε γύρω σας -

και ένα ή περισσότερα
θηλυκά αναπαραγωγής

που απλώς γεννάνε αυγά.

Δεν δίνουν εντολές.

Παρ' όλο που ονομάζονται βασίλισσες,

δεν λένε σε κανέναν τι να κάνει.

Έτσι, σε μια αποικία μυρμηγκιών,
κανείς δεν είναι επικεφαλής

και όλα τα συστήματα όπως αυτό,
χωρίς κεντρικό έλεγχο,

ρυθμίζονται με πολύ απλές
αλληλεπιδράσεις.

Τα μυρμήγκια αλληλεπιδρούν
με την οσμή.

Οσμίζονται με τις κεραίες τους

και αλληλεπιδρούν με αυτές,

έτσι, όταν ένα μυρμήγκι αγγίξει
το άλλο με τις κεραίες του,

ξέρει, για παράδειγμα,
αν το άλλο μυρμήγκι

είναι από την ίδια φωλιά

και τι εργασία έκανε.

Εδώ βλέπετε πολλά μυρμήγκια
να κυκλοφορούν και να αλληλεπιδρούν

σε έναν ειδικό χώρο στο εργαστήριο,

που επικοινωνεί με σωλήνες
με δύο άλλους χώρους.

Έτσι, όταν ένα μυρμήγκι
συναντάει ένα άλλο,

δεν έχει σημασία ποιο,

στην πραγματικότητα δεν εκπέμπουν

κάποιο περίπλοκο σήμα ή μήνυμα.

Το μόνο που έχει σημασία
για το μυρμήγκι

είναι η συχνότητα με την οποία
συναντάει άλλα μυρμήγκια.

Συνολικά, αυτή η αλληλεπίδραση,

δημιουργεί ένα δίκτυο.

Οπότε, αυτό είναι το δίκτυο
των μυρμηγκιών

που μόλις είδατε να κυκλοφορούν
στο εργαστήριο

και είναι αυτό το συνεχώς
μετακινούμενο δίκτυο

που δημιουργεί τη συμπεριφορά
της αποικίας,

όπως το αν όλα κρύβονται
στη φωλιά τους,

ή πόσα θα βγουν έξω
να αναζητήσουν τροφή.

Ένας εγκέφαλος
λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο,

αλλά το σπουδαίο με τα μυρμήγκια

είναι πως μπορείτε να δείτε
όλο το δίκτυο καθώς δημιουργείται.

Υπάρχουν περισσότερα
από 12.000 είδη μυρμηγκιών,

σε όλα τα δυνατά περιβάλλοντα,

και αλληλεπιδρούν
με διαφορετικό τρόπο

για να αντιμετωπίσουν διαφορετικές
περιβαλλοντικές προκλήσεις.

Μια σημαντική
περιβαλλοντική πρόκληση

που έχει να αντιμετωπίσει
κάθε σύστημα,

είναι το κόστος λειτουργίας

δηλαδή τι χρειάζεται
για να λειτουργήσει το σύστημα.

Μια άλλη περιβαλλοντική
πρόκληση είναι

η εύρεση και η συλλογή πόρων.

Στην έρημο το κόστος λειτουργίας
είναι υψηλό

επειδή το νερό σπανίζει

και τα μυρμήγκια που τρώνε σπόρους
και που μελετώ στην έρημο

πρέπει να ξοδέψουν νερό
για να βρουν νερό.

Έτσι, ένα μυρμήγκι που ψάχνει
για σπόρους στον καυτό ήλιο,

χάνει απλώς νερό.

Όμως η αποικία παίρνει νερό

μεταβολίζοντας τα λίπη
των σπόρων που τρώνε.

Έτσι, σε αυτό το περιβάλλον,
η αλληλεπίδραση χρησιμεύει

στην ενεργοποίηση
της αναζήτησης τροφής.

Ένας τροφοσυλλέκτης
δεν βγαίνει έξω

εκτός αν έχει επαρκή αλληλεπίδραση
με τους άλλους,

και αυτό που βλέπετε είναι
τροφοσυλλέκτες

που επιστρέφουν στη φωλιά
μέσα από το τούνελ

και συναντούν τους τροφοσυλλέκτες
καθώς αυτοί βγαίνουν.

Αυτό έχει νόημα
για την αποικία των μυρμηγκιών,

επειδή όσο περισσότερη τροφή
υπάρχει εκεί έξω,

τόσο πιο γρήγορα τη βρίσκουν
οι τροφοσυλλέκτες,

και τόσο γρηγορότερα επιστρέφουν

και περισσότεροι τροφοσυλλέκτες
βγαίνουν έξω.

Το σύστημα βρίσκεται σε αδράνεια

μέχρι να συμβεί κάτι θετικό.

Η επικοινωνία υπάρχει
για να ενεργοποιήσει τους τροφοσυλλέκτες.

Έχουμε μελετήσει την εξέλιξη
αυτού του συστήματος.

Κατ' αρχήν, υπάρχει ποικιλία.

Αποδεικνύεται
πως οι αποικίες διαφέρουν.

Τις μέρες της ξηρασίας κάποιες αποικίες
αναζητούν λιγότερο τροφή,

οπότε οι αποικίες διαφέρουν
στο πώς διαχειρίζονται

την κατανάλωση του νερού
για την αναζήτηση σπόρων

και στο πώς παίρνουν πίσω νερό
σε μορφή σπόρων.

Προσπαθούμε
να καταλάβουμε γιατί

κάποιες αποικίες συλλέγουν
λιγότερη τροφή από άλλες

με το να σκεφτούμε
τα μυρμήγκια ως νευρώνες,

χρησιμοποιώντας μοντέλα
από τη νευροεπιστήμη.

Όπως ένας νευρώνας μαζεύει
ερεθίσματα από άλλους νευρώνες

για να αποφασίσει
πότε να πάρει μπρος,

έτσι και τα μυρμήγκια μαζεύουν
ερεθίσματα από άλλα μυρμήγκια

για να αποφασίσουν αν θα βγουν
για αναζήτηση τροφής.

Αυτό που ψάχνουμε είναι
οι πιθανές διαφοροποιήσεις

μεταξύ των αποικιών
στο πόσες φορές

πρέπει να αλληλεπιδράσει
κάθε μυρμήγκι

πριν θελήσει να βγει έξω
για αναζήτηση τροφής,

επειδή μια τέτοια αποικία,
θα αναζητούσε τροφή λιγότερο συχνά.

Αυτό εγείρει ένα ανάλογο ερώτημα
για τον εγκέφαλο.

Συζητάμε για τον εγκέφαλο,

αλλά φυσικά, κάθε εγκέφαλος
είναι ελαφρώς διαφορετικός,

και μπορεί να υπάρχουν
κάποια άτομα ή κάποιες συνθήκες,

όπου οι ηλεκτρικές ιδιότητες
των νευρώνων είναι τέτοιες

που απαιτούν περισσότερα ερεθίσματα
για να πάρουν μπρος,

και αυτό θα οδηγήσει σε διαφοροποιήσεις
στη λειτουργία του εγκεφάλου.

Προκειμένου να θέσουμε ερωτήματα
που αφορούν στην εξέλιξη,

πρέπει να γνωρίζουμε
για την επιτυχία της αναπαραγωγής.

Αυτός είναι ένας χάρτης
της τοποθεσίας

όπου παρακολουθούσα
τον πληθυσμό

αυτής της αποικίας μυρμηγκιών-θεριστών,
για περίπου 28 χρόνια,

που είναι περίπου η διάρκεια ζωής
μιας αποικίας.

Κάθε σύμβολο είναι μια αποικία,

και το μέγεθος του συμβόλου σχετίζεται
με το πόσους απογόνους είχαν,

επειδή χρησιμοποιήσαμε
γενετικές μεταβολές

για να ταιριάξουμε τις γονεϊκές αποικίες
με τις αποικίες απογόνων,

δηλαδή, να καταλάβουμε
ποιες αποικίες ιδρύθηκαν

από μια κόρη-βασίλισσα

και σε ποια γονεϊκή αποικία
είχε αυτή γεννηθεί.

Ήταν εκπληκτικό
μετά από τόσα χρόνια

να ανακαλύψω πως,
για παράδειγμα, η αποικία 154,

την οποία γνώριζα καλά
για πολλά χρόνια,

είναι η προγιαγιά.

Αυτή είναι η θυγατρική της αποικία,

αυτή είναι η αποικία-εγγονή

και αυτές είναι οι αποικίες-δισέγγονα.

Κάνοντας αυτό, μπόρεσα να μάθω

πως οι αποικίες των απογόνων
μοιάζουν με τις γονεϊκές

στον τρόπο που αποφασίζουν
ποιες μέρες είναι πολύ ζεστές

για αναζήτηση τροφής.

Τα μυρμήγκια-απόγονοι ζουν μακριά
από τις γονεϊκές αποικίες

και δεν συναντιούνται
ποτέ μαζί τους,

έτσι, είναι αδύνατον
τα μυρμήγκια-απόγονοι

να το έχουν μάθει αυτό
από τη γονεϊκή αποικία.

Το επόμενο βήμα μας
ήταν να ψάξουμε

τη γενετική μεταβολή που υπήρχε
πίσω από αυτή την ομοιότητα.

Τότε μπόρεσα να αναρωτηθώ
ποιος τα πάει καλύτερα.

Κατά τη διάρκεια της μελέτης,
και ιδιαίτερα τα τελευταία 10 χρόνια,

υπήρξε πολύ μεγάλη ξηρασία

στις νοτιοδυτικές Πολιτείες,

και αποδείχτηκε πως οι αποικίες
που εξοικονομούν νερό

και μένουν μέσα
όταν κάνει πολύ ζέστη,

άρα θυσιάζουν όσο το δυνατόν
περισσότερη τροφή,

είναι αυτές με τις περισσότερες
πιθανότητες για αποικίες απογόνων.

Για πολύ καιρό νόμιζα
πως η αποικία 154 δεν πάει καλά,

επειδή στις ιδιαίτερα ξηρές μέρες
αναζητούσαν ελάχιστα τροφή,

ενώ οι άλλες αποικίες ήταν έξω
και μάζευαν πολλή τροφή.

Όμως, για την ακρίβεια, η αποικία 154
είναι εξαιρετικά επιτυχημένη.

Είναι μητριάρχισσα.

Είναι μια από τις σπάνιες
προγιαγιάδες στην περιοχή.

Απ' όσο γνωρίζω,
αυτή είναι η πρώτη φορά

που μπορέσαμε
να παρακολουθήσουμε

τη συνεχή εξέλιξη
της συλλογικής συμπεριφοράς

σε έναν φυσικό πληθυσμό ζώων

και να ανακαλύψουμε
τι λειτουργεί καλύτερα.

Το διαδίκτυο χρησιμοποιεί
έναν αλγόριθμο

για να ρυθμίσει
τη ροή των πληροφοριών

που μοιάζει πολύ με αυτόν
που χρησιμοποιούν

τα μυρμήγκια-θεριστές
για να ρυθμίσουν

τη ροή των τροφοσυλλεκτών.

Μαντέψτε πώς το λέμε εμείς αυτό.

Το μυρμήκτιο έρχεται

(Χειροκρότημα)

Τα δεδομένα δεν φεύγουν
από τον υπολογιστή προέλευσης

εκτός αν λάβουν σήμα
πως υπάρχει αρκετή ευρυζωνικότητα

για να ταξιδέψουν.

Στις απαρχές του διαδικτύου,

όταν τα λειτουργικά έξοδα
ήταν πολύ υψηλά

και ήταν πολύ σημαντικό
να μη χάνονται δεδομένα,

το σύστημα είχε συσταθεί
για αλληλεπιδράσεις

που ενεργοποιούν
τη ροή των δεδομένων.

Είναι ενδιαφέρον που τα μυρμήγκια
χρησιμοποιούν έναν αλγόριθμο

πολύ όμοιο με αυτόν
που ανακαλύψαμε πρόσφατα,

όμως αυτός είναι ένας μόνο
από τους λίγους αλγορίθμους

των μυρμηγκιών που γνωρίζουμε.

Τα μυρμήγκια είχαν
130 εκατομμύρια χρόνια

για να εξελίξουν πολλούς,
καλούς αλγορίθμους

και νομίζω πως είναι πολύ πιθανό,

κάποια από τα υπόλοιπα
12.000 είδη,

να έχουν και αυτά αλγορίθμους

που θα είχαν ενδιαφέρον
για δίκτυα δεδομένων

που δεν έχουμε
σκεφτεί καν ακόμα.

Τι συμβαίνει όταν
τα λειτουργικά έξοδα είναι χαμηλά;

Τα λειτουργικά έξοδα
είναι χαμηλά στην τροπική ζώνη

επειδή έχει πολλή υγρασία
και είναι εύκολο για τα μυρμήγια

να κυκλοφορούν έξω.

Όμως τα μυρμήγκια
είναι τόσο πολυάριθμα

και πολυποίκιλα
στην τροπική ζώνη

ώστε υπάρχει
μεγάλος ανταγωνισμός.

Όποιοι κι αν είναι οι πόροι
που χρησιμοποιεί ένα είδος,

το πιο πιθανό είναι πως τους ίδιους
θα χρησιμοποιεί ταυτοχρόνως

και κάποιο άλλο είδος.

Οπότε, σε αυτό το περιβάλλον

οι αλληλεπιδράσεις
έχουν την αντίθετη χρήση.

Το σύστημα συνεχίζει να λειτουργεί
εκτός αν συμβεί κάτι αρνητικό.

Ένα είδος που μελετώ
φτιάχνει κυκλώματα

στα δέντρα των μυρμηγκιών-
τροφοσυλλεκτών,

που πηγαίνουν από τη φωλιά
σε κάποια πηγή τροφής

και πάλι πίσω,
κυκλικά,

εκτός αν συμβεί κάτι αρνητικό,

όπως μια αλληλεπίδραση

με μυρμήγκια ενός άλλου είδους.

Εδώ έχουμε ένα παράδειγμα
της ασφάλειας των μυρμηγκιών.

Στη μέση υπάρχει ένα μυρμήγκι

που κλείνει την είσοδο της φωλιάς
με το κεφάλι του, αντιδρώντας έτσι

στην αλληλεπίδραση του
με ένα άλλο είδος.

Είναι αυτά τα μικρά
που τρέχουν γύρω-γύρω

με την κοιλιά τους στον αέρα.

Όμως όταν περάσει η απειλή,

η είσοδος ανοίγει ξανά.

Μπορεί να υπάρχουν περιπτώσεις

στην ασφάλεια των υπολογιστών,

όπου τα λειτουργικά έξοδα
είναι αρκετά χαμηλά,

που αντιδρώντας
σε μια άμεση απειλή

θα μπορούσαμε να εμποδίζουμε
την πρόσβαση προσωρινά

και μετά να την ανοίγουμε ξανά,

αντί να προσπαθούμε να φτιάξουμε

μόνιμα προγράμματα
και τείχη ασφαλείας.

Μια άλλη περιβαλλοντική πρόκληση

που έχουν να αντιμετωπίσουν
όλα τα συστήματα,

είναι η εύρεση
και η συλλογή πόρων.

Για να το αντιμετωπίσουν αυτό,
τα μυρμήγκια λύνουν το πρόβλημα

της συλλογικής έρευνας.

Αυτό είναι κάτι που έχει πολύ
ενδιαφέρον για τη ρομποτική

επειδή έχουμε καταλάβει

πως αντί να στέλνουμε
ένα πολύπλοκο, ακριβό ρομπότ

να εξερευνήσει
έναν άλλο πλανήτη

ή να ψάξει μέσα
σε ένα φλεγόμενο κτίριο,

μπορεί να ήταν
πιο αποτελεσματικό

να έχουμε μια ομάδα
φτηνότερων ρομπότ

που ανταλλάσσουν μόνο
στοιχειώδεις πληροφορίες.

Αυτό κάνουν τα μυρμήγκια.

Τα μυρμήγκια-εισβολείς της Αργεντινής,

δημιουργούν διευρυνόμενα
δίκτυα έρευνας.

Αντιμετωπίζουν πολύ καλά
το βασικό πρόβλημα

της ομαδικής έρευνας,

που είναι το πώς ψάχνει
κανείς προσεκτικά

καλύπτοντας ταυτόχρονα
μια μεγάλη περιοχή.

Αυτό που κάνουν είναι,

όταν υπάρχουν πολλά μυρμήγκια
σε μια μικρή περιοχή,

το καθ΄ένα μπορεί
να ψάξει πολύ σχολαστικά,

επειδή θα υπάρχει
κάποιο άλλο μυρμήγκι κοντά

και θα ψάχνει εκεί πέρα,

όμως όταν υπάρχουν
λίγα μυρμήγκια

σε μια μεγάλη περιοχή,

πρέπει να διευρύνουν
τα μονοπάτια τους

για να καλύψουν
περισσότερο έδαφος.

Νομίζω πως αξιολογούν την πυκνότητα
με τις αλληλεπιδράσεις,

όποτε όταν είναι πολλά,
συναντιόνται συχνότερα

και ψάχνουν πιο διεξοδικά.

Τα διάφορα είδη χρησιμοποιούν μάλλον
διαφορετικούς αλγόριθμους

επειδή έχουν εξελιχτεί έτσι
ώστε να ασχολούνται

με διαφορετικές πηγές.

Θα ήταν χρήσιμο
να γνωρίζουμε σχετικά μ' αυτό,

οπότε πρόσφατα ζητήσαμε
από τα μυρμήγκια

να λύσουν το πρόβλημα
της ομαδικής αναζήτησης

στο ακραίο περιβάλλον

της μικρό-βαρύτητας

στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό.

Όταν πρωτοείδα αυτή την εικόνα,
σκέφτηκα,

«Ωχ, όχι, έδεσαν τη φωλιά κάθετα»,

όμως μετά συνειδητοποίησα
πως αυτό δεν είχε σημασία.

Η ιδέα εδώ είναι πως τα μυρμήγκια

εργάζονται τόσο σκληρά
για να κρατηθούν στον τοίχο

ή στο πάτωμα,
πείτε το όπως θέλετε,

ώστε έχουν λιγότερες πιθανότητες
να αλληλεπιδράσουν,

κι έτσι η σχέση ανάμεσα
στο πόσα είναι

και στο πόσο συχνά συναντιόνται
θα μπορούσε να διαταραχτεί.

Ακόμα αναλύουμε τα δεδομένα.

Δεν έχω ακόμα τα αποτελέσματα.

Όμως θα είχε ενδιαφέρον
να γνωρίζουμε

πώς λύνουν αυτό
το πρόβλημα άλλα είδη,

σε διαφορετικά
περιβάλλοντα στη Γη,

κι έτσι διαμορφώνουμε
ένα πρόγραμμα

για να ενθαρρύνουμε τα παιδιά
σε όλο τον κόσμο

να κάνουν αυτό το πείραμα
με διαφορετικά είδη.

Είναι πολύ απλό.

Μπορεί να γίνει με φτηνά υλικά
και με αυτόν τον τρόπο

μπορούμε να φτιάξουμε
έναν διεθνή χάρτη με τους αλγορίθμους

της ομαδικής αναζήτησης
των μυρμηγκιών.

Νομίζω πως είναι πιθανό,
τα είδη που εισβάλλουν περισσότερο,

αυτά που μπαίνουν στα κτίρια μας,

να είναι καλά γι' αυτό,

επειδή βρίσκονται
στην κουζίνα σας

καθώς είναι πολύ ικανά
στο να βρίσκουν τροφή και νερό.

Η πιο δημοφιλής
πηγή μυρμηγκιών

είναι τα πικ-νικ,

και είναι μια συγκεντρωμένη πηγή.

Όπου υπάρχει
ένα κομμάτι φρούτου,

είναι πιθανό κάπου κοντά
να υπάρχει και κάποιο άλλο,

και τα μυρμήγκια που ειδικεύονται
στις συγκεντρωμένες πηγές τροφής

χρησιμοποιούν τις αλληλεπιδράσεις
για να στρατολογήσουν.

Οπότε, όταν ένα μυρμήγκι
συναντήσει κάποιο άλλο,

ή όταν βρίσκει
κάποια χημική ουσία

που έχει αφήσει κάποιο άλλο,

τότε αλλάζει κατεύθυνση

για να πάει προς εκεί
που έγινε η αλληλεπίδραση,

κι έτσι δημιουργείται
η σειρά των μυρμηγκιών

που μοιράζονται μαζί σας
το πικ-νικ.

Εδώ είναι ένα μέρος που νομίζω
πως θα μπορέσουμε

να μάθουμε από τα μυρμήγκια
κάτι σχετικό με τον καρκίνο.

Κατ'αρχήν, είναι προφανές
πως θα μπορούσαμε

να κάνουμε πολλά
για να προλάβουμε τον καρκίνο

με το να μην επιτρέπουμε
στους ανθρώπους

να χρησιμοποιούν
ή να πουλούν τοξίνες

που ενισχύουν την ανάπτυξη
του καρκίνου στα σώματά μας,

όμως δεν νομίζω πως τα μυρμήγκια
μπορούν να μας βοηθήσουν σ' αυτό

επειδή δεν δηλητηριάζουν ποτέ
τις αποικίες τους.

Όμως μπορούμε να μάθουμε
από τα μυρμήγκια

κάτι σχετικό με τη θεραπεία
του καρκίνου.

Υπάρχουν πολλά είδη καρκίνου.

Ο καθένας δημιουργείται
σε ένα συγκεκριμένο μέρος του σώματος,

και μετά κάποιου είδους
καρκίνος θα εξαπλωθεί

ή θα κάνει μετάσταση
σε συγκεκριμένους ιστούς

όπου εκεί μάλλον θα βρει
τους πόρους που χρειάζεται.

Αν το δείτε από τη σκοπιά

των πρώτων μεταστατικών
καρκινικών κυττάρων

καθώς ψάχνουν
τους πόρους που χρειάζονται,

αν αυτοί οι πόροι
είναι συγκεντρωμένοι,

πιθανώς να χρησιμοποιούν αλληλεπιδράσεις
για να στρατολογήσουν,

κι αν μπορέσουμε να βρούμε
πώς στρατολογούν τα κύτταρα.

τότε ίσως μπορέσουμε
να στήσουμε παγίδες για να τα πιάσουμε

πριν αυτά εδραιωθούν.

Τα μυρμήγκια χρησιμοποιούν
τις αλληλεπιδράσεις με διάφορους τρόπους,

σε μια τεράστια
ποικιλία περιβαλλόντων,

και θα μπορούσαμε
να μάθουμε από αυτό

για τα άλλα συστήματα

που λειτουργούν
χωρίς κεντρικό έλεγχο.

Χρησιμοποιώντας
απλές αλληλεπιδράσεις,

οι αποικίες των μυρμηγκιών
έχουν να επιδείξουν εκπληκτικά κατορθώματα

για περισσότερο
από 130 εκατομμύρια χρόνια.

Έχουμε να μάθουμε
πολλά από αυτά.

Σας ευχαριστώ.

(Χειροκρότημα)