Quello che le formiche ci insegnano sul cervello, sul cancro e su internet

L'ecologista Deborah Gordon studia le formiche ovunque ne trovi: nel deserto, nei paesi tropicali, in cucina. In questo affascinante intervento, spiega la sua ossessione per gli insetti che la maggior parte di noi sarebbe ben felice di schiacciare senza pensarci due volte. Sostiene che la vita delle formiche fornisce un modello utile per approfondire altri argomenti tra cui le malattie, la tecnologia e il cervello umano.

Studio le formiche

nel deserto, nella foresta tropicale

e nella mia cucina,

e nelle colline che circondano
la Silicon Valley, dove abito.

Di recente, mi sono accorta
che le formiche

usano le interazioni diversamente

a seconda degli ambienti,

e questo mi ha fatto pensare che,
grazie a loro, possiamo

approfondire altri sistemi,

come il cervello e le reti di dati
che progettiamo,

e persino il cancro.

Perciò, quello che tutti questi sistemi
hanno in comune

è che non c'è un controllo centrale.

Una colonia di formiche consiste
in formiche operaie femmine e sterili,

sono le formiche che vedete in giro,

e poi ci sono una o più
formiche che si riproducono

e depongono le uova e basta.

Non danno alcun tipo di istruzioni.

Sebbene si chiamino regine,

non dicono a nessuno che cosa fare.

Perciò, nella colonia di formiche,
non c'è un capo,

e tutti i sistemi che funzionano
senza un controllo centrale

sono regolati
da interazioni molto semplici.

Le formiche interagiscono
attraverso l'olfatto.

Sentono gli odori
grazie alle loro antenne,

e interagiscono con le loro antenne,

così quando una formica
ne tocca un'altra con le antenne,

ciò può indicare, per esempio,
se l'altra formica

è del suo stesso nido

e che ruolo ha l'altra formica.

Qui vedete molte formiche che si muovono

e interagiscono in un' istallazione
di laboratorio

collegato a con dei tubi ad altre due.

Quando una formica ne incontra un'altra,

non importa quale,

in realtà non si trasmettono

alcun tipo di segnale
o messaggio complicato.

Tutto ciò che importa alla formica
è la frequenza

con cui incontra altre formiche.

Tutte queste interazioni,
se considerate insieme,

vanno a formare una rete.

Perciò, questa è la rete delle formiche

che avete appena visto muoversi
nel laboratorio,

ed è una rete in continuo cambiamento

che determina il comportamento
della colonia,

come quando tutte le formiche
si nascondono nel nido,

o quante di loro escono in cerca di cibo.

Il cervello funziona esattamente
allo stesso modo,

ma la cosa fantastica delle formiche

è che si può vedere tutta la rete
quando si forma.

Ci sono più di 12 mila specie di formiche,

in ogni ambiente immaginabile,

e usano le interazioni
in modo diverso

per affrontare sfide ambientali diverse.

Un' importante sfida ambientale

che ogni sistema deve affrontare

è costituita dai costi di operatività,

cioè quello che serve
per far funzionare il sistema.

E un'altra sfida ambientale
sono le risorse,

trovarle e raccoglierle.

Nel deserto, i costi di operatività
sono alti

perché l'acqua è scarsa,

e le formiche che si nutrono di semi,
quelle che studio nel deserto,

devono disperdere acqua per avere acqua.

Quindi, una formica in cerca di cibo,

di semi essiccati al sole,

disperde acqua nell'aria.

Ma la colonia ottiene l'acqua

metabolizzando i grassi dei semi

che mangiano.

In quest'ambiente,
le interazioni vengono usate

per attivare la ricerca di cibo.

Una foraggera che sta per uscire
non lo fa a meno che

non abbia interazioni sufficienti
con le foraggere che ritornano alla colonia,

e qui vedete le foraggere che ritornano

e vanno nella galleria del formicaio

e incontrano le foraggere
che stanno uscendo.

Questo è sensato
per la colonia di formiche

perché più cibo c'è nell'ambiente,

più velocemente lo trovano le foraggere,

più velocemente ritornano,

e più formiche mandano fuori dal nido.

Il sistema funziona per restare stabile,

a meno che non succeda
qualcosa di positivo.

Perciò, le interazioni funzionano
per attivare le foraggere.

E ho studiato l'evoluzione
di questo sistema.

Prima di tutto, ci sono varianti.

Risulta che le colonie sono diverse.

Nelle giornate afose,
alcune colonie raccolgono meno cibo,

perciò le colonie si differenziano

per come gestiscono il compromesso

tra la dispersione dell'acqua
per cercare i semi

e riottenere l'acqua sotto forma di semi.

E stiamo cercando di capire perché

alcune colonie vanno in cerca
di cibo meno di altre

paragonando le formiche
ai neuroni,

usando modelli neuroscientifici.

Proprio come un neurone
combina la stimolazione

degli altri neuroni per decidere
se reagire o no,

una formica combina le stimolazioni
delle altre formiche

per decidere se andare in cerca
di cibo o no.

E stiamo cercando di scoprire
se ci possano essere

piccole differenze tra le colonie

sulla quantità di interazioni
necessarie a ogni formica

prima che sia disposta ad andare
in cerca di provviste,

perché una colonia del genere
va meno in cerca di cibo.

E questo solleva una questione analoga
sul cervello.

Abbiamo parlato del cervello,

ma ovviamente ogni cervello
è leggermente diverso dagli altri,

e forse ci sono alcuni individui

o alcune condizioni

in cui le proprietà elettriche dei neuroni

sono tali da richiedere maggiori stimoli
per reagire,

e ciò porterebbe a differenze
nelle funzioni del cervello.

Dunque, per fare domande sull'evoluzione,

dobbiamo conoscere
il successo riproduttivo.

Ecco la mappa del sito di studio

dove ho osservato questa popolazione

di colonie di formiche mietitrici
per 28 anni,

ossia circa la durata vita di una colonia.

Ogni simbolo rappresenta una colonia

e la grandezza del simbolo indica
il numero delle formiche figlie,

perché possiamo usare
la variazione genetica

per combinare le colonie genitrici
con le colonie figlie,

ossia, capire quali colonie

sono state fondate
dalla figlia di una regina

generata da quale colonia.

Ed è stato straordinario per me,
dopo tutti questi anni,

scoprire che, per esempio,
quella colonia 154

che conoscevo bene da molti anni,

era una bisnonna.

Ecco la sua colonia figlia,

ecco la colonia di sua nipote,

e queste sono le colonie
della sua pronipote.

E facendo questo, ho anche scoperto

che le colonie figlie assomigliano
a quelle genitrici

quando decidono di non uscire
in cerca di cibo

perché fa troppo caldo,

e le figlie delle colonie genitrici

vivono talmente lontane le une dalle altre
che le formiche non s'incontrano mai,

così le formiche della colonia figlia

non possono averlo imparato
dalla colonia genitrice.

E pertanto la prossima cosa da fare
è cercare

la variazione genetica che sottolinea
questa somiglianza.

E poi mi sono chiesta:
"Qual è la migliore?"

Durante la mia ricerca,

e in particolare negli ultimi 10 anni,

c'è stata una siccità grave
e persistente

nel sud-ovest degli Stati Uniti,

e risulta che le colonie
che conservano l'acqua,

che restano nel nido quando
fuori fa molto caldo,

e così rinunciano a raccogliere
quanto più cibo possibile,

sono quelle che hanno
maggiori probabilità di riprodursi.

Perciò, per tutto questo tempo,
pensavo che la colonia 154

fosse una perdente, perché
nelle giornate afose,

c'era solo una piccola fila di formiche
che usciva in cerca di provviste,

mentre le altre colonie erano fuori

a cercare cibo, a raccogliere
molte provviste,

ma, in effetti, la colonia 154
è una grande vincitrice.

È matriarca.

È una delle rare bisnonne sul posto.

A quanto ne so,
questa è la prima volta che

sono riuscita a seguire

la continua evoluzione
del comportamento collettivo

nella popolazone naturale di animali

e scoprire che cosa funziona meglio.

Internet usa un algoritmo

per regolare il flusso dei dati.

È molto simile a quello che

le formiche mietitrici usano per regolare

il flusso delle formiche foraggere.

E indovinate come chiamiamo
questa analogia?

Sta arrivando l'anternet.
[ant = formica]

(Applausi)

I dati non lasciano il computer remoto

a meno che non ricevano
un segnale indicante una larghezza

di banda sufficiente su cui viaggiare.

Agli inizi di internet,

i costi operativi erano altissimi

ed era molto importante non perdere
alcun dato,

poi il sistema è stato programmato
per avere interazioni

che attivassero il flusso dei dati.

È interessante sapere
che le formiche usano un algoritmo

che è molto simile a quello
che abbiamo inventato noi poco tempo fa,

ma questo è solamente
uno dei tanti algoritmi delle formiche

di cui siamo al corrente,

e le formiche hanno avuto
130 milioni di anni

per svilupparne molti altri,

e penso che sia molto probabile

che alcune delle altre 12 mila specie

svilupperanno algoritmi interessanti

per le reti di dati

a cui noi non abbiamo ancora pensato.

Perciò, che cosa succede
quando i costi operativi sono bassi?

I costi operativi sono bassi ai tropici,

perché c'è molta umidità,
ed è facile che le formiche

escano dal nido.

Ma le formiche sono così tante

e svariate ai tropici

che c'è molta competizione.

Qualsiasi risorsa stia usando una specie,

è probabile che anche altre specie
la stiano usando

nello stesso momento.

Quindi, in questo ambiente
le interazioni sono usate

in modo opposto.

Il sistema continua a funzionare

a meno che non succeda
qualcosa di negativo,

e una specie che studio crea circuiti

negli alberi delle formiche foraggere

che vanno avanti e indietro
dal nido al cibo,

in continuazione,

a meno che non accada
qualcosa di negativo

come un'interazione

con formiche di un'altra specie.

Ecco un esempio di sicurezza
delle formiche.

Al centro, c'è una formica

che chiude l'entrata del nido con la testa

in risposta alle interazioni
con un'altra specie.

Sono quelle piccole che corrono in giro

con la pancia in su.

Ma non appena la minaccia svanisce,

l'entrata viene riaperta,

e forse ci sono casi

di sicurezza informatica

dove i costi operativi
sono abbastanza bassi

da poter bloccare l'accesso
momentaneamente

in risposta a una minaccia immediata,

e poi riaprirlo,

invece di cercare di costruire

un firewall o una protezione permanenti.

Quindi, un'altra sfida ambientale

che tutti i sistemi devono affrontare

sono le risorse, trovarle e raccoglierle.

E per fare questo, le formiche
risolvono il problema

della ricerca collettiva,

e questo è un problema
di grande interesse

ora nella robotica,

perché abbiamo capito che,

piuttosto che mandare un solo

robot sofisticato e costoso

a esplorare un altro pianeta

o a perlustrare un edificio in fiamme,

può essere più efficace

avere un insieme di robot
più economici

per scambiare solo
le informazioni indispensabili,

ed è quello che fanno le formiche.

Allora, la formica invasiva argentina

crea reti di ricerca estese,

sono brave a gestire
il problema principale

della ricerca collettiva,

ossia il compromesso tra

la ricerca accurata

e l'occupazione di tanto terreno.

Ecco ciò che fanno:

quando ci sono molte formiche
in poco spazio,

ognuna di loro può cercare
in modo molto accurato

perché nelle vicinanze
ci sarà un'altra formica

che cerca in quel posto,

ma quando ci sono poche formiche

in uno spazio più ampio,

devono allungare i percorsi

per sondare più terreno.

Penso che usino le interazioni
per valutare la densità,

perciò quando ce ne sono tante,

s'incontrano più spesso,

e cercano in modo più accurato.

Specie di formiche diverse
devono usare algoritmi diversi

perché si sono evolute per gestire

risorse diverse,

e potrebbe essere utile saperlo,

e così di recente
abbiamo chiesto alle formiche

di risolvere il problema
della ricerca collettiva

nell'ambiente estremo

della microgravità

nella Stazione Spaziale Internazionale.

Quando ho visto questa foto
per la prima volta ho pensato:

"Oh no, hanno coperto l'habitat
in verticale,

ma poi mi sono resa conto che,
ovviamente, non è importante.

L'idea è che le formiche

lavorano così duramente
per stare attaccate

al muro o al pavimento
o come altro preferite chiamarlo

che è meno probabile che interagiscano,

e in questo modo il rapporto tra

quanto sono numerose
e quante volte s'incontrano

risulterebbe sbilanciato.

Stiamo ancora analizzando i dati.

Non ho ancora i risultati.

Ma sarebbe interessante sapere

come le altre specie risolvono
questo problema

in ambienti diversi della Terra,

e perciò stiamo mettendo a punto
un programma

per incoraggiare i bambini
di tutto il mondo

a provare questo esperimento
con specie diverse.

È molto semplice.

Si può fare con materiali
che costano poco.

E in questo modo, potremmo tracciare
una mappa globale

degli algoritmi di ricerca collettiva.

E penso sia piuttosto probabile
che le specie invasive,

quelle che troviamo nelle nostre case,

saranno molto brave a farlo

perché sono nella vostra cucina

perché sono bravissime
a trovare cibo e acqua.

La risorsa per le formiche
che conosciamo meglio

sono i pic-nic,

e si tratta di una risorsa a grappolo.

Quando c'è un pezzo di frutta,

probabilmente ce ne sarà
un altro lì vicino,

e le formiche che si specializzano
sulle risorse a grappolo

usano le interazioni
per il reclutamento.

Quindi quando una formica
ne incontra un'altra,

o quando incontra
una sostanza chimica lasciata

per terra da un'altra,

allora cambia la direzione da seguire

nella direzione dell'interazione,

ed è così che si formano
le file di formiche

che si spartiscono il vostro pic-nic.

Ed è a questo proposito che,
secondo me,

potremmo imparare qualcosa
sul cancro dalle formiche.

Voglio dire, primo : è ovvio
che possiamo fare molto

per prevenire il cancro

impedendo alle persone di diffondere

o vendere le tossine
che favoriscono

lo sviluppo del cancro
nel nostro organismo,

ma non credo che le formiche
possano aiutarci molto in questo

perché le formiche non avvelenano mai
le proprie colonie.

Ma potremmo essere in grado
di imparare qualcosa dalle formiche

su come curare il cancro.

Ci sono molti tipi di cancro diversi.

Ognuno ha origine in una parte
particolare dell'organismo,

e alcuni tipi di cancro si diffondono

o metastatizzano in tessuti particolari

dove prendono le risorse
di cui hanno bisogno.

Se la vedete dal punto di vista

delle cellule cancerose al primo stadio

quando vanno a cercare

le risorse di cui hanno bisogno,

se quelle risorse sono a grappolo,

probabilmente useranno le interazioni
per il reclutamento,

e se possiamo capire come reclutano
le cellule cancerose,

allora forse possiamo mettere
delle trappole

per catturarle prima che si radichino.

Quindi le formiche usano
le interazioni in modo diversi

in una grande varietà di ambienti,

e potremmo imparare tanto

su altri sistemi che funzionano

senza un controllo centrale.

Usando solo semplici interazioni,

le colonie di formiche imbandiscono

ricchi banchetti
da più di 130 milioni di anni

Abbiamo molto da imparare da loro.

Grazie.

(Applausi)