O que as formigas nos ensinam sobre o cérebro, o cancro e a Internet

A ecologista Deborah Gordon estuda as formigas onde quer que as encontre — no deserto, nos trópicos, na cozinha... Nesta palestra fascinante, explica a sua obsessão por insetos que muitos de nós afastaríamos alegremente sem pensar duas vezes. Considera que a vida das formigas fornece um modelo útil para aprendermos sobre muitos outros sistemas, incluindo a doença, a tecnologia e o cérebro humano.

Estudo as formigas

no deserto, na floresta tropical

e na minha cozinha;

nas colinas em torno de
Silicon Valley onde vivo.

Há pouco tempo descobri que as formigas

usam interações de modo diferente

em diferentes ambientes.

Isso fez-me pensar que, a partir disso,

podíamos aprender sobre outros sistemas,

como o cérebro e as redes
de dados que concebemos

e até mesmo o cancro.

O que todos estes sistemas têm em comum

é que não há um controlo central.

Uma colónia de formigas é formada
por obreiras estéreis

— são as formigas que vemos a passear —

e uma ou mais fêmeas reprodutoras

que apenas põem os ovos.

Não dão quaisquer instruções.

Apesar de lhes chamarmos rainhas,

não dizem a ninguém o que devem fazer.

Assim, numa colónia de formigas,
não há ninguém responsável.

Todos os sistemas como este,
sem um controlo central,

são regulados através
de interações muito simples.

As formigas interagem usando o olfato.

Cheiram com as antenas

e interagem com as antenas.

Quando uma formiga
toca noutra com as antenas,

pode dizer, por exemplo,
se a outra formiga

é uma companheira do formigueiro,

e que tarefa está a fazer
aquela outra formiga.

Vemos aqui uma série
de formigas a passear

e a interagir na arena do laboratório

que está ligada por tubos
a duas outras arenas.

Quando uma formiga encontra outra,

não interessa qual seja a que encontra,

não está a transmitir

nenhum sinal ou mensagem complicada.

À formiga só interessa o ritmo

a que encontra outras formigas.

Todas estas interações, em conjunto,

formam uma rede.

Esta é a rede das formigas

que acabaram de ver a passear pela arena.

É esta rede que está sempre a mudar

que produz o comportamento da colónia.

Por exemplo, se todas as formigas
estão escondidas no formigueiro,

ou quantas saíram para ir buscar comida.

Um cérebro funciona da mesma maneira,

mas o que é importante nas formigas

é que podemos ver toda a rede
à medida que ela acontece.

Há mais de 12 000 espécies de formigas,

em cada ambiente possível e imaginável.

Usam interações diferentes

para resolverem desafios
ambientais de modo diferente.

Um importante desafio ambiental

com que todos os sistemas têm que lidar

são os custos operacionais,

o que é necessário
para que o sistema funcione.

E outro desafio ambiental são os recursos,

encontrá-los e recolhê-los.

No deserto, os custos
operacionais são altos

porque a água é escassa.

As formigas que comem sementes,
as que estudei no deserto,

têm que gastar água para obter água.

Assim, uma formiga, lá fora,

à procura de sementes
sob o sol escaldante,

perde água no ar.

Mas a colónia obtém água

metabolizando as gorduras

das sementes que comem.

Portanto, neste ambiente,
usam-se as interações

para ativar a procura de alimentos.

Uma formiga só sai à procura de comida

depois de ter interações
com as formigas que voltam.

Vemos aqui as formigas que regressam,

a ir para o túnel, para o formigueiro,

e a encontrar as formigas que saem.

Isto faz sentido na colónia de formigas

porque, quanto mais alimento há lá fora

e mais rapidamente
as formigas o encontram,

mais rapidamente elas voltam

e maior número de formigas podem sair.

O sistema funciona para estar parado,

a não ser que aconteça
alguma coisa positiva.

As interações servem,
pois, para ativar as formigas.

Temos vindo a estudar
a evolução deste sistema.

Primeiro, há variações.

Acontece que as colónias são diferentes.

Nos dias secos, algumas colónias
recolhem menos alimentos.

As colónias são diferentes

na forma como gerem o equilíbrio

entre gastar água para procurar sementes

e arranjar água sob a forma de sementes.

Estamos a tentar perceber

porque é que umas colónias
recolhem mais do que outras,

pensando nas formigas como neurónios,

usando modelos da neurociência.

Tal como um neurónio
aumenta o seu estímulo

de outros neurónios
para decidir se fica excitado,

uma formiga aumenta o seu estímulo
de outras formigas

para decidir se deve procurar comida.

E do que andamos à procura é,

se haverá pequenas diferenças
entre colónias,

quantas interações cada formiga precisa

antes de se dispor
a sair e a procurar comida,

porque uma colónia dessas
sairá menos para procurar comida.

E isso coloca uma questão
análoga sobre o cérebro.

Estamos a falar do cérebro,

mas, claro, todos os cérebros
são um pouco diferentes,

e talvez haja alguns indivíduos

ou certas condições

em que as propriedades
elétricas dos neurónios

são tais que exigem
mais estímulos para se excitarem.

Isso levaria a diferenças
na função cerebral.

Para fazermos perguntas evolucionárias,

precisamos de conhecer
o êxito reprodutivo.

Isto é um mapa do local do estudo

onde eu estive a observar esta população

de formigas e colónias durante 28 anos,

que é o tempo máximo que uma colónia vive.

Cada símbolo é uma colónia.

O tamanho do símbolo significa
a quantidade de descendência que teve,

porque usámos a variação genética

para comparar as colónias
de mães e de filhas,

ou seja, para perceber quais as colónias

que foram fundadas por uma rainha filha

e de que colónia provém essa rainha.

Fiquei admirada,
depois daqueles anos todos,

ao descobrir, por exemplo,
que a colónia 154,

que eu conhecia bem há muitos anos,

é uma bisavó.

Esta é a colónia sua filha

Esta é a colónia sua neta.

Estas são as colónias suas bisnetas.

Ao fazer isto, pude aprender

que as colónias descendentes
são parecidas com as das mães

nas suas decisões
sobre os dias tão quentes

que não saem para apanhar comida.

As descendentes das colónias maternas

vivem tão separadas que
as formigas nunca se encontram.

Portanto, as formigas
da colónia de descendentes

não aprenderam com a colónia maternal.

Assim, o nosso próximo passo é observar

a variação genética
subjacente a esta parecença.

Assim, pude perguntar:
"Quem está a fazer melhor?"

Durante o tempo do estudo,

especialmente nos últimos 10 anos,

houve uma seca muito acentuada e profunda

no sudoeste dos EUA.

Acontece que as colónias
que conservam água,

que não saem quando
está muito calor lá fora,

e sacrificam arranjar
tanta comida quanto possível,

são as que têm
mais colónias de descendentes.

Portanto, pensei que a colónia 154

estava perdida porque,
nos dias muito quentes,

havia uma redução de atividade,

enquanto as outras colónias saíam

e apanhavam montes de comida.

Mas a colónia 154 foi um êxito enorme.

É uma matriarca.

É uma das raras bisavós do local.

Que eu saiba, foi a primeira vez

que fomos capazes de detetar

a evolução em curso
do comportamento coletivo

numa população natural de animais

e de descobrir
o que é que funciona melhor.

A Internet usa um algoritmo

para regular o fluxo de dados

que é muito semelhante

ao que as formigas usam para regular

o fluxo das outras formigas.

E adivinhem como chamamos a esta analogia?

Está a chegar a Anternet.
[Formiganet]

(Aplausos)

Os dados só saem do computador

quando recebem um sinal
de que há banda suficiente

para poderem viajar.

Nos primeiros dias da Internet,

quando os custos operacionais
eram muito altos

e era muito importante
não perder dados nenhuns,

o sistema estava feito para interações

para ativar o fluxo de dados.

É interessante que as formigas
usam um algoritmo

muito semelhante ao que
inventámos recentemente,

mas é apenas um entre meia dúzia
de algoritmos das formigas

que conhecemos.

E as formigas tiveram 130 milhões de anos

para produzir alguns muito bons.

Acho que é muito provável

que algumas das outras 12 000 espécies

possam vir a ter algoritmos interessantes

para redes de dados

em que nunca sequer pensámos.

O que acontece quando
os custos de operação são baixos?

Nos trópicos, esses custos são baixos,

porque há muita humidade

e as formigas podem sair
facilmente e passear.

Mas as formigas são tão abundantes

e diversificadas nos trópicos

que há muita competição.

Sejam quais forem os recursos
que uma espécie esteja a usar,

há outra espécie que também os usa

simultaneamente.

Por isso, neste ambiente, as interações

são usadas de forma contrária.

O sistema vai funcionando

se não acontecer uma coisa negativa.

Uma espécie que estudei faz circuitos

nas árvores das formigas forrageiras

entre o formigueiro e o local da comida,

sempre à roda,

até que aconteça algo negativo,

como uma interação

com formigas de outra espécie.

Isto é um exemplo
da segurança das formigas.

No meio, está uma formiga

a meter a cabeça
na entrada do formigueiro,

em reação às interações com outra espécie.

Aquelas são as pequeninas a correr à volta

com os abdómenes para o ar.

Mas, logo que a ameaça passa,

a entrada é aberta de novo.

Talvez haja situações

na segurança dos computadores

em que os custos operacionais
sejam tão baixos

que possamos bloquear
o acesso temporariamente

em resposta a uma ameaça imediata

e depois abri-lo de novo,

em vez de tentar construir

um "firewall" ou fortaleza permanente.

Outro desafio ambiental

com que todos os sistemas se confrontam

são os recursos, procurá-los e colhê-los.

As formigas resolvem o problema

da procura coletiva.

Isso é um problema de grande interesse

na robótica,

porque sabemos que,

em vez de enviar um único robô,

sofisticado e dispendioso

para explorar outro planeta

ou procurar um edifício a arder,

talvez fosse mais eficaz

arranjar um grupo de robôs mais baratos,

trocando apenas informações mínimas,

que é o que as formigas fazem.

A formiga-argentina invasiva

forma redes de pesquisa expansíveis.

São boas a resolver o grande problema

da procura coletiva,

que é o equilíbrio

entre uma procura muito cuidadosa

e a cobertura duma grande área.

E o que fazem é o seguinte,

quando há muitas formigas
num espaço pequeno,

cada uma pode procurar exaustivamente

porque há outra formiga ali ao pé,

à procura noutro local.

Mas, quando há poucas formigas

num espaço amplo,

precisam de alargar os seus caminhos

para cobrir mais terreno.

Penso que usam interações
para avaliar a densidade.

Quando há uma grande multidão

encontram-se mais vezes

e procuram mais cuidadosamente.

Diferentes espécies de formigas
têm que usar algoritmos diferentes,

porque evoluíram a lidar

com recursos diferentes.

Seria muito útil conhecermos isso.

Há pouco tempo pedimos às formigas

para resolverem o problema
da procura coletiva

no ambiente extremo

da microgravidade

na Estação Espacial Internacional.

Quando vi esta imagem
a primeira vez, pensei:

"Oh, montaram o "habitat" na vertical!"

Mas depois percebi que era indiferente.

A ideia é que as formigas

esforçam-se tanto para se agarrar

à parede ou ao chão
ou ao que quer que lhe chamem,

que têm menos hipóteses de interagir

e, por isso, a relação

entre o número que são
e quantas vezes se encontram

fica prejudicada.

Estamos a analisar os dados.

Ainda não tenho os resultados.

Mas seria interessante saber

como outras espécies
resolvem este problema

em diferentes ambientes na Terra.

Estamos a organizar um programa

para encorajar os miúdos do mundo inteiro

a tentar esta experiência
com espécies diferentes.

É muito simples.

Pode ser feito com materiais baratos.

E dessa forma,
podemos fazer um mapa global

dos algoritmos da pesquisa
coletiva das formigas.

Penso que é provável
que as espécies invasivas,

as que entram nas nossas casas,

serão muito boas nisso,

porque elas vão para a cozinha

porque são especialistas
em encontrar comida e água.

O recurso mais familiar para as formigas

é um piquenique,

que é um recurso concentrado.

Quando há uma peça de fruta,

é provável haver
outra peça de fruta ao pé.

As formigas especializadas
em recursos concentrados

usam interações para recrutar.

Quando uma formiga encontra outra,

ou encontra um químico

que outra deposita no chão,

muda de direção

para seguir na direção
da interação.

É como se forma o carreiro de formigas

que devora o nosso piquenique.

Isto é um ponto em que penso que podemos

aprender alguma coisa
com as formigas, sobre o cancro.

Primeiro, é óbvio que podemos fazer imenso

para evitar o cancro

não permitindo que as pessoas espalhem

ou vendam as toxinas que favorecem

a evolução do cancro no nosso corpo.

Penso que as formigas
não podem ajudar nisso

porque as formigas nunca
envenenam as suas colónias.

Mas podemos aprender algo com as formigas

quanto ao tratamento do cancro.

Há muitos tipos de cancro.

Cada um deles tem origem
numa determinada parte do corpo

e depois alguns tipos
de cancro espalham-se

ou criam metástases
noutros tecidos particulares

onde têm que ir buscar
os recursos de que precisam.

Se pensarmos segundo a perspetiva

das células cancerígenas metastáticas

quando elas andam à procura

dos recursos de que precisam,

se esses recursos estiverem concentrados,

provavelmente usarão
interações para recrutamento.

Se conseguirmos saber como
é que as células cancerígenas recrutam,

talvez possamos montar armadilhas

para as apanhar antes
de elas se instalarem.

As formigas usam interações
de modos diferentes

numa enorme variedade de ambientes.

Podemos aprender com isso

sobre outros sistemas que funcionam

sem controlo central.

Usando apenas simples interações,

as colónias de formigas têm desempenhado

feitos espantosos desde
há mais de 130 milhões de anos.

Temos muito a aprender com elas.

Obrigada.

(Aplausos)