Что мы можем узнать у муравьёв о мозге, раке и Интернете
-
0:01 - 0:03Я изучаю муравьёв
-
0:03 - 0:06в пустыне, в тропическом лесу,
-
0:06 - 0:08в моей кухне
-
0:08 - 0:12и на холмах вокруг
Силиконовой долины, где я живу. -
0:12 - 0:13Недавно я поняла, что муравьи
-
0:13 - 0:16взаимодействуют по-разному
-
0:16 - 0:17в разных условиях,
-
0:17 - 0:19и это натолкнуло меня на мысль,
что с их помощью мы можем изучать -
0:19 - 0:21другие системы,
-
0:21 - 0:26такие как мозг и сети передачи данных,
которые мы создаём, -
0:26 - 0:29и даже рак.
-
0:29 - 0:31Все эти системы объединяет
-
0:31 - 0:34отсутствие центра управления.
-
0:34 - 0:38Колония муравьёв состоит
из стерильных самок-рабочих, -
0:38 - 0:40муравьёв, которых мы видим вокруг,
-
0:40 - 0:42и одной или более способной
к размножению матки, -
0:42 - 0:44которая только откладывает яйца.
-
0:44 - 0:46Они не дают никаких распоряжений.
-
0:46 - 0:48Несмотря на то,
что их называют королевами, -
0:48 - 0:51они не сообщают никому, что делать.
-
0:51 - 0:54Муравьиная колония, где нет управляющих,
-
0:54 - 0:57и подобные ей системы
без центра управления -
0:57 - 1:01регулируются простейшими взаимодействиями.
-
1:01 - 1:03Муравьи взаимодействуют через запахи.
-
1:03 - 1:05Они чувствуют запах антеннами,
-
1:05 - 1:08и они взаимодействуют при помощи антенн.
-
1:08 - 1:11Когда один муравей соприкасается
с антеннами другого, -
1:11 - 1:13он может узнать, например,
принадлежит ли другой муравей -
1:13 - 1:14к тому же муравейнику,
-
1:14 - 1:19и какие работы другой муравей выполняет.
-
1:19 - 1:22Тут вы видите множество муравьёв,
перемещающихся -
1:22 - 1:24и взаимодействующих
на лабораторной площадке, -
1:24 - 1:27которая соединена трубками
с двумя другими площадками. -
1:27 - 1:30Когда один муравей встречает другого, —
-
1:30 - 1:32неважно, какого муравья он встречает, —
-
1:32 - 1:34в действительности они не передают
-
1:34 - 1:37каких-то сложных сигналов или сообщений.
-
1:37 - 1:39Важно для муравья только место,
-
1:39 - 1:42в котором он встречает других муравьёв.
-
1:42 - 1:45И все эти взаимодействия, вместе взятые,
-
1:45 - 1:47образуют сеть.
-
1:47 - 1:50Это и есть муравьиная сеть,
-
1:50 - 1:52которую вы только что видели
перемещающейся по площадке, -
1:52 - 1:56и это постоянно перемещающаяся сеть
-
1:56 - 1:58определяет поведение колонии,
-
1:58 - 2:01как то, прячутся ли все муравьи
внутри муравейника, -
2:01 - 2:04и сколько из них собирается
на поиски пропитания. -
2:04 - 2:05На самом деле, так же работает и наш мозг,
-
2:05 - 2:07но в муравьях прекрасно то,
-
2:07 - 2:12что вы можете наблюдать всю сеть целиком.
-
2:12 - 2:15Существует более 12 000 видов муравьёв
-
2:15 - 2:17в любой возможной среде,
-
2:17 - 2:20и они используют взаимодействие
по-разному, -
2:20 - 2:22чтобы успешно противостоять
условиям среды. -
2:22 - 2:25Одна из сложных задач окружающей среды,
-
2:25 - 2:27с которой сталкивается каждая система, —
-
2:27 - 2:29это затраты на поддержание
жизнедеятельности, те, что нужны -
2:29 - 2:31для поддержания работы системы.
-
2:31 - 2:33И другая проблема, которую ставит
окружающая среда, — это ресурсы, -
2:33 - 2:36их поиск и сбор.
-
2:36 - 2:39В пустыне затраты на поддержание
жизнедеятельности высоки, -
2:39 - 2:40потому что вода в дефиците,
-
2:40 - 2:43и муравьи-семяеды,
которых я изучала в пустыне, -
2:43 - 2:46должны потратить воду, чтобы добыть её.
-
2:46 - 2:48Муравей, находясь снаружи в поисках пищи,
-
2:48 - 2:50ищет семена под палящим солнцем,
-
2:50 - 2:52тем самым теряя воду,
испаряющуюся в воздух. -
2:52 - 2:54Но колония получает воду
-
2:54 - 2:55в процессе преобразования жиров из семян,
-
2:55 - 2:57которые они едят.
-
2:57 - 3:00В данных условиях среды
взаимодействие нужно -
3:00 - 3:02для сбора пищи.
-
3:02 - 3:04Собирающийся на поиски муравей-сборщик
не выйдет до тех пор, -
3:04 - 3:07пока не получит достаточно информации
от вернувшихся сборщиков. -
3:07 - 3:09Тут вы видите возвращающихся сборщиков,
-
3:09 - 3:11проходящих по туннелю в муравейник,
-
3:11 - 3:13которые встречают выходящих сборщиков
на своём пути. -
3:13 - 3:15Это очень важно для колонии,
-
3:15 - 3:17потому что чем больше пищи снаружи,
-
3:17 - 3:19тем быстрее сборщики найдут её,
-
3:19 - 3:20и тем быстрее они вернутся,
-
3:20 - 3:23и тем больше сборщиков они смогут послать.
-
3:23 - 3:26Работа системы неумолимо продолжается
-
3:26 - 3:28до тех пор, пока не произойдут улучшения.
-
3:28 - 3:32Таким образом, взаимодействия
запускают процесс поиска пищи. -
3:32 - 3:34Мы изучали развитие этой системы.
-
3:34 - 3:36Во-первых, есть различия.
-
3:36 - 3:38Оказывается, колонии бывают разными.
-
3:38 - 3:41В засушливые дни некоторые колонии
ищут пищу менее активно, -
3:41 - 3:42поэтому колонии различны в том,
-
3:42 - 3:44как они выбирают оптимальное соотношение
-
3:44 - 3:47между тратой воды на поиск семян
-
3:47 - 3:50и получением воды в виде семян.
-
3:50 - 3:52И мы пытаемся понять, почему
-
3:52 - 3:54некоторые колонии ищут пищу
меньше, чем другие, -
3:54 - 3:56рассматривая муравьёв как нейроны,
-
3:56 - 3:59используя модели нейробиологии.
-
3:59 - 4:01Как только нейрон получает сигналы
-
4:01 - 4:03от других нейронов, он решает,
передавать ли возбуждение; -
4:03 - 4:06муравей получает сигналы
от других муравьёв -
4:06 - 4:08и решает, отправляться ли на поиски пищи.
-
4:08 - 4:10Мы ищем наличие возможности
-
4:10 - 4:12небольших отличий среди колоний
-
4:12 - 4:15в том, сколько взаимодействий
нужно каждому муравью -
4:15 - 4:17для того, чтобы он отправился
на поиски пропитания, -
4:17 - 4:21так как подобная колония
получит меньше пищи. -
4:21 - 4:24И тут появляется
аналогичный вопрос о мозге. -
4:24 - 4:25Мы говорим о мозге,
-
4:25 - 4:28но, конечно, каждый мозг
немного отличается, -
4:28 - 4:30и, возможно, есть такие люди
-
4:30 - 4:31и такие условия,
-
4:31 - 4:34в которых электрические
свойства нейронов таковы, -
4:34 - 4:38что им требуется больше сигналов
для возбуждения, -
4:38 - 4:42и это может привести
к различиям в работе мозга. -
4:42 - 4:44Чтобы задавать вопросы о развитии,
-
4:44 - 4:47нам сначала нужно знать
об успехах в размножении. -
4:47 - 4:49Это карта исследуемого региона,
-
4:49 - 4:52на которой я прослеживала популяцию
-
4:52 - 4:55муравьёв-жнецов в течение 28 лет,
-
4:55 - 4:57это примерно столько,
сколько живёт колония. -
4:57 - 4:59Каждый круг — это колония.
-
4:59 - 5:03Размер круга показывает размер потомства.
-
5:03 - 5:05Мы смогли проследить
генетические изменения -
5:05 - 5:07для сравнения родительских
и дочерних колоний, -
5:07 - 5:11и мы выяснили, какие колонии
-
5:11 - 5:12были созданы дочерьми королев
-
5:12 - 5:15и от каких родительских колоний.
-
5:15 - 5:17И каково было моё изумление
после всех этих лет -
5:17 - 5:20выяснить, например, что колония 154,
-
5:20 - 5:22которую я хорошо знала многие годы,
-
5:22 - 5:24является прабабушкой.
-
5:24 - 5:25Вот её дочерняя колония,
-
5:25 - 5:28а вот её колония-внучка,
-
5:28 - 5:30а вот её колонии-правнучки.
-
5:30 - 5:32В результате я смогла установить,
-
5:32 - 5:36что колонии-потомки похожи
на свои родительские колонии -
5:36 - 5:38в своём решении, какой день
считать засушливым -
5:38 - 5:40и не идти на поиски пищи;
-
5:40 - 5:41потомки родительских колоний
-
5:41 - 5:44живут настолько далеко друг от друга,
что муравьи никогда не встречаются, -
5:44 - 5:46поэтому муравьи колоний-потомков
-
5:46 - 5:49не могут научиться этому
у родительских колоний. -
5:49 - 5:50И наш следующий шаг — это поиск
-
5:50 - 5:55генетических изменений,
отвечающих за это сходство. -
5:55 - 5:59Тогда я могла бы спросить: кому же лучше?
-
5:59 - 6:01Во время моего изучения,
-
6:01 - 6:02особенно последние 10 лет,
-
6:02 - 6:06была жесточайшая и затяжная засуха
-
6:06 - 6:08на юго-западе США,
-
6:08 - 6:11и оказалось, что колонии,
сохранившие воду, -
6:11 - 6:15остававшиеся внутри в очень жаркие дни
-
6:15 - 6:18и, таким образом, жертвовавшие
потенциально добытой пищей, -
6:18 - 6:21вероятней всего, имели колонии-потомки.
-
6:21 - 6:23Всё это время я думала, что колония 154
-
6:23 - 6:26является неудачником, потому что
в очень засушливые дни -
6:26 - 6:28у неё было лишь небольшое количество еды,
-
6:28 - 6:29в то время как другие колонии
были снаружи, -
6:29 - 6:31собирая много пищи.
-
6:31 - 6:34Но в действительности
колония 154 имела огромный успех. -
6:34 - 6:36Она матриарх.
-
6:36 - 6:39Она одна из немногих прабабушек
в этом регионе. -
6:39 - 6:42По моим сведениям, впервые
-
6:42 - 6:43нам удалось отследить
-
6:43 - 6:46происходящее развитие
коллективного поведения -
6:46 - 6:48в естественной популяции животных
-
6:48 - 6:53и узнать, что работает лучше.
-
6:53 - 6:55Сейчас Интернет использует алгоритм
-
6:55 - 6:58для управления потоками данных
-
6:58 - 7:00очень похожий на тот,
-
7:00 - 7:03что муравьи-жнецы
используют для управления -
7:03 - 7:04потоками сборщиков.
-
7:04 - 7:08Догадайтесь, как мы зовём
данную аналогию? -
7:08 - 7:09Антернет наступает.
[от англ. ant — муравей] -
7:09 - 7:11(Аплодисменты)
-
7:11 - 7:14Данные не покидают компьютер-источник,
-
7:14 - 7:17пока он не получит сигнал,
что достаточно пропускной способности -
7:17 - 7:20для перемещения данных.
-
7:20 - 7:21На заре Интернета,
-
7:21 - 7:24когда эксплуатационные расходы
были высоки, -
7:24 - 7:27было очень важно не потерять данные,
-
7:27 - 7:29поэтому система была настроена
на взаимодействия -
7:29 - 7:32для активации передачи данных.
-
7:32 - 7:35Примечательно то, что муравьи
используют алгоритм, -
7:35 - 7:38очень похожий на тот,
что мы недавно создали, -
7:38 - 7:41но это лишь один из многих
алгоритмов муравьёв, -
7:41 - 7:43о котором нам известно.
-
7:43 - 7:46У муравьёв было 130 миллионов лет
-
7:46 - 7:48для создания множества хороших алгоритмов,
-
7:48 - 7:50и я считаю очевидным,
-
7:50 - 7:52что некоторые из остальных 12 000 видов
-
7:52 - 7:55имеют интересные алгоритмы
-
7:55 - 7:56для сетей передачи данных,
-
7:56 - 7:59о которых мы даже и не думали.
-
7:59 - 8:02Что происходит когда затраты
на поддержание жизнедеятельности низки? -
8:02 - 8:03Затраты на поддержание жизнедеятельности
низки в тропиках, -
8:03 - 8:06так как там очень влажно и муравьи легко
-
8:06 - 8:08могут находиться снаружи для поисков.
-
8:08 - 8:10Но муравьи настолько распространены
-
8:10 - 8:12и разнообразны в тропиках,
-
8:12 - 8:14что появляется большая конкуренция.
-
8:14 - 8:16Какой бы ресурс ни использовал один вид,
-
8:16 - 8:20другой вид, вероятно, так же использует его
-
8:20 - 8:22в то же время.
-
8:22 - 8:25В этих условиях взаимодействие применяется
-
8:25 - 8:26наоборот.
-
8:26 - 8:28Система работает,
-
8:28 - 8:29пока не случится что-то негативное.
-
8:29 - 8:32Один вид, который я изучаю,
двигается по контурам -
8:32 - 8:34на деревьях, на которых кормятся муравьи,
-
8:34 - 8:37двигаясь от муравейника
к источнику пищи и обратно, -
8:37 - 8:38круг за кругом,
-
8:38 - 8:40пока не случится что-то негативное,
-
8:40 - 8:41как взаимодействие
-
8:41 - 8:44с муравьями другого вида.
-
8:44 - 8:47Вот пример
муравьиной системы безопасности. -
8:47 - 8:49В центре находится муравей,
-
8:49 - 8:51преграждая вход в гнездо своей головой
-
8:51 - 8:54в результате взаимодействий
с другими видами. -
8:54 - 8:56Те маленькие муравьи ползают вокруг
-
8:56 - 8:59с поднятыми вверх брюшками.
-
8:59 - 9:01Но как только угроза исчезает,
-
9:01 - 9:03вход снова открывается.
-
9:03 - 9:05В компьютерной безопасности
-
9:05 - 9:06возможны ситуации,
-
9:06 - 9:08когда эксплуатационные расходы
достаточно низки, -
9:08 - 9:12чтобы мы просто могли
временно заблокировать доступ -
9:12 - 9:14в ответ на внезапную угрозу
-
9:14 - 9:16и затем вновь открыть его
-
9:16 - 9:17вместо того, чтобы пытаться установить
-
9:17 - 9:21постоянно активный брандмауэр
или иную защиту. -
9:21 - 9:23Другой вызов окружающей среды,
-
9:23 - 9:25с которым сталкивается каждая система, —
-
9:25 - 9:30это ресурсы, их поиск и сбор.
-
9:30 - 9:32Чтобы выполнить это,
муравьи решают проблему -
9:32 - 9:33коллективного поиска,
-
9:33 - 9:35и этой проблемой
сейчас активно интересуется -
9:35 - 9:36робототехника,
-
9:36 - 9:38так как мы поняли, что вместо того,
-
9:38 - 9:40чтобы посылать одного
-
9:40 - 9:43сложного, дорогого робота
-
9:43 - 9:45для изучения другой планеты
-
9:45 - 9:47или поиска в горящем здании,
-
9:47 - 9:50намного эффективней
-
9:50 - 9:54использовать группу более дешёвых роботов,
-
9:54 - 9:57передающих только минимально
необходимую информацию. -
9:57 - 9:59Именно так это делают муравьи.
-
9:59 - 10:01Агрессивный аргентинский муравей
-
10:01 - 10:04создаёт обширную поисковую сеть.
-
10:04 - 10:06Они хорошо справляются
с основной проблемой -
10:06 - 10:07коллективного поиска,
-
10:07 - 10:10которая состоит в компромиссе между
-
10:10 - 10:11тщательным поиском
-
10:11 - 10:13и покрытием большой территории.
-
10:13 - 10:14И вот что они делают:
-
10:14 - 10:16когда муравьёв много
на маленьком пространстве, -
10:16 - 10:19каждый ищет очень тщательно,
-
10:19 - 10:20так как рядом находится другой муравей,
-
10:20 - 10:22ищущий там же;
-
10:22 - 10:23но когда муравьёв немного
-
10:23 - 10:25на большом пространстве,
-
10:25 - 10:28им нужно вытянуть их маршруты,
-
10:28 - 10:29чтобы покрыть большую территорию.
-
10:29 - 10:32Думаю, они используют взаимодействия,
чтобы оценить расстояние, -
10:32 - 10:34поэтому, когда они действительно скучены,
-
10:34 - 10:35они чаще встречаются,
-
10:35 - 10:37и они ищут тщательней.
-
10:37 - 10:41Разные виды муравьёв должны
использовать разные алгоритмы, -
10:41 - 10:43так как они развивались, имея
-
10:43 - 10:45разные ресурсы.
-
10:45 - 10:47Узнать об этом было бы
действительно полезно, -
10:47 - 10:49и недавно мы предложили муравьям
-
10:49 - 10:51решить проблему коллективного поиска
-
10:51 - 10:53в экстремальных условиях
-
10:53 - 10:54невесомости
-
10:54 - 10:56на Международной космической станции.
-
10:56 - 10:58Когда я впервые увидела
эту картину, я подумала: -
10:58 - 11:01«О нет, они установили
их жилище вертикально», — -
11:01 - 11:03но потом я поняла, что,
конечно, это неважно. -
11:03 - 11:06Смысл тут в том, что муравьям
-
11:06 - 11:08трудней зацепиться
-
11:08 - 11:11за стену, или пол, или называйте,
как вам угодно, -
11:11 - 11:14поэтому они взаимодействуют меньше,
-
11:14 - 11:15и отношение между тем,
-
11:15 - 11:17насколько они скучены
и как часто они сталкиваются, -
11:17 - 11:19не прослеживалось бы.
-
11:19 - 11:21Мы пока анализируем данные.
-
11:21 - 11:22У меня пока нет результатов.
-
11:22 - 11:24Но было бы интересно узнать,
-
11:24 - 11:27как другие виды справляются
с этой проблемой -
11:27 - 11:29в различных условиях на Земле.
-
11:29 - 11:30Для этого мы установили программу,
-
11:30 - 11:33позволяющую детям по всему миру,
-
11:33 - 11:35попытаться поставить опыт
с другими видами. -
11:35 - 11:37Это очень просто.
-
11:37 - 11:39Для этого могут использоваться
дешёвые материалы. -
11:39 - 11:42Таким образом мы могли бы
создать глобальную карту -
11:42 - 11:45алгоритмов коллективного поиска муравьёв.
-
11:45 - 11:48Думаю, что, скорей всего,
агрессивные виды, -
11:48 - 11:50те, что пришли в ваши дома,
-
11:50 - 11:52по-настоящему хороши в этом,
-
11:52 - 11:53так как они на вашей кухне
-
11:53 - 11:57и они очень хорошо находят пищу и воду.
-
11:57 - 12:01Самый знакомый ресурс для муравьёв —
-
12:01 - 12:02это пикник,
-
12:02 - 12:04и это сгруппированный ресурс.
-
12:04 - 12:05Рядом с одним фруктом,
-
12:05 - 12:08скорей всего, будет другой фрукт,
-
12:08 - 12:11и муравьи, специализирующиеся
на сгруппированных ресурсах, -
12:11 - 12:13используют взаимодействия
для найма новобранцев. -
12:13 - 12:14Когда один муравей сталкивается с другим
-
12:14 - 12:16или находит химические вещества,
оставленные -
12:16 - 12:18на земле другим муравьём,
-
12:18 - 12:19он меняет движение в направлении
-
12:19 - 12:21взаимодействия —
-
12:21 - 12:23так вы можете получить колонну муравьёв,
-
12:23 - 12:24делящих с вами пикник.
-
12:24 - 12:26В подобном месте, думаю, мы могли бы
-
12:26 - 12:30узнать что-то от муравьёв о раке.
-
12:30 - 12:32Во-первых, очевидно,
мы можем сделать многое -
12:32 - 12:33для предотвращения рака
-
12:33 - 12:36за счёт запрета распространения
-
12:36 - 12:38или продажи токсинов, приводящих
-
12:38 - 12:41к развитию рака в наших телах.
-
12:41 - 12:43Но я не думаю, что муравьи
могут нам здесь сильно помочь, -
12:43 - 12:46так как муравьи никогда не отравляют
свою колонию. -
12:46 - 12:48Но мы можем узнать от них нечто,
-
12:48 - 12:50помогающее лечению рака.
-
12:50 - 12:52Существует много разновидностей рака.
-
12:52 - 12:55Каждый возникает
в определённой части тела, -
12:55 - 12:58и затем некоторые виды рака
распространятся -
12:58 - 13:01или распространят метастазы
в другие ткани, -
13:01 - 13:03где могут получить необходимые ресурсы.
-
13:03 - 13:05Если рассматривать ситуацию со стороны
-
13:05 - 13:07метастатических раковых клеток,
-
13:07 - 13:09когда они находятся в поиске
-
13:09 - 13:11необходимых ресурсов,
-
13:11 - 13:13если эти ресурсы сгруппированы,
-
13:13 - 13:16то, вероятно, они будут использовать
взаимодействие для привлечения других клеток, -
13:16 - 13:19и если мы сможем определить, как
раковые клетки привлекают другие клетки, -
13:19 - 13:22то мы сможем расставить ловушки,
-
13:22 - 13:26чтобы поймать их до того,
как они будут вовлечены. -
13:26 - 13:29Муравьи используют
взаимодействия по-разному -
13:29 - 13:31в огромном разнообразии сред,
-
13:31 - 13:33и мы можем узнать у них
-
13:33 - 13:35о других системах, работающих
-
13:35 - 13:37без центра управления.
-
13:37 - 13:39Используя только простые взаимодействия,
-
13:39 - 13:41муравьиная колония демонстрирует
-
13:41 - 13:45потрясающие успехи
уже более 130 миллионов лет. -
13:45 - 13:47Есть многое,
чему мы можем научиться у них. -
13:47 - 13:50Спасибо.
-
13:50 - 13:52(Аплодисменты)
- Title:
- Что мы можем узнать у муравьёв о мозге, раке и Интернете
- Speaker:
- Дебора Гордон
- Description:
-
Эколог Дебора Гордон изучает муравьёв везде, где только может их найти: в пустыне, в тропиках, в своей кухне... В этой изумительной речи она объясняет свою одержимость насекомыми, которых многие из нас прихлопнули бы с радостью, не раздумывая. Она доказывает, что жизнь муравьёв служит нам моделью для изучения множества проблем, включая болезни, технологии и человеческий мозг.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 14:09
Olga Dmitrochenkova approved Russian subtitles for What ants teach us about the brain, cancer and the Internet | ||
Olga Dmitrochenkova accepted Russian subtitles for What ants teach us about the brain, cancer and the Internet | ||
Olga Dmitrochenkova edited Russian subtitles for What ants teach us about the brain, cancer and the Internet | ||
Olga Dmitrochenkova edited Russian subtitles for What ants teach us about the brain, cancer and the Internet | ||
Olga Dmitrochenkova edited Russian subtitles for What ants teach us about the brain, cancer and the Internet | ||
Olga Dmitrochenkova edited Russian subtitles for What ants teach us about the brain, cancer and the Internet | ||
Olga Dmitrochenkova edited Russian subtitles for What ants teach us about the brain, cancer and the Internet | ||
Tatiana Chapurina accepted Russian subtitles for What ants teach us about the brain, cancer and the Internet |