Beyin, kanser ve internet hakkında karıncalar bize ne öğretebilir

Ekolojist Deborah Gordon bulduğu her yerde karıncaları inceliyor - çölde, tropiklerde, mutfağında... Bu büyüleyici konuşmada, çoğumuzun bir an düşünmeden memnunlukla ezip geçeceğimiz böceklere duyduğu tutkuyu açıklıyor. Karınca yaşamının başka bir çok konuda, hastalık, teknoloji ve insan beyni de dahil olmak üzere, faydalı bir model sağladığını iddia ediyor.

Karıncaları inceliyorum;

çölde, tropik ormanlarda

ve mutfağımda.

Ayrıca, yaşadığım Silikon Vadisi civarındaki tepelerde.

Geçenlerde şunu fark ettim ki karıncalar

farklı çevrelerde

farklı etkileşimlerde bulunuyorlar.

Bunun bize başka sistemler hakkında bir şeyler

öğretebileceğini düşündüm.

Örneğin beyinler ve mühendisliğini
yaptığımız veri ağları,

hatta kanser.

Tüm bu sistemlerdeki ortak nokta

merkezi bir kontrole sahip olmayışları.

Bir karınca kolonisi, çevrede dolaşırken gördüğünüz

kısır dişi işçiler ile

yumurta bırakan bir veya birkaç

doğurgan dişiden oluşur.

Doğurgan dişiler kraliçe olarak adlandırılsalar da,

hiçbir emir vermezler;

kimseye ne yapacağını söylemezler.

Yani bir karınca kolonisinde yönetici yoktur

ve merkezi kontrolün olmadığı böyle tüm sistemler

çok basit etkileşimlerle düzenlenirler.

Karıncalar kokuyu kullanarak birbiriyle etkileşir.

Antenleriyle koklarlar

ve birbiriyle etkileşimde antenlerini kullanırlar,

böylece bir karınca anteniyle diğerine dokunduğunda

örnek olarak, diğer karıncayla

aynı yuvayı paylaşıp paylaşmadığını

veya diğer karıncanın hangi
görevde bulunduğunu anlayabilir.

Burada hareket halinde birçok karınca görüyorsunuz,

tüp geçitlerle diğer iki alana bağlanan

bir laboratuvar alanında etkileşiyorlar.

Bir karınca diğeriyle karşılaştığında,

hangi karıncayla karşılaştığı önemli değil,

aslında birbirlerine karmaşık

bir sinyal veya mesaj göndermiyorlar.

Bir karınca için önemli olan

diğer karıncalarla karşılaşma hızıdır.

Tüm bu etkileşimler birlikte ele alındığında

bir ağ oluşturuyor.

İşte bu alanda hareket halinde gördüğünüz

karıncaların oluşturduğu ağ

ve bu ağ sürekli olarak değişen

aynı zamanda koloninin davranışını düzenleyen bir ağ,

yani tüm karıncaların yuvada
saklanıp saklanmayacağını

veya kaçının dışarı besin aramaya
gideceğini düzenlemek gibi.

Bir beyin de aslında aynı yolla çalışır,

fakat karıncalarda muhteşem olan

tüm ağı gerçekleştiği anda görebilmenizdir.

Yaşama uygun her türlü çevrede

12.000'den fazla çeşit karınca yaşar

ve çeşitli çevresel faktörlerlerle başa çıkmak için

farklı etkileşimlerde bulunurlar.

Her sistemin başa çıkmak zorunda olduğu

çevresel sorunlardan biri

işletme maliyetidir.

Yani sistemi çalıştırmak için
gerekenlerin sağlanması.

Bir başka çevresel sorun kaynaklardır,

kaynakları bulmak ve toplamak.

Çölde işletme maliyeti fazladır;

çünkü su azdır.

Ayrıca çölde incelediğim tohum yiyen karıncalar

su bulmak için su harcamak zorundalardı.

Yani bir karınca besin bulmaya çıktığında,

sıcak güneş altında tohum ararken

kaybettiği suyu havaya verir.

Ama koloni de yediği tohumların

dışındaki yağı özümseyerek su elde eder.

Yani bu çevrede, etkileşimler

besin bulmaya karınca göndermek için kullanılır.

Bir işçi, geri dönen işçilerle yeterli miktarda

etkileşime girmediyse dışarı çıkmaz.

Burada geri dönen işçileri görüyorsunuz.

Tünelden yuvaya giriyorlar

ve yolları üzerindeki diğer işçilerle karşılaşıyorlar.

Bu koloni için mantıklı bir şey

çünkü dışarda ne kadar fazla yiyecek varsa

işçiler onu o kadar hızlı bulup

o kadar çabuk geri döner

ve daha fazla işçi dışarı yollanır.

Olumlu bir şey olmadığı sürece

sistem durmadan çalışacaktır.

Yani etkileşimler, işçileri harekete geçirmeye yarar.

İşte biz bu sistemin evrimi üzerinde çalışmaktayız.

İlk olarak, çeşitli varyasyonlar var.

Görünüşe bakılırsa, koloniler birbirinden farklı.

Yağmursuz günlerde bazı koloniler daha az besin arıyor,

yani koloniler su harcayarak tohum arama

ve tohum bularak su elde etme

arasındaki dengeye

farklı şekillerde karar veriyorlar.

Biz bazı kolonilerin neden

diğer kolonilerden daha az besin aradığını,

sinirbilimden modeller kullanarak,

karıncaları nöronlar olarak
düşünerek anlamaya çalışıyoruz.

Tıpkı bir nöronun diğer nöronlardan gelen

uyarıyla ateşlenmeye karar verip vermemesi gibi,

bir karınca da diğer karıncalardan gelen uyarıyla

besin arama konusunda karar verir.

Bizim aradığımız şey farklı koloniler arasında,

bir karıncanın besin aramaya karar vermeden önce

kaç karıncayla iletişime geçmesi gerektiği

konusunda küçük farklılıklar olup olmadığı.

Çünkü böyle bir koloni daha az besin arardı.

Bu da beyinle ilgili benzer bir soruyu akla getiriyor.

Beyin hakkında konuşuyoruz

fakat elbette her beyin biraz farklıdır.

Bazı insanlarda

veya bazı durumlarda

nöronlar, elektriksel özelliklerinden dolayı

ateşlenmek için daha fazla
uyarıya ihtiyaç duyuyor olabilir.

Bu da beyin fonksiyonu konusunda
çeşitli farklılıklar oluşturur.

Böylece evrimsel sorular sormak amacıyla,

üreme başarısını bilmemiz gerek.

Bu 28 yıldır izlediğim, ki bir koloni ömrü

yaklaşık bu kadardır,

hasatçı karınca popülasyonunun bulunduğu

çalışma alanının bir haritası.

Her bir sembol bir koloni

ve sembolün büyüklüğü kaç yavru verdiğini gösteriyor;

çünkü ebeveyn ve yavruları eşleştirmek için

genetik varyasyonları kullanabiliyoruz.

Yani, hangi koloninin,

hangi ebeveyn koloninin evladı olan

kraliçe tarafından kurulduğunu anlayabiliyoruz.

Bu benim için inanılmazdı. Bunca yıldan sonra,

çok uzun zamandır bildiğim,

örneğin 154. koloninin büyük büyükanne olduğunu

anlamak benim için inanılmazdı.

İşte onun evlat kolonisi,

işte onun torun kolonisi,

bunlar da onun torun çocuğu kolonileri.

Bu sayede, hangi günün
besin aramaya çıkılmayacak

kadar sıcak olduğu konusunda
verdikleri karar bakımından

evlat kolonilerin ebeveyn kolonilere
benzediklerini öğrenebildim.

Ebeveyn kolonilerin evlatları

birbirlerinden o kadar uzakta yaşıyorlardı ki,
karıncalar asla karşılaşmıyordu;

dolayısıyla evlat koloninin karıncaları

bunu ebeveyn koloniden öğrenmiş olamazdı.

Bu yüzden, bir sonraki adımımız

bu benzerliği vurgulayan genetik varyasyona bakmaktı.

Böylece, pekala, kim daha iyi beceriyor, diye sorabildim.

Çalışma süresi boyunca
ve özellikle son 10 yılda,

Amerika'nın güneybatısında çok ciddi
ve derinleşen bir kuraklık oldu.

Sonunda anlaşıldı ki,
suyu saklayan koloniler,

dışarısı çok sıcak olduğunda içeride kalanlar

ve böylece daha fazla yiyecek almayı gözden çıkaranlar,

genellikle evlat koloniye sahip olanlardı.

Yani tüm bu zaman boyunca, 154. koloninin

bir kaybeden olduğunu düşünmüştüm,
çünkü gerçekten kuru günlerde,

sadece bir damla arama oluyordu.

Bu arada diğer koloniler aramaya çıkıyorlar,

bir çok yiyecekle dönüyorlardı;

ama aslında, 154. koloni muazzam bir başarıydı.

Bir aile reisiydi.

Bölgedeki nadir büyük büyükannelerden biriydi.

Bildiğim kadarıyla,

doğal bir hayvan popülasyonunda

süregiden bir kollektif davranışın evrimini

ilk kez takip edebiliyorduk.

Böylece neyin en çok işe yaradığını bulabiliyorduk.

Artık, Internet verinin akışını düzenlemek için

bir algoritma kullanıyor;

bu hasatçı karıncaların

toplayıcıların akışını düzenlemek için

kullandıklarına çok benziyor.

Tahmin edin, bu benzerliğe ne isim veriyoruz?

Anternet geliyor.

(Alkışlar)

Yani veri, eğer seyahat edebilmesi için

yeterli bant genişliği yoksa

kaynak bilgisayarı terketmiyor.

Internetin ilk zamanlarında,

operasyon harcamaları gerçekten yüksekken

ve herhangi bir veriyi kaybetmemek çok önemliyken,

sistem veri akışını etkinleştirecek

etkileşimler için ayarlanmıştı.

Karıncaların yakın zamanda icat ettiğimize

benzer bir algoritmayı kullanıyor olması ilginçtir;

ancak bu bildiğimiz bir avuç karınca algoritmasının

sadece bir tanesi.

Karıncaların gerçekten iyi olan bir çoğunu

geliştirmek için 130 milyon yılı vardı

ve sanıyorum,

diğer 12 bin türün bazısı

şimdiye kadar duymadığımız veri ağları için

ilginç olacak algoritmalara

sahip olacaklar.

Peki işletme masrafları düşük olduğunda ne olur?

Tropiklerde işletme masrafları düşüktür;

çünkü çok nemlidir ve karıncaların dışarıda

dolaşabilmeleri kolaydır.

Ancak tropiklerdeki karıncalar

çok fazla ve çeşitlidir.

O nedenle çok fazla rekabet vardır.

Bir türün kullandığı kaynak ne olursa olsun,

başka bir tür de aynı zamanda

muhtemelen onu kullanıyordur.

Yani bu çevre içinde, etkileşimler

ters biçimde kullanılır.

Sistem, olumsuz bir şey olmadığı sürece

devam eder.

Çalıştığım bir tür, yem arayan karıncaların

ağaçlarında devriye geziyordu.

Yuvadan yemek kaynağına ve tekrar geriye,

sadece döne döne,

olumsuz bir şey olmadığı sürece,

başka türlerin karıncaları ile

bir etkileşim gibi.

İşte karınca güvenliğine dair bir örnek.

Ortada, bir karınca

diğer bir türle etkileşimlere cevap olarak

yuva girişini kafasıyla kapatıyor.

Şunlar, karınları havaya doğru dönmüş

etrafta koşturup duran küçükler.

Ancak tehdit geçer geçmez,

giriş tekrar açılıyor.

Belki bilgisayar güvenliğinde

kalıcı bir güvenlik duvarı

ya da kalesi kurmak yerine

işletme masraflarının yeterince düşük olduğu,

ki ani bir tehdite karşı geçici olarak

erişimi engellediğimiz

ve sonra tekrar açtığımız,

durumlar vardır.

Tüm sistemlerin baş etmek zorunda olduğu

çevresel güçlük kaynaklardır,

onları bulmak ve toplamak.

Bunu yapmak için, karıncalar

kollektif toplama sorununu çözmüşlerdir,

Bu sorun şu anda robotik konusunda

çalışanları ilgilendiriyor.

Çünkü anladık ki,

tek bir, karmaşık, pahalı robotu

başka bir gezegeni keşfetmeye

ya da yanan bir binayı aramaya

yollamak yerine, çok minimal

bilgi değiş tokuşu yapan

daha ucuz bir grup robotu almak

daha etkili olabilir.

Karıncaların yaptığı da budur.

İstilacı Arjantin karıncası

genişleyebilir araştırma ağları kurar.

Kollektif araştırma ana sorunuyla

baş etmede iyidirler;

bu da çok detaylı araştırma

ve her yönüyle ele almanın

arasında yapılmış bir değiş tokuştur.

Şunu yaparlar:

Küçük bir alanda çok karınca varsa,

her biri çok detaylı bir şekilde araştırabilir;

çünkü yakınında, oralarda bir yerde,

başka bir karınca araştırıyordur.

Ancak ne zaman daha büyük bir alanda

daha az karınca varsa,

o zaman daha geniş bir alanı

kapsayabilmek için yollarını genişletirler.

Sanırım yoğunluğu değerlendirmek için
etkileşimleri kullanıyorlar.

Böylece gerçekten kalabalık olduklarında,

daha sık karşılaşıyorlar

ve daha detaylıca araştırıyorlar.

Farklı karınca türleri farklı algoritmalar
kullanıyor olmalılar,

çünkü farklı kaynaklarla baş etme konusunda

evrimleşmişlerdir.

Bunu bilmek de gerçekten işe yarayabilir

ve bu yüzden, geçenlerde

Uluslararası Uzay İstasyonu'nun

zorlu yerçekimsiz ortamındaki

kollektif araştırma sorununu

çözmelerini istedik karıncalardan.

Bu resmi ilk gördüğümde şöyle düşündüm:

"Ah hayır, yuvayı dikey inşa etmişler."

Ancak sonra fark ettim ki, bu elbette önemli değildi.

Yani fikir şu, karıncalar duvara ya da yere

ya da ne derseniz deyin,

tutunmak için o kadar fazla çalışıyorlar ki,

etkileşme ihtimalleri daha az oluyor.

Böylece ne kadar kalabalık oldukları

ve ne sıklıkla karşılaştıkları arasındaki

ilişki karışıyor.

Hala bu veriyi analiz ediyoruz.

Henüz sonuçlar elime ulaşmadı.

Ancak dünya üzerindeki farklı çevrelerde

diğer türlerin bu sorunu nasıl çözdüğünü

bilmek ilginç olurdu.

Böylece tüm dünyadaki çocukları

farklı türlerle bu deneyi tekrarlamaları için

teşvik eden bir program kuruyoruz.

Bu çok basit.

Ucuz malzemelerle yapılabilir.

Ve bu şekilde, karınca kollektif araştırma

algoritmasının küresel haritasını çıkarabiliriz.

Sanıyorum, istilacı türler,

binalarımıza gelenler,

bu konuda gerçekten iyi olacaklar.

Çünkü mutfağınızdalar,

çünkü yiyecek ve su bulma konusunda gerçekten çok iyiler.

Şimdi, karıncalar için en tanıdık kaynak

bir pikniktir.

Bu kümelenmiş bir kaynaktır.

Bir parça meyve olduğunda,

yakınlarda başka bir parça olma olasılığı vardır.

Kümelenmiş kaynaklar konusunda uzman karıncalar

diğerlerini toplama için etkileşimi kullanır.

Böylece bir karınca diğerine rastladığında

ya da başkası tarafından yere bırakılan

bir kimyasal ile karşılaştığında,

etkileşim yönünü takip edebilmek için

yönünü değiştirir

ve pikniğinizi paylaşan karınca izine

bu şekilde ulaşırsınız.

Burası, karıncalardan kanser hakkında bir şeyler

öğrenebileceğimi düşündüğüm yer.

Yani, öncelikle, bedenlerimizde kanserin gelişimini

destekleyen toksinleri etrafa saçan

ya da satan insanlara

izin vermeyerek, kanseri engellemek için

çok şey yapabileceğimiz aşikar.

Ancak karıncaların bu konuda pek yardımcı olabileceğini

sanmıyorum çünkü karıncalar asla kendi kolonilerini zehirlemez.

Ancak kanserin tedavisi ile ilgili karıncalardan

bazı şeyler öğrenebiliriz.

Kanserin bir çok farklı türü var.

Her biri bedenin belirli bir bölgesinde ortaya çıkıyor

ve sonra bazı tür kanserler dağılıyor.

Ya da belirli diğer dokulara sıçrama yaparak

gereksinim duyduğu kaynaklara oralardan ulaşıyor.

Yani eğer erken metastatik kanser hücresi

bakış açısıyla düşünecek olursanız,

ihtiyaç duydukları kaynakları araştırırken,

eğer bu kaynaklar kümelenmiş ise,

diğer karıncaları toplamak için muhtemelen etkileşimleri kullanacaklardır.

Eğer kanser hücrelerinin nasıl diğerlerini topladığını çözebilirsek,

o zaman yerleşmeden onları yakalayacak

tuzakları kurabiliriz.

Yani karıncalar muazzam çeşitli ortamlarda

farklı yollarla etkileşimler kullanıyorlar.

Bundan da, merkezi kontrol olmadan çalışan

diğer sistemlerle ilgili

bir şeyler öğrenebiliriz.

Sadece basit etkileşimleri kullanarak,

130 milyon yıldan fazla bir zamandır,

karınca kolonileri inanılmaz başarılar gösteriyor.

Onlardan öğrenecek çok şeyimiz var.

Teşekkürler.

(Alkışlar)