Qua loài kiến, hiểu thêm về não bộ, ung thư và Internet

Nhà sinh thái học Deborah Gordon nghiên cứu kiến ở bất cứ nơi nào - trong sa mạc, vùng nhiệt đới, trong bếp nhà mình... Trong bài nói chuyện thú vị này, bà chia sẻ những suy ngẫm của mình về loài côn trùng mà nhiều người chúng ta chỉ mới thấy đã muốn diệt ngay không cần suy nghĩ. Bà cho rằng đời sống của loài kiến giúp ta hiểu được những lĩnh vực khác như bệnh tật, công nghệ và cả não bộ con người.

Tôi nghiên cứu kiến

ở sa mạc, rừng nhiệt đới,

cả trong bếp nhà mình,

và quanh thung lũng Silicon
nơi tôi đang sinh sống.

Tôi nhận ra rằng loài kiến

tương tác khác nhau

trong môi trường khác nhau,

khiến tôi nghĩ
qua chúng, ta hiểu thêm

về những hệ thống khác,

như não bộ và
mạng dữ liệu mà ta thiết kế,

thậm chí, cả về ung thư.

Những hệ thống này có một điểm chung

là không có kiểm soát trung ương.

Cộng đồng kiến gồm những
con kiến thợ là kiến cái vô sinh --

bạn sẽ thấy chúng đi vòng vòng --

và có một hay nhiều
con cái sinh sản

chỉ có chức năng đẻ trứng.

Chúng không hề ra lệnh.

Dầu được gọi là kiến chúa,

chúng không ra lệnh
cho các con khác.

Trong cộng đồng kiến,
không có ai lãnh đạo,

những hệ thống kiểu này không có
điều khiển trung ương

mà được điều phối qua
những tương tác giản đơn.

Kiến tương tác bằng mùi.

Chúng đánh hơi bằng ăng-ten,

và tương tác qua đó,

khi một con kiến chạm vào
ăng-ten của con khác,

nó sẽ biết, ví dụ, con kiến kia

cùng tổ với mình không,

nhiệm vụ con kiến đó là gì.

Trên đây bạn thấy
nhiều con đang di chuyển

và tương tác trong
một khay thí nghiệm

có các ống nối tới 2 khay khác.

Khi 2 con kiến gặp nhau,

bất luận chúng là ai,

chúng đều không truyền đi

bất kỳ tín hiệu hay
thông điệp phức tạp nào.

Điều quan trọng với chúng

là số lần gặp nhau.

Tất cả nhưng tương tác này

hợp thành một mạng lưới.

Đây là mạng lưới bầy kiến

bạn thấy chúng di chuyển
quanh cái khay

và chính hệ thống luôn dịch chuyển này

sản sinh hành vi của cộng đồng này,

ví như tất cả đang trốn trong tổ,

hay có bao nhiêu con ra kiếm ăn.

Não bộ cũng hoạt động tương tự,

nhưng cái hay về loài kiến là

ta thấy được toàn mạng lưới
khi nó vận hành.

Có hơn 12.000 loài kiến,

trong mỗi môi trường từng biết,

và chúng tương tác mỗi khác

nhằm phù hợp với những
thách thức trong môi trường.

Một thách thức môi trường quan trọng

hệ thống nào cũng phải đối mặt với

chính là giá vận hành,
cần có gì

để vận hành hệ thống.

Một thách thức khác nữa
là tài nguyên,

tìm kiếm và thu gom tài nguyên.

Trong sa mạc,
giá vận hành rất cao

bởi nước rất khan hiếm.

Những chú kiến ăn hạt
mà tôi nghiên cứu ở sa mạc

phải dùng nước để kiếm ra nước.

Có một con kiến ra ngoài kiếm mồi,

tìm hạt dưới cái nắng như thiêu như đốt,

nó bị mất nước.

Nhưng cả cộng đồng lại có nước

nhờ chuyển hóa chất béo có trong hạt

mà chúng ăn.

Trong môi trường này,
những tương tác được dùng

để vận hành việc kiếm mồi.

Một con kiến đi kiếm ăn
sẽ không ra ngoài nếu

không tương tác đủ với
những con kiến kiếm mồi trở về.

Các bạn thấy lũ kiến
đang tha mồi về

đi qua ống để vào tổ,

lại gặp những con khác đi ra
lên đường kiếm mồi.

Rất hợp lí trong trường hợp này,

vì ngoài kia có càng nhiều thức ăn

thì lũ kiến càng chóng kiếm được mồi,

và càng nhanh quay về,

nên lũ kiến mới đi ra kiếm ăn
lại càng đông lên.

Hệ thống cứ thế vận hành

nếu không có gì xảy ra.

Vậy chức năng tương tác
đã điều phối lũ kiến đi kiếm ăn.

Chúng tôi đã nghiên cứu
sự tiến hóa của hệ thống này.

Trước hết, nó khác nhau.

Hóa ra các cộng đồng là khác nhau.

Vào ngày khô,
có những cộng đồng bớt kiếm ăn,

nên chúng khác biệt về

cách quản lý sự đánh đổi

giữa việc chịu mất nước
nhằm đi kiếm hạt về

và việc có lại nước từ hạt.

Chúng tôi gắng tìm hiểu tại sao

vài cộng đồng ít chịu kiếm ăn hơn,

bằng việc coi lũ kiến
như những nơ-ron,

và dùng mô hình
của khoa học thần kinh.

Cũng như nơ-ron tích lũy kích thích

từ những nơ-ron khác để kích hoạt,

một chú kiến tích lũy kích thích
từ những con kiến khác

để quyết định có đi kiếm ăn không.

Chúng tôi muốn tìm ra liệu có

sự khác biệt nhỏ nào
trong các cộng đồng

về lượng tương tác
mỗi con kiến cần

để sẵn sàng ra ngoài kiếm ăn,

khi cộng đồng ấy ít đi kiếm ăn.

Điều này làm nảy ra
một câu hỏi tương tự về não bộ.

Ta nói đến não nói chung,

nhưng đương nhiên,
mỗi bộ não lại khác nhau,

có lẽ một vài cá nhân

hay hoàn cảnh

trong đó những đặc tính điện của nơ-ron

đòi hỏi cần nhiều kích thích hơn
để được kích hoạt,

khiến có sự khác biệt
trong chức năng não.

Để hỏi câu hỏi về sự tiến hóa,

ta cần biết về
thành công của sinh sản.

Đây là bản đồ của
vùng nghiên cứu

mà tôi đã lần theo

các cộng đồng kiến thợ
suốt 28 năm,

bằng tuổi thọ của một cộng đồng kiến.

Mỗi chấm là một cộng đồng kiến

và kích cỡ chấm biểu diễn
các thế hệ con cháu chúng có,

bởi chúng tôi có thể dùng
biến thể gen

để tìm cộng đồng bố mẹ tương ứng
với cộng đồng con cái,

tức tìm được cộng đồng nào

là con cái của con kiến chúa,

được sinh ra từ cộng đồng cha mẹ nào.

Tôi quá ư xúc động
khi sau bao năm,

đã tìm ra, ví dụ, ở cộng đồng 154,

tôi đã quan sát nó hàng năm,

có một bà kiến đã lên chức bà cố.

Đây là gia đình con gái của bà,

đây là gia đình cháu bà kiến ấy,

và đây là gia đình của cô chắt gái.

Khi thực hiện điều này, tôi nhận ra

những cộng đồng con cái
cũng giống cộng đồng cha mẹ

trong cách chọn lựa
ngày nào nóng quá,

sẽ không ra ngoài kiếm ăn,

và nhà của lũ kiến con cháu

xa nhà cha mẹ tới mức
chúng hiếm khi gặp nhau

nên lũ kiến con cháu này

không thể học theo cha mẹ được.

Vậy bước tiếp theo là xét xem

những biến thể gene
có quy định sự giống nhau này không

Rồi tôi đặt câu hỏi
ai làm giỏi hơn?

Trong thời gian nghiên cứu,

đặc biệt 10 năm qua,

đã có một trận hạn hán nghiêm trọng

ở Tây Nam Hoa Kỳ,

thành ra, các cộng đồng giữ nước,

ở trong tổ khi trời nắng nóng,

cố hy sinh kiếm càng nhiều
thức ăn càng tốt,

là những cộng đồng
đông con cháu hơn.

Suốt thời gian này, tôi nghĩ
cộng đồng số 154

yếu kém hơn rồi,
vì vào những ngày khô hạn,

chỉ một hàng kiến chậm rãi đi kiếm mồi,

trong khi những cộng đồng khác

hăng hái đi ra,
kiếm được vô khối thức ăn,

nhưng thực ra, cộng đồng 154
lại thành công hơn cả.

Đó là một nữ chúa.

Đó là một bà cố kiến hiếm hoi còn sống.

Theo tôi hiểu, đây là lần đầu

chúng ta có thể lần theo

sự tiến hóa đang diễn ra
hành vi thu lượng

trong một cộng đồng động vật

và tìm ra cơ chế vận hành
tốt nhất trong đó.

Giờ đây, Internet dùng các thuật toán

để điều hành dòng chảy dữ liệu,

cũng giống như cách

những con kiến thợ dùng
để điều phối

dòng kiến đi kiếm mồi.

Sự tương đồng này gọi là gì?

Sẽ có anternet (mạng kiến).

(Vỗ tay)

Vậy dữ liệu không rời máy nguồn

nếu không nhận được tín hiệu
là có đủ dải thông (bandwidth)

để truyền đi.

Vào thời kỳ đầu của Internet,

khi phí vận hành còn đắt đỏ

nhất thiết phải đảm bảo
không mất đi dữ liệu nào,

thì hệ thống được thiết lập
để các tương tác

sẽ kích hoạt dòng dữ liệu.

Thật thú vị khi
lũ kiến dùng thuật toán

cũng giống như thuật toán
ta mới nghĩ ra đây,

nhưng ta chỉ biết chun chút
về thuật toán

của loài kiến,

và chúng đã có 130 triệu năm

để tiến hóa thành
những con siêu việt nhất.

Tôi nghĩ, có lẽ

một vài loài trong số
12.000 loài kiến

đều có những thuật toán thú vị

cho mạng dữ liệu

mà chính ta không ngờ tới.

Vậy khi phí vận hành thấp thì sao?

Phí vận hành thấp
ở các vùng nhiệt đới,

bởi ở đó ẩm và dễ dàng

đi ra ngoài.

Nhưng kiến cũng nhiều

và đa dạng ở vùng nhiệt đới

nên có nhiều cạnh tranh.

Loài này dùng nguồn tài nguyên nào,

loài kia cũng muốn dùng nguồn đó

cùng một lúc.

Vậy trong môi trường này,
tương tác lại được dùng

theo cách ngược lại.

Hệ thống vận hành

nếu không có gì tiêu cực xảy ra.

Một loài kiến mà tôi nghiên cứu

đã vây quanh những cái cây
của con kiến tha mồi

đi từ tổ đến nguồn thức ăn
và ngược lại,

cứ vòng quanh như thế,

nếu không có gì tiêu cực xảy ra,

giống như tương tác

với các con kiến thuộc loài kiến khác.

Đây là ví dụ về an ninh của loài kiến.

Ở giữa, có một con kiến

chui đầu mình vào để
đóng cửa tổ lại

khi có tương tác với
một loài kiến khác.

Kia là những con kiến nhỏ
chạy vòng quanh

bụng vểnh lên trời.

Nhưng ngay khi mối đe dọa qua đi,

đường vào tổ lại mở ra,

có lẽ cũng có tình huống

trong an ninh mạng,

chi phí vận hành xuống thấp

đến mức ta có thể tạm thời
chặn truy cập

khi có một mối đe dọa
khẩn cấp nào đó,

rồi sau lại mở cổng,

thay vì cố xây

một pháo đài hay tường lửa vĩnh viễn.

Một thách thức môi trường khác

tất cả các hệ thống phải đối mặt

là tài nguyên,
tìm và thâu lượm chúng.

Loài kiến đã tìm giải pháp cho

vấn đề tìm kiếm tổng hợp,

là vấn đề hiện được quan tâm

trong ngành rô-bốt học,

bởi ta biết rằng

thay vì gửi

một robot đơn lẻ, phức tạp, đắt tiền

đi khám phá một hành tinh khác,

hoặc đi tìm kiếm trong
một tòa nhà hỏa hoạn,

có lẽ sẽ hiệu quả hơn

nếu sai một nhóm robot rẻ tiền hơn

trao đổi chỉ những
thông tin tiểu tiết

đó là cách của loài kiến.

Loài kiến Ác-hen-ti-na

xây mạng lưới tìn kiếm mở rộng.

Chúng rất giỏi xử lí
các vấn đề chính yếu

trong tìm kiếm tổng hợp,

là cán cân giữa

một mặt tìm kiếm kĩ càng

một mặt bao quát được
một diện tích rộng.

Cách chúng làm là

khi có nhiều con
trong không gian hẹp,

mỗi con tìm kiếm kĩ càng

bởi đã có các con khác ngay bên

đang tìm kiếm,

nhưng khi chỉ có ít con

trên diện rộng,

chúng cần giãn ra

để bao được rộng hơn.

Tôi nghĩ chúng dùng tương tác
để đánh giá mật độ,

khi đông đúc,

chúng hay gặp nhau

và tìm kĩ hơn.

Những loài kiên skhacs nhau
dùng những thuật toán khác nhau

bởi chúng đã tiến hóa
để ứng phó với

những tài nguyên khác nhau,

và có lẽ rất hữu ích
khi biết điều này.

Gần đây chúng tôi

bắt lũ kiến giải một bài toán
tìm kiếm tổng hợp

trong môi trường khắc nghiệt

không trọng lực

ở Trung Tâm Không Gian Quốc Tế.

Khi mới xem hình này, tôi nghĩ:

Ôi không, chúng xây nhà
dựng đứng lên rồi

nhưng rồi tồi nhận ra,
đương nhiên, cũng chả sao.

Vấn đề ở đây là lũ kiến

đã nỗ lực hết sức để trụ lại

trên tường hay trên sàn
hay bất cứ nơi nào

chúng ít được tương tác.

Mối quan hệ giữa

mật độ đông đúc
và tần số gặp nhau

đã bị nhiễu.

Vẫn đang phân tích dữ liệu,

tôi chưa biết kết quả.

Sẽ rất thú vị khi biết

các loài khác xử trí ra sao
trước vấn đề này

trong những môi trường
khác nhau trên trái đất,

nên chúng tôi đã lập

chương trình khuyến khích trẻ em
quanh thế giới

thí nghiệm với những loài khác nhau.

Rất đơn giản.

Có thể thực hiện
với nguyên liệu rẻ tiền.

Qua đó, chúng tôi dựng
bản đồ toàn cầu

về thuật toán của loài kiến
trong tìm kiếm tổng hợp.

Tôi nghĩ, có lẽ,
những loài kiến xâm lấn

những loài làm tổ
trong các tòa nhà

khá giỏi chuyện này

bởi chúng ở ngay trong
bếp nhà bạn

bởi chúng rất giỏi
tìm nước và thức ăn.

Nguồn tài nguyên
quen thuộc nhất của lũ kiến

là picnic,

đây là một cụm tài nguyên.

Có một miếng trái cây,

tức gần đấy cũng có thêm miếng nữa,

và các con kiến chuyên lần mò
những cụm tài nguyên

sẽ tương tác để gọi các tân binh.

Khi con kiến này gặp con kia,

hay khi gặp chất dịch

con kiến khác để lại trên đất,

nó sẽ đổi hướng để đi theo

hướng phát ra tương tác,

đó cũng là cách loài kiến tìm đến

ăn picnic cùng bạn.

Tôi cho rằng, ta cũng có thể

qua loài kiến,
hiểu thêm về bệnh ung thư.

Trước tiên, rõ ràng,
có thể làm nhiều điều

để ngăn ngừa ung thư

bằng cách không cho phép
người ta truyền ra

hay bán những chất độc

kích thích tế bào ung thư
phát triển trong cơ thể

nhưng loài kiến
chả giúp được chuyện này

bởi chúng không đầu độc
chính cộng đồng mình.

Nhưng ta cũng học được từ loài kiến

về cách chữa bệnh ung thư.

Có rất nhiều loại ung thư.

Mỗi loại bắt nguồn
từ một bộ phân trong cơ thể,

khi ung thư lan ra

di căn vào các mô

chúng bắt đầu ăn các bộ phận.

Nếu nhìn theo góc nhìn

của tế bào ung thư
di căn giai đoạn đầu,

khi chúng bắt đầu nhìn quanh

tìm những tài nguyên chúng cần,

nếu các tài nguyên ấy là một cụm

chúng sẽ phát tín hiệu
để gọi tân binh

và nếu ta tìm ra được cách
chúng thu hút tân binh

thì chắc sẽ có thể đặt bẫy

để tóm gọm chúng
trước khi chúng hoành hành.

Loài kiến dùng tương tác
trong những cách khác nhau

trong những môi trường khác nhau

và từ đó,
ta có thể rút ra bài học

về các hệ thống vận hành

mà không cần điều khiển trung ương.

Chỉ dùng sự tương tác,

các cộng đồng kiến đã

vận hành tài tình suốt
hơn 130 triệu năm qua.

Chúng ta có thể học hỏi
nhiều điều từ chúng.

Xin cảm ơn.

(Vỗ tay)