in the desert, in the tropical forest

私はアリを研究しています

and in my kitchen,

砂漠や 熱帯林の中のアリや

and in the hills around Silicon Valley where I live.

我が家のキッチンや

I've recently realized that ants

私の住むシリコンバレー周辺の丘でも アリを調べています

are using interactions differently

最近 私は ある事に気がつきました

in different environments,

アリ同士の「やりとり」は環境の違いで

and that got me thinking that we could learn from this

異なった使われ方になるということです

about other systems,

また この事から 他のシステムについて

like brains and data networks that we engineer,

学ぶ事があるのではと考えました

and even cancer.

例えば 脳の仕組みや 私達が設計するデータネットワークや―

So what all these systems have in common

癌についてでさえもです

is that there's no central control.

これら全てのシステムには

An ant colony consists of sterile female workers --

中央司令塔はないのです

those are the ants you see walking around —

アリのコロニーは 生殖機能が無いメスの働きアリ ―

and then one or more reproductive females

皆さんが歩いている所を 見かけるアリと

who just lay the eggs.

最低1匹の生殖を行うメスで 成り立っています

They don't give any instructions.

このメスはひたすら卵を産むだけで

Even though they're called queens,

誰にも指示を与えません

they don't tell anybody what to do.

「女王アリ」という名にもかかわらず―

So in an ant colony, there's no one in charge,

なんら命令を出すわけではありません

and all systems like this without central control

つまり コロニーに リーダーはおらず

are regulated using very simple interactions.

この類の集中制御機能の無い システムは全て

Ants interact using smell.

とても簡単な「やりとり」によって 制御されています

They smell with their antennae,

アリ同士のやりとりには 匂いが使われます

and they interact with their antennae,

触角でにおいを感じ取り

so when one ant touches another with its antennae,

触角でコミュニケーションを取り合います

it can tell, for example, if the other ant

アリ同士は触角を お互いに触れ合う事で

is a nestmate

相手が同じ巣の仲間なのか

and what task that other ant has been doing.

確認したり

So here you see a lot of ants moving around

相手の行動を知ることができます

and interacting in a lab arena

これは研究用アリーナです 沢山のアリが動き回り

that's connected by tubes to two other arenas.

相互に関わっています

So when one ant meets another,

他の２つのアリーナと チューブで つながっています

it doesn't matter which ant it meets,

アリ同士が接触する際には

and they're actually not transmitting

相手が誰かに関わらず

any kind of complicated signal or message.

複雑な信号や メッセージのやりとりは

All that matters to the ant is the rate

全く行っていません

at which it meets other ants.

アリにとって重要なのは

And all of these interactions, taken together,

他のアリに出会う頻度なんです

produce a network.

そして このような出会いを総合して

So this is the network of the ants

ネットワークを 構成しています

that you just saw moving around in the arena,

これが アリの出会いの 相互作用が創る

and it's this constantly shifting network

アリーナの内部のネットワークです

that produces the behavior of the colony,

この絶えず変化するネットワークは

like whether all the ants are hiding inside the nest,

コロニー全体の行動となって現れます

or how many are going out to forage.

全てのアリが巣内に籠もるとか

A brain actually works in the same way,

何匹が 収穫に出るかなどを 決めているのです

but what's great about ants is

実は 脳も同じように機能していますが

that you can see the whole network as it happens.

アリの良いところは

There are more than 12,000 species of ants,

ネットワーク全体をリアルタイムで 観察出来る事です

in every conceivable environment,

アリはあらゆる環境下に生息し

and they're using interactions differently

12,000種にものぼります

to meet different environmental challenges.

それぞれの異なった 環境の問題に対応する為に―

So one important environmental challenge

「やりとり」を様々な形で利用しています

that every system has to deal with

まず どのシステムもが直面する

is operating costs, just what it takes

環境上の課題は

to run the system.

システムの維持に必要な

And another environmental challenge is resources,

「運転コスト」です

finding them and collecting them.

もう1つの環境上の 課題は「資源」です

In the desert, operating costs are high

「資源」を見つけ出し 集めるという事です

because water is scarce,

砂漠では 水が乏しい為

and the seed-eating ants that I study in the desert

システム運用コストは 高くなります

have to spend water to get water.

私が砂漠で観察した 植物の種を食べるアリは

So an ant outside foraging,

水を得るために 水を消費しなければなりません

searching for seeds in the hot sun,

巣の外で収穫活動をしているアリは

just loses water into the air.

灼熱の太陽に照らされている為に

But the colony gets its water

体内の水分が蒸発してしまうからです

by metabolizing the fats out of the seeds

でも コロニーは種に含まれる

that they eat.

脂肪を代謝することにより

So in this environment, interactions are used

水を得ています

to activate foraging.

このような環境下では アリ間のやりとりが

An outgoing forager doesn't go out unless

収穫行動を促進させます

it gets enough interactions with returning foragers,

収穫に向かうアリは 戻ってくるアリとの

and what you see are the returning foragers

やりとりが十分でなければ 巣から出ません

going into the tunnel, into the nest,

これは 収穫を終えたアリの隊列が

and meeting outgoing foragers on their way out.

巣に戻るためにトンネルを 通過する様子ですが

This makes sense for the ant colony,

収穫に向かうアリたちと 接触し合っています

because the more food there is out there,

これは理にかなっています

the more quickly the foragers find it,

沢山の餌があれば あるほど

the faster they come back,

それを見つける時間が短くなるので

and the more foragers they send out.

出たアリがすぐに戻り

The system works to stay stopped,

より沢山のアリを 送り出す仕組みになっています

unless something positive happens.

これは通常止まっていて

So interactions function to activate foragers.

好条件下でのみ稼動するシステムです

And we've been studying the evolution of this system.

アリ間のやりとりが 収穫活動を促進するのです

First of all, there's variation.

私達は このシステムの 進化についても研究しています

It turns out that colonies are different.

まず コロニーによる

On dry days, some colonies forage less,

微妙な違いに注目しました

so colonies are different in how

乾燥時に収穫活動を 減らすコロニーもあります

they manage this trade-off

つまり コロニーによって

between spending water to search for seeds

トレードオフの管理 つまり

and getting water back in the form of seeds.

どれだけ 水分を消費して種を探し

And we're trying to understand why

見返りに種から水分を得るかの 管理に差があるのです

some colonies forage less than others

私たちは 収穫活動を減らす―

by thinking about ants as neurons,

コロニーが存在する訳を

using models from neuroscience.

アリをニューロン（神経細胞）に見立てて

So just as a neuron adds up its stimulation

神経科学のモデルから 理解しようとしています

from other neurons to decide whether to fire,

神経細胞が 外部からの刺激を加算して

an ant adds up its stimulation from other ants

発火するかを決めるように

to decide whether to forage.

アリも 他のアリとの やりとりの量を加算して

And what we're looking for is whether there might be

収穫を行うか 決めています

small differences among colonies

ですので コロニーによる

in how many interactions each ant needs

微妙な違い―

before it's willing to go out and forage,

それぞれのアリが 収穫に向かうのに必要な―

because a colony like that would forage less.

やりとりの量に差があって

And this raises an analogous question about brains.

それが コロニーの収穫活動の減少に つながるのかを模索しています

We talk about the brain,

これは 脳に対しても 同様な疑問を投げかけます

but of course every brain is slightly different,

よく 脳について話をしますが

and maybe there are some individuals

もちろん それぞれの脳も微妙に違い

or some conditions

それぞれの性質や

in which the electrical properties of neurons are such

それぞれの状況によって

that they require more stimulus to fire,

ニューロンの電気的特性等に 違いが生じ

and that would lead to differences in brain function.

発火に より多量の刺激が 必要になり

So in order to ask evolutionary questions,

その差が脳の機能の 違いに繋がるかもしれません

we need to know about reproductive success.

進化の過程を知る為には

This is a map of the study site

繁殖に成功しているかどうか 知る必要があります

where I have been tracking this population

これは私が28年間

of harvester ant colonies for 28 years,

アリ数の追跡調査を行ってきた地域の

which is about as long as a colony lives.

収穫アリのコロニーの地図です

Each symbol is a colony,

この年数は コロニーの寿命とほぼ同じです

and the size of the symbol is how many offspring it had,

各シンボルは コロニー

because we were able to use genetic variation

大きさは 子孫の数を表しています

to match up parent and offspring colonies,

遺伝子の情報を利用して

that is, to figure out which colonies

親と子孫をマッチさせ

were founded by a daughter queen

どのコロニーが ２世代目女王アリによって―

produced by which parent colony.

設けられたのか 更には

And this was amazing for me, after all these years,

どの親コロニーの 出身なのか解明しました

to find out, for example, that colony 154,

そして長年の調査の末 驚きの事実が判明しました

whom I've known well for many years,

例えば この154番のコロニーは

is a great-grandmother.

私が 長年調査しているのですが

Here's her daughter colony,

第一世代の 親コロニーです

here's her granddaughter colony,

これが 娘のコロニーで

and these are her great-granddaughter colonies.

これが 孫のコロニーです

And by doing this, I was able to learn

そして これらは ひ孫世代のコロニーになります

that offspring colonies resemble parent colonies

この調査によって 解った事は

in their decisions about which days are so hot

子孫と親コロニーは

that they don't forage,

どのくらい暑ければ収穫に出ないかの

and the offspring of parent colonies

判断が似ています

live so far from each other that the ants never meet,

この子孫のコロニーは 親コロニーとは

so the ants of the offspring colony

決して出会うことの無いほど 離れているので

can't be learning this from the parent colony.

子孫コロニーのアリは 親コロニーから

And so our next step is to look

この知識を教わったはずはありません

for the genetic variation underlying this resemblance.

ですから 次のステップは

So then I was able to ask, okay, who's doing better?

この相似を生み出す 遺伝子の違いを探す事です

Over the time of the study,

そこから どのアリが 繁栄しているかを 探ることもできます

and especially in the past 10 years,

これまでの研究の中で

there's been a very severe and deepening drought

特にこの10年間は

in the Southwestern U.S.,

南西部アメリカでは

and it turns out that the colonies that conserve water,

厳しい干ばつに襲われていますが

that stay in when it's really hot outside,

水を節約するために

and thus sacrifice getting as much food as possible,

猛暑の日は 巣の中に留まり

are the ones more likely to have offspring colonies.

最大限の収穫を犠牲にするコロニーが

So all this time, I thought that colony 154

より’多くの子孫を残す事が解りました

was a loser, because on really dry days,

それまで 154番のコロニーは

there'd be just this trickle of foraging,

「負け組」だと考えていました

while the other colonies were out

特に乾燥した日には収穫をほとんどせず

foraging, getting lots of food,

その間 他のコロニーは収穫に出て

but in fact, colony 154 is a huge success.

沢山の餌を手に入れていたからです

She's a matriarch.

しかし 154番コロニーは 沢山の子孫を残しました

She's one of the rare great-grandmothers on the site.

彼女は偉大な女王です

To my knowledge, this is the first time

この場所で稀な ３世代のコロニーを築き上げました

that we've been able to track

私の知る限り 初めてではないでしょうか

the ongoing evolution of collective behavior

自然な動物群の集団行動が

in a natural population of animals

進化する過程を追跡調査して

and find out what's actually working best.

どの行動によって

Now, the Internet uses an algorithm

いちばん繁栄するのかを 明らかにしました

to regulate the flow of data

インターネットは データの流れの制御に

that's very similar to the one

アルゴリズムを使用していますが

that the harvester ants are using to regulate

この仕組みは

the flow of foragers.

収穫アリが 餌集めに送り出す個体数を

And guess what we call this analogy?

制御する仕組みによく似ています

The anternet is coming.

この類似を なんと呼んでいるか ご存知ですか？

(Applause)

「anternet (アンターネット)」です

So data doesn't leave the source computer

（拍手）

unless it gets a signal that there's enough bandwidth

データの伝送路容量が

for it to travel on.

十分に確保されているという 信号を受けるまで

In the early days of the Internet,

発信元コンピュータはデータを 送出しません

when operating costs were really high

インターネット初期は

and it was really important not to lose any data,

運用コストは非常に高く

then the system was set up for interactions

データを紛失しない事が 極めて重要だったので

to activate the flow of data.

システムは信号のやりとりによって

It's interesting that the ants are using an algorithm

データ送信を開始するように 設計されました

that's so similar to the one that we recently invented,

アリが使用するアルゴリズムと

but this is only one of a handful of ant algorithms

近年発明されたシステムの酷似は 興味深いものがあります

that we know about,

しかし それは私達が知っている 一握りのアリのアルゴリズムの

and ants have had 130 million years

ほんの１つに過ぎません

to evolve a lot of good ones,

一方 アリ達は1億3千万年の過程で 素晴らしいものを

and I think it's very likely

数多く進化させてきました

that some of the other 12,000 species

ですから 他の12,000種の

are going to have interesting algorithms

アルゴリズムの中には

for data networks

私達が考え付かなかった

that we haven't even thought of yet.

データネットワークに関しての

So what happens when operating costs are low?

役立つヒントが あるに違いありません

Operating costs are low in the tropics,

では 運用コストが 低い場合はどうでしょう？

because it's very humid, and it's easy for the ants

熱帯地方では 運用コストは下がります

to be outside walking around.

なぜなら 多湿の為に 巣外での作業が

But the ants are so abundant

アリの負担にならないからです

and diverse in the tropics

しかし 熱帯地方では アリの数が多く

that there's a lot of competition.

種類も多く存在しますので

Whatever resource one species is using,

沢山の競争があります

another species is likely to be using that

ある種が使っている資源は

at the same time.

別の種のアリも同時に

So in this environment, interactions are used

狙っているかもしれません

in the opposite way.

ですので この環境では 「やりとり」は

The system keeps going

逆の目的で使われます

unless something negative happens,

これは常に「オン」のシステムで

and one species that I study makes circuits

不都合がある場合のみ ストップします

in the trees of foraging ants

私が観察したアリの１種は

going from the nest to a food source and back,

木の幹や枝に収穫アリが経路を形成し

just round and round,

巣と餌場との往復を

unless something negative happens,

何回も繰り返します

like an interaction

不都合が発生しない限り --

with ants of another species.

例えば 他の種のアリと

So here's an example of ant security.

出くわしたりしない限り やめません

In the middle, there's an ant

アリのセキュリティの１例を お見せしましょう

plugging the nest entrance with its head

中央部で １匹のアリが

in response to interactions with another species.

自らの頭で巣の入口を塞いでいますが

Those are the little ones running around

これは他の種に出くわした結果です

with their abdomens up in the air.

相手は 腹部を上に曲げて

But as soon as the threat is passed,

動き回っているアリです

the entrance is open again,

脅威が去るとすぐに

and maybe there are situations

入口は 開けられます

in computer security

コンピュータのセキュリティでも

where operating costs are low enough

状況によって

that we could just block access temporarily

運用コストが安い場合には

in response to an immediate threat,

直面する脅威に対して 一時的に対応して

and then open it again,

接続をブロックし

instead of trying to build

再度 接続を開始する方が

a permanent firewall or fortress.

恒久的なファイアウォールや

So another environmental challenge

フォートレスを築くよりも 効率的かもしれません

that all systems have to deal with

さて もう一つの環境問題

is resources, finding and collecting them.

全てのシステムにおいて 必要なのが

And to do this, ants solve the problem

「資源」です 「資源」を見つけ 集める事です

of collective search,

アリは この問題の解決に

and this is a problem that's of great interest

集団探索を行っています

right now in robotics,

この行為は 現在ロボット工学で

because we've understood that,

注目されている問題です

rather than sending a single,

なぜなら 例えばですが

sophisticated, expensive robot out

他の星の探査や

to explore another planet

火災のビルの捜索などに

or to search a burning building,

洗練された高価な

that instead, it may be more effective

ロボットを１台使用するより

to get a group of cheaper robots

最小限の情報を交換する