דבורה גורדון חובבת נמלים

אני חוקרת נמלים, וזאת משום שאני אוהבת לחשוב על איך ארגונים פועלים. ובפרט, כיצד המרכיבים הפשוטים של ארגונים פועלים יחד כדי ליצור את ההתנהגות של הארגון כולו. ובכן, מושבות נמלים הן דוגמא טובה לארגון כזה, וישנן רבות נוספות. הרשת היא אחת. ישנן הרבה מערכות ביולוגיות כאלו - מוחות, תאים, עוברים מתפתחים.

יש בערך כ - 10,000 מינים של נמלים. כולם חיים במושבות שמורכבות ממלכה אחת או כמה, וכל הנמלים שאתם רואים מתהלכות סביב הן פועלות עקרות. ומה שמשותף לכל מושבות הנמלים הוא היעדר שליטה מרכזית. אף אחד לא אומר לאף אחד מה לעשות. המלכה רק מטילה את הביצים. אין שום ניהול. אף נמלה לא מכווינה את ההתנהגות של אף נמלה אחרת. ואני מנסה להבין איך זה עובד. ואני עובדת במשך 20 השנים האחרונות על אוכלוסייה של נמלים אוכלות-זרעים בדרום מזרח אריזונה.

זהו אתר המחקר שלי. זוהי באמת תמונה של נמלים, הארנב פשוט נמצא שם במקרה. הנמלים האלה נקראות נמלים קוצרות כי הן אוכלות זרעים. זהו הקן של מושבה בוגרת, וזוהי הכניסה של הקן. הן מחפשות מזון עד מרחק של בערך 20 מטרים, אוספות את הזרעים, מביאות אותם בחזרה אל הקן ומאחסנות אותם. בכל שנה אני הולכת לשם ומכינה מפה של אתר המחקר שלי. זוהי רק דרך. והיא לא גדולה כל כך. בערך 250 מטר בצד אחד, 400 בצד השני. לכל מושבה יש שם, שהוא מספר. שמצוייר על סלע. ואני הולכת לשם בכל שנה ומחפשת אחר המושבות שהיו בחיים בשנה שעברה, מבינה מי מתה, ושמה את החדשות על המפה, וכך אני יודעת בנות כמה כולן. ובגלל זה, התאפשר לי ללמוד כיצד ההתנהגות שלהן משתנה כשהמושבה מתבגרת וגדלה.

אני רוצה לספר לכם על מעגל החיים של מושבה. נמלים לעולם לא יוצרות עוד נמלים, מושבות יוצרות עוד מושבות. הן עושות זאת על ידי שליחה בכל שנה של הפוריות - אלו עם הכנפיים - לטיסת הזדווגות. אז בכל שנה, באותו יום - וזו תעלומה כיצד בדיוק זה קורה - כל מושבה שולחת החוצה את הבתולות שלה, המלכות הלא מעוברות עם הכנפיים, ואת הזכרים, וכולם עפים למקום משותף. והם מזדווגים. כאן רואים מלכה בתולה עד לא מזמן. הנה הכנפיים שלה. והיא באמצע הזדווגות עם הזכר הזה, ויש זכר נוסף למעלה, ממתין לתורו. פעמים רבות המלכות מזדווגות יותר מפעם אחת. ואחרי זה, כל הזכרים מתים. זהו זה בשבילם.

(צחוק)

והמלכות המעוברות הטריות עפות למקום כלשהו, מפילות את הכנפיים שלהן, חופרות בור, נכנסות לתוכו ומתחילות להטיל ביצים. הן תחיינה 15 או 20 שנים, ותמשכנה להטיל ביצים משתמשות בזרע מאותה הזדווגות ראשונה. אז המלכה נכנסת שם למטה. היא מטילה ביצים, היא מאכילה את הזחלים - הנמלה מתחילה כביצה, אז היא זחל. היא מאכילה את הזחלים ע"י העלאת גרה מעתודות השומן שלה. אז, ברגע שהנמלים - הקבוצה הראשונה של הנמלים - יוצאת, הן זחלים. אז הן גלמים. ואז הן בוקעות כנמלים בוגרות. הן יוצאות החוצה, משיגות את האוכל, חופרות את הקן, והמלכה לעולם לא יוצאת עוד החוצה.

זוהי מושבה בת שנה - במקרה מושבה מספר 536 זוהי הכניסה את הקן, יש שם עפרון לקנה מידה. זוהי המושבה שנוסדה על ידי מלכה בקיץ שעבר. זוהי מושבה בת שלוש שנים. זוהי הכניסה אל הקן, יש שם עפרון לקנה מידה. הן עושות ערימת פסולת - בעיקר מהקליפות של הזרעים שהן אוכלות. זוהי מושבה בת חמש. זוהי הכניסה לקן, עם עפרון לקנה מידה. זה פחות או יותר הגודל המירבי אליו הן מגיעות, בערך מטר מצד לצד. וכאן רואים כיצד גודל המושבה ומספר הנמלים הפועלות משתנים - אלה בערך 10,000 נמלים פועלות - משתנים כפונקציה של גיל המושבה בשנים. זה מתחיל עם אפס נמלים, רק המלכה המייסדת, וזה גדל לגודל של בערך 10 או 12 אלף נמלים כשהמושבה בת חמש. וזה נשאר בגודל הזה עד שהמלכה מתה ואין מי שיעשה נמלים נוספות, כשהיא בת בערך 15 או 20 שנים. כאשר הן מגיעות לגודל היציב הזה, מבחינת מספר הנמלים, הן מתחילות להתרבות. כלומר, לשלוח עוד מלכות מכונפות וזכרים לטיסת ההזדווגות של אותה שנה. ואני יודעת כיצד גודל המושבה משתנה כפונקציה של גיל המושבה, כי חפרתי מושבות בנות גיל ידוע וספרתי את כל הנמלים. זה לא החלק הכי כיפי במחקר הזה, למרות שזה מעניין.

(צחוק)

השאלה שאני באמת חושבת עליה עם הנמלים האלו היא מה שאני קוראת הקצאת משימות. לא רק כיצד המושבה מאורגנת, אלא כיצד היא משנה את מה שהיא עושה? כיצד המושבה מצליחה לווסת את מספר הפועלות שעוסקות בכל משימה כאשר התנאים משתנים? אז דברים קורים למושבת נמלים. כאשר יורד גשם בקיץ, המדבר מוצף. יש נזק רב לקן, ונמלים נוספות דרושות כדי לנקות את הבלגן הזה. כאשר מזון נוסף נעשה זמין - וזה דבר שכולם יודעים על פיקניקים - נמלים נוספות מוקצות לאסוף את האוכל. אז, אם אף אחד לא אומר לאף אחד מה לעשות, כיצד המושבה מצליחה לווסת את מספר הפועלות שמבצעות כל משימה? וזהו התהליך לו אני קוראת הקצאת משימות.

ועבור נמלים קוצרות, אני מחלקת את המשימות של הנמלים שאני רואה מחוץ לקן לארבעת הקטגוריות האלו: היכן שהנמלה מלקטת אוכל, כאשר היא בחוץ על שביל הליקוט, מחפשת אוכל או מביאה אוכל בחזרה. הסיירות - זוהי אמורה להיות זכוכית מגדלת - הן קבוצה מעניינת שיוצאות החוצה מוקדם בבוקר לפני שמלקטות האוכל פעילות. הן בוחרות באופן כלשהו את הכיוון בו תלכנה מלקטות האוכל. ובכך שהן חוזרות בחזרה - עצם זה שהן הצליחו לחזור - הן אומרות למלקטות שזה בטוח לצאת החוצה. פועלות התחזוקה של הקן עובדות בתוך הקן, ורציתי לאמר שהקנים דומים מאוד לבית של ביל לישמן. כלומר, יש חדרים בפנים, הן מצפות את הקירות של החדרים באדמה לחה וזה מתייבש לסוג של משטח דמוי חימר בפנים. זה גם מאוד דומה לכמה מבתי המערות של אנשי ההופי שגרים באותו איזור. פועלות התחזוקה של הקן עושות זאת בתוך הקן, והן יוצאות מחוץ לקן סוחבות פיסות אדמה יבשה בלסת שלהן. אז אתם רואים, פועלת תחזוקת הקן יוצאות החוצה עם מעט חול, מניחות אותו, מסתובבות וחוזרות בחזרה פנימה. לבסוף, פועלות האשפה שמות סוג מסויים של כימיקל טריטוריאלי בזבל. מה שאתם רואים את פועלות האשפה עושות הוא עורמות ערימה של זבל. יום אחד הכל יהיה כאן, למחרת הן תזזנה את זה לשם, ואז הן תזזנה את זה בחזרה. זה מה שפועלות האשפה עושות. וארבעת הקבוצות האלו הן רק הנמלים שמחוץ לקן. זהו בערך 25 אחוז מהמושבה, והן הנמלים הכי מבוגרות.

אז הנמלה מתחילה איפה שהוא בקרבת המלכה. וכאשר אנו חופרים קנים אנו מגלים שהם בעומק דומה לרוחב של המושבה, בערך בעומק מטר לקנים הגדולים והמבוגרים. ואז יש מנהרה ארוכה נוספת וחדר, שם נמצא בדרך כלל את המלכה, אחרי שמונה שעות של להכות בסלע עם מכושים. אני לא חושבת שהחדר התפתח בגללי ובגלל המחפרון שלי וצוות הסטודנטים שלי עם המכושים, אלא כיוון שכאשר יש שיטפון, לעיתים המושבה נאלצת לרדת לעומק, אז יש את כל רשת החדרים הזו. המלכה נמצאת שם איפה שהוא, היא רק מטילה ביצים. אלה הזחלים, והם צורכים את רב האוכל. וכך זה אצל רוב הנמלים - הנמלים שאתם רואים מסתובבות לא אוכלות יותר מדי. הן מביאות את האוכל בחזרה ומאכילות איתו את הזחלים. כשהמלקטות נכנסות עם אוכל, הן רק זורקות אותו בחדר העליון, והנמלים האחרות עולות מלמטה, לוקחות את האוכל, מביאות אותו בחזרה, מקלפות את הזרעים ועורמות אותם לערימה. פועלות התחזוקה של הקן עובדות בכל הקן. ומה שמסקרן ומעניין, הוא שנראה שבכל רגע נתון בערך כמחצית מהנמלים במושבה פשוט לא עושות כלום. אז, למרות מה שכתוב בתנ"ך, אתם יודעים, בנוגע ל "ראה את הנמלה עצל", למעשה, אפשר לחשוב על הנמלים האלו כעל עתודות. כלומר, אם משהו קורה - ואני מעולם לא ראיתי דבר כזה קורה, אבל אני מתבוננת רק 20 שנים - אם משהו קורה, כולן עשויות לצאת החוצה אם הן תהיינה נחוצות. אבל למעשה, לרוב הן פשוט נמצאות שם.

ואני חושבת שזו שאלה מאוד מעניינת - מה יש בדרך שבה המושבה מאורגנת שעשוי לתת תפקיד כלשהו לעתודה של נמלים שלא עושות דבר? הן מהוות סוג של מחיצה בין הנמלים שעובדות עמוק בתוך הקן והנמלים שעובדות בחוץ. אם תסמנו נמלים שעובדות בחוץ, ותחפרו את המושבה, אף פעם לא תראו אותן עמוק למטה. מה שקורה זה שהנמלים עובדות בתוך הקן כשהן צעירות. הן איכשהו מצטרפות לעתודה. ובסופו של דבר הן מגוייסות להצטרף לכוח העבודה החיצוני. ומהרגע בו הן שייכות לנמלים שעובדות בחוץ, הן לעולם לא תחזורנה למטה. עכשיו נמלים - רוב הנמלים, כולל אלו, לא רואות טוב כל כך. יש להן עיניים, הן יכולות להבדיל בין אור וחושך, אבל הן בעיקר עובדות לפי הריח. אז רק כדי להדגיש שמה שאולי חשבתם על נמלים מלכות הוא לא נכון - אתם יודעים, אפילו אם למלכה הייתה את האינטיליגנציה לשלוח מסרים כימיים מבעד לכל רשת החדרים הזו ולאמר לנמלים בחוץ מה לעשות, מסרים כאלה בשום אופן לא יכלו להגיע בזמן ולהסביר את ההסטות בהקצאות של הפועלות שאנחנו רואים בפועל מחוץ לקן. אז זוהי דרך אחת לפיה אנו יודעים שמלכה לא מנהלת את ההתנהגות של המושבה.

כשהתחלתי לעבוד על הקצאת המשימות השאלה הראשונה שלי הייתה, "מהי מערכת היחסים בין הנמלים שמבצעות משימות שונות? האם זה משנה למלקטות מה פועלות תחזוקת הקן עושות? האם זה משנה לפועלות האשפה מה הסיירות עושות?" ועבדתי בהקשר של תפיסה מסויימת של מושבות נמלים לפיה כל נמלה מיועדת בדרך כלשהי למשימה שלה מלידה ומבצעת אותה באופן עצמאי מהשאר, יודעת מהו מקומה בקו הייצור. במקום זה רציתי לשאול, "כיצד קבוצות המשימות השונות קשורות זו לזו?"

אז ערכתי ניסויים בהם שיניתי דבר אחד. למשל, יצרתי יותר עבודה עבור פועלות תחזוקת הקן בכך שהנחתי ערימת קיסמים ליד הכניסה לקן, מוקדם בבוקר, כאשר פועלות תחזוקת הקן פעילות לראשונה. כך זה נראה 20 דקות מאוחר יותר. הנה זה לאחר 40 דקות. פועלות תחזוקת הקן פשוט לוקחות את כל הקיסמים לקצה החיצוני של תלולית הקן ומשאירות אותם שם. מה שרציתי לדעת היה, "אוקיי, הנה מצב בו נמלות תחזוקת קן נוספות גוייסו - האם תהיה לכך השפעה כלשהי על הפועלות שמבצעות משימות אחרות?" אז חזרנו על כל הניסויים האלה עם נמלים מסומנות. הנה כמה פועלות תחזוקת קן כחולות. לאחרונה הפכנו מתוחכמים יותר ויש לנו מערכת של שלושה צבעים. ואנחנו יכולים לסמן אותן באופן פרטני ולדעת מי זו מי. התחלנו עם צבע של מודלים של מטוסים ואז מצאנו את טושי הסימון היפניים הנפלאים האלה, והם עובדים ממש טוב. ואם נסכם את התוצאה, מסתבר שאכן כן, המשימות השונות קשורות זו לזו. אז אם אני משנה את מספר הנמלים שמבצעות משימה אחת, זה משנה את מספר הנמלים שמבצעות משימה אחרת. לדוגמא, אם אני עושה באלאגן שפועלות תחזוקת הקן צריכות לנקות, אני רואה פחות נמלים מלקטות בחוץ. וזה התברר כנכון עבור כל הזוגות האפשריים של המשימות.

התוצאה השנייה, שהפתיעה הרבה אנשים, הייתה שהנמלים למעשה מחליפות משימות. נמלה מסויימת לא מבצעת את אותה משימה שוב ושוב במשך כל חייה. לדוגמא, אם אני שמה אוכל נוסף, כל האחרות - פועלות האשפה מפסיקות את עבודת האשפה ויוצאות לקחת את האוכל, הן הופכות מלקטות. פועלות תחזוקת הקן הופכות למלקטות. הסיירות הופכות למלקטות. אך לא כל מעבר הוא אפשרי. זה מראה איך זה עובד. כמו שאמרתי, אם יש יותר אוכל לאסוף, הסיירות, פועלות האשפה, פועלות תחזוקת הקן, כולן תהפוכנה למלקטות. אם יש צורך ביותר סיור - יצרתי הפרעה, והיה צורך ביותר סיירות - פועלות תחזוקת הקן תתחלפנה לסיור. אך אם יש צורך ביותר עבודה של תחזוקת הקן - למשל, אם אני מניחה כמה קיסמים - אף אחת לא תתחלף בחזרה לתחזוקת קן, הן תצטרכנה לקבל פועלות תחזוקת קן מתוך הקן. אז ליקוט משמש כמעין כיור, והנמלים מחוץ לקן משמשות כמקור. ולבסוף, נראה כאילו כל נמלה מחליטה מרגע לרגע האם להיות פעילה או לא.

אז למשל, כשיש עבודת תחזוקת קן נוספת לעשות, זה לא שהמלקטות מחליפות. אני יודעת שהן לא עושות את זה. המלקטות מחליטות איכשהו לא לצאת החוצה. וכאן הייתה התוצאה הכי מעניינת: הקצאת המשימות. התהליך הזה משתנה עם גיל המושבה, והוא משתנה כך. כשאני עורכת את הניסויים הללו עם מושבות בוגרות יותר - כאלה שהן בנות חמש או יותר - הן הרבה יותר עקביות מפעם לפעם. והרבה יותר הומאוסטטיות. ככל שהדברים נעשים גרועים יותר, ככל שאני מטרידה אותן יותר, כך הן מתנהגות כמו מושבות לא מופרעות. לעומת המושבות הצעירות והקטנות - המושבות בנות השנתיים של 2,000 נמלים - שנתונות לשינוי רב יותר. מה שמדהים כאן הוא שנמלה חיה רק שנה. זו יכולה להיות השנה הזו או השנה ההיא. כלומר הנמלים במושבה הבוגרת שנראית יציבה יותר לא יותר מבוגרות מהנמלים במושבה הצעירה. זה לא בגלל הניסיון של הנמלים הבוגרות והחכמות יותר. אלא, משהו בארגון חייב להשתנות ככל שהמושבה מתבגרת. הדבר שמשתנה באופן ברור הוא הגודל שלה.

מאז שקיבלתי את התוצאה הזו, אני משקיעה זמן רב בלנסות להבין אלו סוגים של חוקי החלטות - מאוד פשוטים, מקומיים, כנראה קשורים לחוש הריח, כימיים. חוקים בהם הנמלה יכולה להשתמש, מאחר ואף נמלה לא יכולה להעריך בעצמה את המצב הגלובלי - יביאו לתוצאה שאני רואה. הדינימיקות הניתנות לחיזוי האלה, של מי מבצע איזו משימה. וזה ישתנה ככל שהמושבה תגדל. גיליתי שהנמלים משתמשות ברשת של מגע של מחושים. כל מי שאי פעם הסתכל על נמלים ראה אותן מחככות מחושים. הן מריחות עם המחושים שלהן. כאשר נמלה אחת נוגעת באחרת, היא מריחה אותה. והיא יכולה להבחין, לדוגמא, אם הנמלה האחרת היא מאותו קן. מכיון שנמלים מכסות את עצמן זו בזו באמצעות טיפוח, בשכבה של שומן שנושא ניחוח ספציפי למושבה. ואנחנו למדים שהנמלה משתמשת בתבנית של מגעי המחושים שלה, בקצב שבו היא פוגשת נמלים שמבצעות משימות אחרות, כדי להחליט מה לעשות. אז המסר הוא, הוא לא בעצם מסר כלשהו שהן מעבירות מנמלה אחת לרעותה, אלא התבנית. התבנית עצמה היא המסר. אספר לכם קצת יותר על כך.

אבל קודם, אתם אולי תוהים, איך נמלה יכולה לדעת, לדוגמא - אני מלקטת. אני מצפה לפגוש במלקטת אחרת בתדירות כזו או אחרת. אבל אם לחלופין אני מתחילה לפגוש מספר גבוה יותר של פועלות תחזוקת קן, פחות סביר שאצא ללקט. אז היא צריכה לדעת את ההבדל בין מלקטת לבין פועלת תחזוקת קן. ולמדנו שבמין הזה - ואני סבורה שגם במינים אחרים - הפחמימנים האלה, השכבה של השומן על פני הנמלים, משתנה כשהנמלה מבצעת משימות שונות. ערכנו ניסויים שמראים שזה קורה כי ככל שהנמלה נשארת בחוץ, כך הפחמימנים הפשוטים האלו על גב הנמלה משתנים, וכך הן מריחות אחרת על ידי ביצוע משימות שונות. והן יכולות להשתמש בניחוח הספציפי למשימה בפחמימנים על העור - הן יכולות להשתמש בו במגע החטוף של המחושים כדי לעקוב אחר הקצב בו הן פוגשות נמלים של משימות מסויימות. רק לאחרונה הדגמנו זאת כיצד על ידי הזלפת תמצית פחמימנים על חרוזי זכוכית קטנים והשמטה שלהם בעדינות לתוך הכניסה לקן בקצב הנכון. מסתבר שהנמלים מגיבות לקצב הנכון של המגע עם חרוז זכוכית עם תמצית פחמימן עליו, כשם שהן מגיבות למגע עם נמלים אמיתיות.

אני רוצה להראות לכם עכשיו קטע מסרט - וזה מתחיל קודם כל בלהראות לכם את הכניסה לקן. הרעיון הוא שהנמלים נכנסות ויוצאות מהכניסה לקן. הן יצאו לבצע משימות שונות, והקצב בו הן נפגשות כשהן נכנסות ויוצאות מהכניסה לקן קובע, או משפיע על ההחלטה של כל נמלה האם לצאת החוצה, ואיזו משימה לבצע. זה צולם על ידי מיקרוסקופ סיב אופטי, וזה למטה בתוך הקן. בהתחלה אתם רואים רק את הנמלים סתם מתעסקות עם מיקרוסקופ הסיב האופטי. אבל הרעיון הוא שהנמלים שם בפנים, וכל אחת חווה זרימה מסויימת של נמלים על פניה - זרם של מגעים עם נמלים אחרות. והתבנית של האינטראקציות האלו קובע האם הנמלה יוצאת בחזרה החוצה, ומה היא עושה כשהיא יוצאת החוצה. אתם יכולים לראות את זה גם בנמלים שממש מחוץ לכניסה לקן כמו אלו. כל נמלה, אם כן, כשהיא חוזרת בחזרה פנימה, נוגעת בנמלים אחרות. והנמלים שממתינות ממש בכניסה לקן כדי להחליט האם לצאת החוצה למסע הבא שלהן, נוגעות בנמלים שנכנסות פנימה.

מה שמעניין במערכת הזו הוא שהיא מבולגנת. היא משתנה. היא רועשת, ובפרט בשתי דרכים. הראשונה היא שהחוויה של הנמלה - של כל נמלה - לא יכולה להיות מאוד צפויה. מכיון שהקצב שבו הנמלים חוזרות תלוי בכל הדברים הקטנים שקורים לנמלה כשהיא יוצאת החוצה ומבצעת את משימתה בחוץ. הדרך השנייה היא שהיכולת של הנמלה להעריך את התבנית חייבת להיות מאוד גסה, כי אף נמלה לא יכולה לעשות ספירה מתוחכמת. אנחנו עושים הרבה הדמיות ומידולים וגם עבודה ניסויית, כדי לנסות ולהבין כיצד שני סוגי הרעש האלה משתלבים ויוצרים ביחד את הפעילות הניתנת לחיזוי של מושבות הנמלים.

שוב, אני לא רוצה לאמר שתבנית מקרית כזו של אינטראקציות יוצרת מפעל שעובד בדיוק וביעילות כמו שעון. למעשה, אם אתה צופה בנמלים, אתה מוצא את עצמך מנסה לעזור להן, כי נראה שאף פעם הן לא עושות שום דבר בדיוק בדרך בה אתה חושב שהן צריכות לעשות אותו. אז זה לא שמתוך המגעים האקראיים האלה צומחת מושלמות. אבל זה עובד די טוב. הנמלים באיזור כבר כמה מאות מיליוני שנים. הן מכסות את כדור הארץ, חוץ מאנטארקטיקה. משהו שהן עושות הוא בבירור מוצלח מספיק כך שתבנית המגעים האקראית הזו, במצטבר, יוצרת משהו שמאפשר לנמלים לעשות המון נמלים נוספות. אחד הדברים שאנו חוקרים הוא כיצד הברירה הטבעית יכולה לפעול לעיצוב השימוש בתבניות אינטראקציה - ברשת הזו של תבניות האינטראקציה - כדי אולי להגביר את יעילות הליקוט של מושבות נמלים.

דבר אחד שאני רוצה שתזכרו בקשר לזה הוא שתבניות האינטראקציה האלה הן דבר שהייתם מצפים שיהיה קשור באופן הדוק לגודל המושבה. הרעיון הפשוט ביותר הוא שכשנמלה במושבה קטנה - ונמלה במושבה גדולה יכולות להשתמש באותו חוק, למשל "אני מצפה לפגוש מלקטת אחרת כל שלוש שניות". אבל במושבה קטנה היא צפויה לפגוש פחות מלקטות, רק משום שיש פחות מלקטות לפגוש. אז סוג כזה של חוק, ככל שהמושבה מתפתחת ונהיית בוגרת וגדולה יותר, יצור התנהגות שונה במושבה בוגרת לעומת מושבה קטנה וצעירה.

תודה.

(מחיאות כפיים)