Chó con! Giờ tôi đã khiến bạn tập trung, hãy đến với thuyết phức hợp

Hành vi của động vật không hề phức tạp, mà là phức hợp. Nicolas Perony nghiên cứu cách mà các cá thể động vật riêng rẽ -- cụ thể là chó săn Xcốt-len, dơi, hay chồn meerkat -- tuân theo các quy luật đơn giản mà theo đó tạo nên hành vi tập thể. Và cách thức mà sự phức hợp được tạo thành từ sự đơn giản có thể giúp chúng thích nghi với những tình huống mới, khi chúng phát sinh.

Khoa học,

khoa học đã cho phép chúng ta
biết được rất nhiều điều

về những nơi xa xôi trong vũ trụ,

những điều vừa vô cùng quan trọng

vừa vô cùng xa xôi,

nhưng tuy vậy, cũng rất gần gũi

có liên hệ trực tiếp tới chúng ta rất nhiều

còn rất nhiều điều
mà chúng ta không thực sự hiểu.

Và một trong số chúng là

sự phức hợp xã hội phi thường
của các loài động vật quanh ta,

và hôm nay, tôi muốn kể cho các bạn nghe
một vài câu chuyện

về sự phức hợp của động vật.

Nhưng trước tiên, sự phức hợp là như thế nào ?

Phức hợp là gì?

Thực ra, phức hợp không hề phức tạp.

Những thứ phức tạp
được tạo ra từ nhiều phần nhỏ,

khác biệt nhau, và mỗi phần trong đó

có vai trò riêng biệt trong cả bộ máy.

Ngược lại, một hệ phức hợp

lại được cấu thành từ
rất nhiều, rất nhiều thành phần tương tự,

và chính sự tương tác giữa chúng

tạo ra hành vi nhất quán tổng thể.

Các hệ phức hợp
có rất nhiều phần tương tác

vốn tuân theo các quy luật
riêng rẽ và đơn giản,

và điều này tạo ra những "đặc tính hợp trội".

Hành vi của toàn bộ hệ thống

không thể được dự đoán trước

nếu chỉ dựa trên các quy luật riêng rẽ.

Như Aristotle đã viết,

tổng thể lớn hơn
tổng cơ học từng phần của nó gộp lại.

Nhưng từ câu nói của Aristotle,
hãy đi tới

một ví dụ chắc chắn hơn
về hệ thống phức hợp.

Đây là những chú chó sục Xcốt-len.

Ban đầu, hệ thống mất trật tự.

Sau đó xuất hiện nhân tố gây nhiễu: sữa.

Tất cả các cá thể
bắt đầu đẩy nhau theo một hướng

và đây là những gì sẽ xảy ra.

Chong chóng quay là một "đặc tính hợp trội"

xảy ra do tương tác
giữa những chú chó con

mà quy luật duy nhất
là cố gắng duy trì sự tiếp cận của chúng với tô sữa.

và do đó, đẩy chúng đi
theo một hướng ngẫu nhiên.

Do đó, tất cả đều xoay quanh việc
tìm ra các quy luật đơn giản

mà từ đó nảy sinh phức hợp .

Tôi gọi nó là đơn giản hóa phức hợp,

và đó là những gì
chúng tôi làm tại cơ sở thiết kế hệ thống

ở ETH Zurich.

Chúng tôi thu thập dữ liệu
về các quần thể động vật,

phân tích các mẫu phức hợp,
cố gắng lý giải chúng.

Nó đòi hỏi các nhà vật lý
phải làm việc cùng với các nhà sinh học,

với các nhà toán học
và các nhà khoa học máy tính,

và chính sự tương tác giữa họ
tạo ra

khả năng vượt ra ngoài ranh giới

để giải quyết những vấn đề trên.

Vậy nên, một lần nữa, tổng thể thì lớn hơn

tổng từng phần của chúng.

Theo một cách nào đó, sự cộng tác

là một ví dụ khác của hệ thống phức hợp.

Và có lẽ bạn sẽ tự hỏi

tôi phải theo bên nào đây, sinh học hay vật lý?

Thực ra, có một chút khác biệt,

và để giải thích nó,
tôi cần phải kể cho bạn nghe

một câu chuyện ngắn về bản thân tôi.

Khi còn nhỏ,

tôi thích chế tạo các thứ,
để tạo ra những chiếc máy phức tạp.

Vậy nên tôi đã đến với điện kỹ thuật

và rô bốt,

và đề án tôi muốn thực hiện
khi tốt nghiệp

là chế tạo con rô bốt với tên ER-1...

nó trông như thế này đây...

với chức năng thu thập thông tin
từ môi trường xung quanh

và đi theo các vạch trắng trên mặt đất.

Nó vô cùng, vô cùng phức tạp,

nhưng nó vận hành suôn sẻ
trong phòng thí nghiệm,

và vào ngày thực nghiệm,
các giáo sư đều có mặt để đánh giá đề án.

Do vậy chúng tôi đem ER-1
đến phòng đánh giá.

Cuối cùng thì ánh sáng trong phòng

có đôi chút khác biệt.

Hệ thống thị giác của rô bốt bị rối loạn.

Tại đường rẽ đầu tiên,

nó đi lệch hướng, và đâm thẳng vào tường.

Chúng tôi đã mất nhiều tuần để chế tạo nó,

vậy mà để phá hủy nó

chỉ cần một thay đổi rất nhỏ của ánh sáng

trong phòng.

Đó là khi tôi nhận ra rằng

bạn làm một chiếc máy càng phức tạp,

nó càng dễ bị hư hỏng

do một thứ gì đó hoàn toàn không ngờ tới.

Và tôi đi đến quyết định, thực ra,

tôi không hề muốn tạo ra các thứ phức tạp.

Tôi muốn hiểu được sự phức hợp,

sự phức hợp của thế giới xung quanh chúng ta

và đặc biệt trong thế giới loài vật.

Điều này đưa chúng ta tới ví dụ về loài dơi.

Bechstein là một loài dơi phổ biến
thuộc họ dơi châu Âu.

Chúng là loài động vật có tính xã hội cao.

Phần lớn chúng đậu và ngủ cùng nhau.

Và chúng sống trong các quần thể dơi cái,

điều này có nghĩa vào mỗi mùa xuân,

các con cái tập trung lại
sau giấc ngủ đông,

và sống cùng nhau
trong vòng khoảng 6 tháng

để nuôi con non,

và tất cả chúng
đều mang một con chip rất nhỏ,

điều này có nghĩa là
mỗi lần một trong số chúng

đi vào trong một trong những hộp dơi
được trang bị đặc biệt,

chúng ta sẽ biết nó ở đâu,

và quan trọng hơn nữa,

chúng ta biết nó đậu cùng con nào.

Do vậy, tôi nghiên cứu quần hợp cùng đậu
của loài dơi,

và nó trông như thế này đây.

Trong suốt một ngày, các con dơi đậu

trong một số phân nhóm
tại những hộp khác nhau.

Nó có thể giữ nguyên như thế
trong một ngày,

quần thể được tách làm đôi
giữa hai chiếc hộp,

nhưng một ngày khác,

chúng có thể ở cùng nhau
trong một hộp duy nhất,

hoặc tách ra giữa ba hộp hoặc nhiều hơn,

và trông chúng có vẻ khá thất thường.

Nó được gọi là động lực học phân tách-hợp nhất,

đặc tính của một nhóm động vật

thường xuyên tách và hợp nhất

thành các phân nhóm khác nhau.

Vậy nên những gì chúng tôi làm
là lấy toàn bộ dữ liệu

từ những ngày khác nhau

và tập hợp chúng lại

để rút ra một mô hình quần hợp dài hạn

bằng cách áp dụng các kỹ thuật
với phân tích mạng lưới

để có được bức tranh hoàn chỉnh

về kết cấu xã hội của quần thể này.

Các bạn rõ rồi chứ?
Vậy thì bức tranh trông như thế này.

Trong mạng lưới này, tất cả các vòng tròn

tức các mắt nối
là các cá thể dơi riêng lẻ,

và các đường giữa chúng

là mối gắn kết, quần hợp xã hội giữa từng cá thể.

Hóa ra đây là một bức tranh vô cùng thú vị.

Quần thể dơi được tổ chức

thành 2 cộng đồng khác nhau

mà không thể được đoán trước

dựa trên động lực học phân tách-hợp nhất
hàng ngày.

Chúng tôi gọi chúng
là các đơn vị xã hội bí ẩn.

Thực ra, điều thú vị hơn là:

Hàng năm, vào khoảng tháng 10,

quần thể tách ra

và tất cả các con dơi ngủ đông riêng rẽ,

nhưng năm này qua năm khác,

khi các con dơi tụ tập lại vào mùa xuân,

các quần thể vẫn không thay đổi.

Vậy nên những con dơi này nhớ được
những người bạn của chúng

trong thời gian rất dài.

Với kích cỡ não chỉ bằng một hạt lạc,

chúng duy trì mối liên kết xã hội

lâu dài, riêng biệt.

Chúng ta không hề biết là
chúng có thể làm được điều đó.

Chúng ta biết các loài linh trưởng,

voi và cá heo có thể làm điều đó,

nhưng nếu so với dơi,
chúng có bộ não khổng lồ.

Vậy làm sao mà

loài dơi có thể duy trì kết cấu xã hội

ổn định và phức hợp này

với khả năng nhận thức hạn chế như thế?

Đây là lúc thuyết phức hợp
đem lại câu trả lời.

Để hiểu được hệ thống này,

chúng tôi đã xây dựng một mô hình máy tính
về việc đậu của chim,

dựa trên các quy luật cá thể, đơn giản,

và mô phỏng hàng nghìn, hàng nghìn ngày

trong quần thể dơi ảo.

Đây là mô hình toán học,

nhưng không hề phức tạp.

Nói một cách ngắn gọn,
những gì mô hình muốn truyền tải là

mỗi con dơi biết một vài thành viên khác trong quần thể

như bạn của chúng, và có xu hướng

đậu cùng một hộp với chúng.

Quy luật cá thể, đơn giản.

Đó là tất cả những gì
cần để giải thích

sự phức hợp xã hội của loài dơi.

Nhưng còn hơn thế nữa.

Vào giữa năm 2010 và 2011,

quần thể mất đi
hơn 2/3 số lượng cá thể,

có lẽ là do mùa đông quá lạnh.

Mùa xuân tiếp theo,
nó không hình thành 2 cộng đồng

giống mọi năm,

điều có thể khiến cả quần thể bị chết

do số lượng trở nên quá ít.

Thay vào đó, chúng hình thành
một đơn vị xã hội gắt kết duy nhất

điều đã giúp quần thể sống sót qua mùa đó

và tiếp tục sinh trưởng trong 2 năm tiếp theo.

Điều chúng ta biết là

những con dơi không biết được
quần thể của chúng đang làm việc này.

Tất cả những gì chúng làm
là tuân theo một quy luật quần hợp đơn giản

và chính từ sự đơn giản này

hình thành nên phức hợp xã hội

điều giúp cho quần thể nhanh chóng thích nghi

trước sự thay đổi đột ngột
trong kết cấu số lượng.

Và tôi thấy điều này thật tuyệt vời.

Bây giờ, tôi muốn kể cho bạn
một câu chuyện khác,

nhưng lần này
chúng tôi phải đi từ châu Âu

đến sa mạc Kalahari ở Nam Phi.

Đây là nơi loài chồn đất châu Phi
meerkat sinh sống.

Tôi chắc là bạn biết về chúng.

Chúng là những sinh vật tuyệt diệu.

Chúng sống theo đàn
với phân cấp xã hội rất khắt khe.

Đây là cặp đầu đàn,

và rất nhiều con phụ thuộc khác,

một vài con đóng vai trò lính gác,

một vài con là bảo mẫu,

một vài con dạy dỗ các con non, vân vân.

Những gì chúng tôi làm
là đeo vòng cổ cho chúng

trên đó có gắn thiết bị định vị rất nhỏ

để nghiên cứu
cách mà chúng di chuyển cùng nhau,

và điều đó có liên hệ gì
tới tổ chức xã hội của loài này.

Và đây là một ví dụ rất thú vị

về chuyển động tập thể ở chồn meerkat.

Trong khoảng đất nơi chúng sống

có một con đường.

Trên đường có xe qua lại nên rất nguy hiểm.

Nhưng những con chồn meerkat
phải băng qua chúng

để đi từ chỗ kiếm ăn này sang chỗ khác.

Vậy chúng tôi đặt ra câu hỏi, chính xác là
chúng đã làm việc đó như thế nào?

Chúng tôi nhận thấy
con cái đầu đàn

chủ yếu là con dẫn đàn tới con đường,

nhưng khi phải thực sự băng qua đường,

nó để các con khác đi lên trước,

như thực sự muốn nói,

"Đi trước đi, và báo cho ta nếu nó an toàn."

Thực ra, điều tôi không biết là

những con chồn meerkat
đã tuân theo quy luật ứng xử nào

để khiến cho sự hoán đổi này
xảy ra tại vệ đường

và liệu rằng các quy luật đơn giản
có đủ để lý giải nó.

Vậy nên, tôi xây dựng một mô hình,
mô hình mô phỏng những con chồn meerkat

đang băng qua một con đường mô phỏng.

Nó là một mô hình đơn giản hóa.

Những con chồn di chuyển
như là những phần tử ngẫu nhiên

mà quy luật độc nhất là sự liên kết.

Chúng đơn giản di chuyển cùng nhau.

Khi những phần tử này tới con đường,

chúng cảm nhận nó như một chướng ngại vật,

và chúng nhảy lên con đường.

Khác biệt duy nhất

giữa con cái đầu đàn, ở đây có màu đỏ,

và những con khác,

là đối với nó,
độ cao của chướng ngại vật,

thực chất là độ nguy hiểm cảm nhận từ con đường,

có chút cao hơn,

và chính sự khác biệt nhỏ này

trong quy luật di chuyển của cá thể

là đủ để giải thích điều mà chúng ta quan sát được,

rằng con cái đầu đàn

dẫn đoàn của nó tới con đường

và sau đó nhường đường cho con khác

để chúng băng qua trước.

Nhà thống kê người Anh, George Box,

đã từng viết, "Tất cả các mô hình đều sai,

nhưng một vài trong số chúng là hữu dụng."

Và thực chất, mô hình này hiển nhiên là sai,

vì trên thực tế, meerkat không phải là
các phần tử ngẫu nhiên.

Nhưng nó cũng hữu dụng,

vì nó cho ta biết sự vô cùng đơn giản

trong quy luật di chuyển ở cấp độ cá thể

có thể dẫn đến một sự phức hợp rất lớn

trên cấp độ của cả đàn.

Vậy một lần nữa,
đó là đơn giản hóa sự phức hợp.

Tôi muốn đi tới kết luận

về ý nghĩa của điều này cho mọi loài.

Khi con cái đầu đàn

nhường đường cho con khác,

đó không phải là lịch sự.

Thực chất, con cái đầu đàn

là vô cùng quan trọng
cho sự gắn kết của cả đàn.

Nếu nó chết trên đường,
cả đàn sẽ gặp nguy hiểm.

Vậy hành vi tránh rủi ro này

là đặc trưng tiến hóa từ xa xưa.

Những con chồn meerkat
đang lặp lại thủ thuật tiến hóa

đã được truyền lại
từ hàng nghìn thế hệ trước đó,

và chúng tương thích nó
với mội mối nguy hiểm của ngày nay,

trong trường hợp này
là con đường của con người.

Chúng thích ứng những quy luật vô cùng đơn giản,

và tạo nên hành vi phức hợp

cho phép chống lại sự xâm lấn của loài người

đến nơi sinh sống tự nhiên của loài

Cuối cùng,

đó có thể là loài dơi
thay đổi kết cấu xã hội

trước sự sụt giảm số lượng,

hoặc loài chồn meerkat

cho thấy sự thích ứng lạ thường
đối với con đường do con người tạo nên,

hoặc có thể ở các loài khác.

Thông điệp của tôi ở đây là,
nó không hề phức tạp,

mà chỉ là một niềm băn khoăn
và hi vọng đơn thuần

thông điệp của tôi ở đây là
các loài động vật

cho thấy sự phức hợp xã hội phi thường,

và điều này cho phép chúng thích nghi

và phản hồi lại
các thay đổi trong môi trường của mình

Tóm lại trong 3 từ, ở thế giới loài vật,

đơn giản dẫn tới phức hợp

điều này dẫn tới sự phục hồi nhanh chóng.

Xin cảm ơn.

(Vỗ tay)

Dania Gerhardt: Cảm ơn rất nhiều, Nicolas,

phần khởi đầu rất tuyệt.
Hơi căng thẳng đúng không?

Nicolas Perony: Tôi ổn mà, cảm ơn nhé!

DG: Được rồi, tốt lắm.
Tôi chắc rằng rất nhiều khán giả

bằng cách nào đó đã cố gắng kết nối

giữa những loài động vật
mà anh đã nói đến

như dơi, chồn meerkat và loài người.

Anh đã đưa ra vài ví dụ:

Các con cái là các con mang vai trò xã hội,

các con cái là các con đầu đàn,

Tôi không chắc mọi người nghĩ như thế nào.

Nhưng liên kết như vậy có ổn không?

Có hay không những khuôn mẫu như thế
về vấn đề này

mà có giá trị trên tất cả các loài?

NP: Vâng, tôi có thể nói rằng

cũng có những ví dụ
chống lại những khuôn mẫu này.

Ví dụ như, trên thực tế,
ở loài cá ngựa hay loài koala,

những con đực là kẻ chăm sóc các con non,
luôn luôn là như thế.

Và bài học ở đây là thường rất khó

và đôi khi thậm chí hơi nguy hiểm

khi đưa ra những sự tương quan
giữa con người và loài vật.

Như vậy đấy.

DG: Vâng. Cảm ơn rất nhiều
vì phần khởi đầu rất tuyệt này.

Cảm ơn anh, Nicolas Perony.