jak si jsou rostliny vědomy? To je ústřední otázka za fascinující nová kniha „Co Rostlina, to Ví,“ Daniel Chamovitz, ředitel Mana Centrum pro rostlinnou Biologii na Univerzitě v Tel Avivu. Rostlina podle něj může vidět, cítit a cítit. Může se postavit na obranu, když je v obležení, a varovat své sousedy před problémy na cestě. O rostlině lze dokonce říci, že má paměť. Znamená to však, že si rostliny myslí-nebo že lze mluvit o“ neurovědě “ květiny? Chamovitz odpověděl na otázky redaktora Mind Matters Garetha Cooka.
1. Jak jste se poprvé zajímali o toto téma?
Můj zájem o paralely mezi rostliny a lidské smysly dostali jejich začátek, když jsem byl mladý postdoktorand v laboratoři Xing-Wang Deng Yale University v polovině roku 1990. Byl jsem zájem studovat biologický proces, který by být specifické pro rostliny, a nebude připojen do biologie člověka (pravděpodobně jako reakci na šest dalších „lékaři“ v mé rodině, z nichž všichni jsou lékaři). Tak jsem byl přitahován k otázce, jak rostliny vnímají světlo, aby regulovaly svůj vývoj.
po celá desetiletí bylo známo, že rostliny používají světlo nejen pro fotosyntézu, ale také jako signál, který mění způsob růstu rostlin. Ve svém výzkumu jsem objevil jedinečnou skupinu genů nezbytných pro to, aby rostlina určila, zda je ve světle nebo ve tmě. Když jsme ohlásili naše zjištění, zdálo se, že tyto geny jsou jedinečné pro rostlinné království, což dobře zapadá do mé touhy vyhnout se jakékoli věci, která se dotýká lidské biologie. Ale k mému překvapení a proti všem mým plánům jsem později zjistil, že stejná skupina genů je také součástí lidské DNA.
to vedlo ke zjevné otázce, co tyto zdánlivě „rostlinné specifické“ geny dělají u lidí. O mnoho let později nyní víme, že tyto stejné geny jsou u zvířat důležité pro načasování buněčného dělení, axonálního růstu neuronů a správného fungování imunitního systému.
ale nejúžasnější je, že tyto geny také regulují reakce na světlo u zvířat! I když nezměníme svou formu v reakci na světlo jako rostliny, jsme ovlivněni laboratoří na úrovni našich vnitřních hodin. Naše vnitřní cirkadiánní hodiny nás udržují 24 hodinový rytmus, což je důvod, proč když cestujeme na půl cesty kolem světa, zažíváme jet lag. Ale tyto hodiny lze resetovat světlem. Před několika lety ukázal jsem, ve spolupráci s Justin Blau na NYU, že mutant ovocné mušky, které chyběly některé z těchto genů ztratil schopnost reagovat na světlo. Jinými slovy, pokud jsme změnili jejich hodiny, zůstali v jetlagu.
to mě vedlo k tomu, že jsem si uvědomil, že genetický rozdíl mezi rostlinami a zvířaty není tak významný, jak jsem kdysi naivně věřil. Takže i když není aktivně zkoumání této oblasti, začal jsem se ptát paralely mezi rostlinou a biologie člověka i jako můj vlastní výzkum se vyvinul ze studia rostlin, reakce na světlo leukémie u octomilky.
2. Jak si lidé myslí, že by měli změnit způsob, jakým přemýšlejí o rostlinách?
lidé si musí uvědomit, že rostliny jsou složité organismy, které žijí bohatý, smyslný život. Víte, že mnozí z nás se vztahují k rostlinám jako neživým předmětům, které se příliš neliší od kamenů. Dokonce i skutečnost, že mnoho lidí nahrazuje hedvábné květiny za skutečné, nebo umělé vánoční stromky za živé, je příkladná na určité úrovni toho, jak se vztahujeme k rostlinám. Víš, neznám nikoho, kdo by držel vycpaného psa místo skutečného!
Ale pokud bychom si uvědomit, že všechny rostliny biologie vychází z evoluční zúžení „zakořenění“, že udržet rostliny imobilní, pak můžeme začít ocenit velmi sofistikované biologie děje v listy a květy. Pokud o tom přemýšlíte, zakořenění je obrovské evoluční omezení. To znamená, že rostliny nemohou uniknout špatnému prostředí, nemohou migrovat při hledání potravy nebo partnera. Takže rostliny musely vyvinout neuvěřitelně citlivé a složité smyslové mechanismy, které by je nechat přežít v neustále se měnícím prostředí. Mám na mysli, pokud máte hlad nebo žízeň, můžete jít do nejbližšího zavlažovacího otvoru(nebo baru). Pokud je vám horko, můžete se přesunout na sever, pokud hledáte partnera, můžete jít na párty. Ale rostliny jsou nehybné. Musí vidět, kde je jejich jídlo. Potřebují cítit počasí a potřebují cítit nebezpečí. A pak musí být schopni integrovat všechny tyto velmi dynamické a měnící se informace. To, že nevidíme, že se rostliny pohybují, neznamená, že se uvnitř rostliny neděje příliš bohatý a dynamický svět.
3. Říkáte, že rostliny mají čich?
jistě. Ale abychom na to odpověděli, musíme si sami definovat, co je „vůně“. Když něco ucítíme, cítíme těkavou chemikálii, která se rozpustí ve vzduchu, a pak nějak reagujeme na tento zápach. Nejjasnějším příkladem v rostlinách je to, co se děje během dozrávání ovoce. Možná jste slyšeli, že pokud dáte zralé a nezralé ovoce dohromady do stejného sáčku, nezralé dozraje rychleji. To se děje proto, že zralý uvolňuje do vzduchu zrající feromon a zelené ovoce to voní a pak začne dozrávat sám. To se děje nejen v našich kuchyních, ale také, nebo dokonce primárně, v přírodě. Když jedno ovoce začne dozrávat, uvolňuje tento hormon, který se nazývá ethylen, který je snímán sousedními plody, dokud celé stromy a háje nezrají víceméně synchronně.
dalším příkladem rostliny používající vůni je to, jak parazitická rostlina zvaná dodder najde své jídlo. Dodder nemůže dělat fotosyntézu, a tak musí žít z jiných rostlin. Způsob, jakým najde svou hostitelskou rostlinu, je vůně. Dodder dokáže detekovat nepatrné množství chemikálií uvolněných ve vzduchu sousedními rostlinami, a skutečně vybere ten, který považuje za nejchutnější! V jednom klasickém experimentu vědci ukázali, že dodder dává přednost rajčatům před pšenicí, protože dává přednost vůni.
3B. a co sluch?
je To trochu složitější, protože při zatížení výzkumů podporují myšlenku, že rostliny vidět, cítit, chutnat a cítit, podpory pro rostliny sluchové zdatnost je nepřímo úměrná množství neoficiálních informací, které máme o způsobech, ve kterém může hudba ovlivnit, jak rostlina roste. Mnozí z nás slyšeli příběhy o rostlinách vzkvétajících v místnostech s klasickou hudbou. Typicky, ačkoli, velká část výzkumu hudby a rostlin byla, mírně řečeno, neprováděli vyšetřovatelé zakotvení ve vědecké metodě. Není divu, že ve většině těchto studií rostliny prospívaly v hudbě, kterou experimentátor také preferoval.
z evolučního hlediska by se také mohlo stát, že rostliny opravdu nepotřebují slyšet. Evoluční výhoda vytvořená sluchem u lidí a jiných zvířat slouží jako jeden ze způsobů, jak nás naše těla varují před potenciálně nebezpečnými situacemi. Naši raní lidští předkové slyšeli nebezpečného predátora, který je pronásledoval lesem, zatímco dnes slyšíme motor blížícího se auta. Sluch také umožňuje rychlou komunikaci mezi jednotlivci a mezi zvířaty. Sloni se mohou najít na obrovských vzdálenostech vokalizací podzvukových vln, které rachotí kolem objektů a cestují na míle daleko. Delfín lusk může najít delfín štěně ztracené v oceánu přes jeho tísňové cvrlikání. Ve všech těchto situacích je běžné, že zvuk umožňuje rychlou komunikaci informací a reakci, což je často pohyb-útěk před ohněm, útěk před útokem, nalezení rodiny.
ale rostliny jsou zakořeněné, přisedlé organismy. I když mohou růst směrem ke slunci a ohýbat se gravitací, nemohou utéct. Neutečou. Nemigrují s ročním obdobím. Jako takový, možná zvukové signály, na které jsme zvyklí v našem světě, jsou pro rostlinu irelevantní.
Vše, co bylo řečeno, musím uhradit sám slyšet poukazem na to, že některé velmi nedávný výzkum naznačuje, že rostliny mohou reagovat na zvuky. Ne na hudbu, která je pro rostlinu irelevantní, ale na určité vibrace. Bude velmi zajímavé sledovat, jak to dopadne.
4. Komunikují rostliny navzájem?
na základní úrovni, Ano. Ale myslím, že se soustředí na to, jak definujete komunikaci. Není pochyb o tom, že rostliny reagují na podněty jiných rostlin. Například, pokud je javor napaden chybami, uvolňuje feromon do vzduchu, který je zachycen sousedními stromy. To přiměje přijímající stromy, aby začaly vyrábět chemikálie, které mu pomohou bojovat proti hrozícímu útoku na chyby. Takže na první pohled, to je určitě komunikace.
Ale myslím, že také musíme položit otázku záměru (pokud vůbec můžeme použít toto slovo, když popisuje rostliny, ale humor mě, když jsem antropomorfizovat). Komunikují stromy, což znamená, že napadený strom varuje své okolí? Nebo by to mohlo být jemnější? Možná, že to dává větší smysl, že napadl pobočka komunikaci jiné větve téhož stromu ve snaze o vlastní přežití, zatímco sousední stromy, no jsou to jen odposlouchávání a těží ze signálu.
existují i další příklady tohoto typu komunikace. Například velmi nedávná studie ukázala, že rostliny také komunikují prostřednictvím signálů předávaných z kořene do kořene. V tomto případě byla“ mluvící „rostlina zdůrazněna suchem a „řekla“ svým sousedním rostlinám, aby se připravily na nedostatek vody. Víme, že signál prošel kořeny, protože k tomu nikdy nedošlo, pokud byly obě rostliny jednoduše v sousedních květináčích. Museli mít sousední kořeny.
5. Mají rostliny paměť?
rostliny mají určitě několik různých forem paměti, stejně jako lidé. Mají krátkodobou paměť, imunitní paměť a dokonce i transgenerační paměť! Vím, že je to těžké pochopit, pro některé lidi, ale pokud mi paměť zahrnuje formování paměti (kódování informací), zachování paměť (uchovávání informací), a připomínajíc paměti (získávání informací), pak se rostliny určitě pamatovat. Například Venuše Létat Past musí mít dva chloupky na listech, dotkl chyba, aby se zavřít, tak to si pamatuje, že první, kdo se dotkl. Ale to trvá jen asi 20 sekund a pak to zapomene. Sazenice pšenice si pamatují, že prošli zimou, než začnou kvést a vyrábět semena. A některé stresované rostliny dávají vzniknout potomstvu, které je odolnější vůči stejnému stresu, což je druh transgenerační paměti, který se nedávno projevil také u zvířat. Zatímco krátkodobá paměť v venus fly trap je elektřina-založené, stejně jako nervové aktivity, dlouhodobé vzpomínky jsou založeny v epigenetika — změny v genové aktivity, které nevyžadují změny v kódu DNA, jelikož mutace, které jsou stále předávány z rodičů na potomky.
6. Řekl byste tedy, že rostliny „myslí“?
ne, nechtěl bych, ale možná to je místo, kde jsem stále omezený ve svém vlastním myšlení! Myšlení a zpracování informací jsou pro mě dva různé konstrukty. Musím být opatrný, protože to je opravdu hraničí na filozofické, ale myslím, že cílevědomé myšlení vyžaduje vysoce vyvinutý mozek a autonoetic, nebo alespoň noetických, vědomí. Rostliny vykazují prvky anoetického vědomí, které podle mého chápání nezahrnuje schopnost myslet. Stejně jako rostlina nemůže trpět Subjektivní bolestí v nepřítomnosti mozku, také si nemyslím, že si myslí.
7. Vidíte nějakou analogii mezi tím, co rostliny dělají a co dělá lidský mozek? Může existovat neurověda rostlin, mínus neurony?
nejprve a s rizikem urážky některých mých nejbližších přátel si myslím, že termín neurobiologie rostlin je stejně směšný jako lidská květinová biologie. Rostliny nemají neuron, stejně jako lidé nemají květiny!
ale nepotřebujete neurony, abyste měli komunikaci mezi buňkami a ukládání a zpracování informací. Dokonce i u zvířat nejsou všechny informace zpracovávány nebo ukládány pouze v mozku. Mozek je dominantní ve zpracování vyššího řádu u složitějších zvířat, ale ne u jednoduchých. Různé části rostliny spolu komunikují a vyměňují si informace o buněčných, fyziologických a environmentálních stavech. Například růst kořenů je závislý na hormonální signál, který je generován na špičkách výhonů a převezen do rostoucí kořeny, zatímco střílet vývoj je částečně závislé na signálu, který je generován v kořenech. Listy vysílají signály na špičku výhonku a říkají jim, aby začali vyrábět květiny. Tímto způsobem, pokud opravdu chcete udělat nějaké velké mávání rukou, celá rostlina je analogická mozku.
ale zatímco rostliny nemají neurony, rostliny produkují a jsou ovlivněny neuroaktivními chemikáliemi! Například glutamátový receptor je neuroreceptor v lidském mozku nezbytný pro tvorbu paměti a učení. Zatímco rostliny nemají neurony, mají glutamátové receptory a fascinující je, že stejné léky, které inhibují lidský glutamátový receptor, ovlivňují také rostliny. Ze studia těchto proteinů v rostlinách se vědci naučili, jak glutamátové receptory zprostředkovávají komunikaci z buňky do buňky. Možná by tedy měla být položena otázka neurobiologovi, pokud by mohla existovat botanika lidí, mínus květiny!
Darwin, jeden z velkých vědců rostlin, navrhl to, co se stalo známým jako hypotéza „kořenového mozku“. Darwin navrhl, že špička kořene, část, kterou nazýváme meristém, se chová jako mozek u nižších zvířat, přijímá smyslový vstup a řídí pohyb. Na tuto linii výzkumu navazuje několik současných výzkumných skupin.
jste vědec, který se specializuje na neurovědy, kognitivní vědy nebo psychologii? A četli jste nedávný recenzovaný článek,o kterém byste chtěli psát? Zašlete prosím návrhy redaktorovi Mind Matters Garethovi Cookovi, novinář oceněný Pulitzerovou cenou v Boston Globe. On může být dosaženo na garethideas na gmail.com nebo Twitter @garethideas.