kuinka tietoisia kasvit ovat? Tämä on keskeinen kysymys Tel Avivin yliopiston Manna-keskuksen johtajan Daniel Chamovitzin uudessa kiehtovassa kirjassa ”mitä kasvi tietää”. Kasvi voi hänen mukaansa nähdä, haistaa ja tuntea. Se voi puolustautua ollessaan piiritettynä ja varoittaa lähimmäisiään vaikeuksista matkalla. Kasvilla voidaan jopa sanoa olevan muisti. Mutta merkitseekö tämä sitä, että kasvit ajattelevat-tai että voidaan puhua kukan ”neurotieteestä”? Chamovitz vastasi Mind Mattersin toimittaja Gareth Cookin kysymyksiin.
1. Miten kiinnostuit tästä aiheesta?
kiinnostukseni kasvien ja ihmisten aistien vastaavuuksiin sai alkunsa, kun olin nuori tutkijatohtori Xing-Wang Dengin laboratoriossa Yalen yliopistossa 1990-luvun puolivälissä. olin kiinnostunut tutkimaan biologista prosessia, joka olisi kasveille ominainen eikä liittyisi ihmisen biologiaan (luultavasti vastauksena sukuni kuudelle muulle ”lääkärille”, jotka kaikki ovat lääkäreitä). Niinpä minua kiinnosti kysymys siitä, miten kasvit aistivat valon säätelemään kehitystään.
jo vuosikymmeniä oli tiedetty, että kasvit käyttävät valoa paitsi yhteyttämiseen, myös signaalina, joka muuttaa kasvien kasvutapaa. Tutkimuksessani löysin ainutlaatuisen ryhmän geenejä, joita kasvi tarvitsee määrittääkseen, onko se valossa vai pimeässä. Kun raportoimme löydöksistämme, kävi ilmi, että nämä geenit olivat ainutlaatuisia kasvikunnassa, jotka sopivat hyvin siihen, etten halua mitään ihmisbiologiaan liittyvää. Mutta suureksi yllätyksekseni ja vastoin kaikkia suunnitelmiani sain myöhemmin selville, että tämä sama geeniryhmä on myös osa ihmisen DNA: ta.
tämä johti ilmeiseen kysymykseen siitä, mitä nämä näennäisesti ”kasvispesifiset” geenit tekevät ihmisillä. Monia vuosia myöhemmin tiedämme nyt, että nämä samat geenit ovat tärkeitä eläimillä solujen jakautumisen ajoituksen, hermosolujen aksonaalisen kasvun ja immuunijärjestelmän asianmukaisen toiminnan kannalta.
mutta mikä hämmästyttävintä, nämä geenit säätelevät myös eläinten valovasteita! Vaikka emme muuta muotoamme vastauksena valolle kuten kasvit tekevät, labra vaikuttaa meihin sisäisen kellomme tasolla. Sisäiset vuorokausirytmimme pitävät meidät 24 tunnin rytmissä, minkä vuoksi puolimatkassa maailman ympäri koemme aikaerorasitusta. Kellon voi kuitenkin nollata valolla. Muutama vuosi sitten osoitin yhteistyössä Justin Blaun kanssa NYU: ssa, että mutanttihedelmäkärpäset, joilta puuttui joitakin näistä geeneistä, menettivät kyvyn reagoida valoon. Toisin sanoen, jos muutimme heidän kellojaan, he jäivät jetlagiin.
tämä sai minut tajuamaan, että kasvien ja eläinten välinen geneettinen ero ei ole niin merkittävä kuin olin joskus naiivisti uskonut. Joten vaikka en aktiivisesti tutkinut tätä alaa, aloin kyseenalaistaa kasvien ja ihmisten biologian yhtäläisyyksiä, vaikka oma tutkimukseni kehittyi kasvien vasteista valoon hedelmäkärpästen leukemiaan.
2. Miten ihmisten pitäisi muuttaa suhtautumistaan kasveihin?
ihmisten on ymmärrettävä, että kasvit ovat monimutkaisia eliöitä, jotka elävät rikasta, aistillista elämää. Monet meistä suhtautuvat kasveihin elottomina esineinä, jotka eivät juuri eroa kivistä. Jopa se, että monet ihmiset korvaavat silkkikukat aidoilla tai keinotekoiset joulukuuset elävillä, on esimerkillistä jollain tasolla siitä, miten suhtaudumme kasveihin. En tunne ketään, joka pitää pehmokoiraa oikean sijasta!
mutta jos tajuamme, että kaikki kasvibiologia johtuu kasveja liikkumattomina pitävän ”juurettomuuden” evolutiivisesta supistumisesta, voimme alkaa arvostaa lehdissä ja kukissa tapahtuvaa hyvin hienostunutta biologiaa. Juurettomuus on valtava evolutiivinen rajoite. Se tarkoittaa, että kasvit eivät pääse pakoon huonoa ympäristöä, eivät pääse vaeltamaan ruokaa tai puolisoa etsiessään. Niinpä kasvien täytyi kehittää uskomattoman herkkiä ja monimutkaisia aistimekanismeja, jotka mahdollistaisivat niiden selviytymisen alati muuttuvissa ympäristöissä. Tarkoitan, jos olet nälkäinen tai janoinen, voit kävellä lähimpään juottopaikalle (tai baariin). Jos on kuuma, voi muuttaa pohjoiseen, jos etsii puolisoa, voi lähteä juhlimaan. Kasvit ovat kuitenkin liikkumattomia. Heidän on nähtävä, missä heidän ruokansa on. Niiden on tunnettava sää ja haistettava vaara. Ja sitten heidän on kyettävä integroimaan kaikki tämä hyvin dynaaminen ja muuttuva tieto. Vaikka emme näe kasvien liikkuvan, se ei tarkoita, etteikö kasvin sisällä olisi hyvin rikas ja dynaaminen maailma.
3. Onko kasveilla hajuaisti?
Toki. Mutta vastataksemme tähän meidän on määriteltävä itse, mitä ”haju” on. Kun haistamme jotain, aistimme haihtuvan kemikaalin, joka on liuennut ilmaan, ja sitten reagoimme jollain tavalla tähän hajuun. Selkein esimerkki kasveissa on se, mitä tapahtuu hedelmien kypsymisen aikana. Olet ehkä kuullut, että jos laitat kypsän ja kypsymättömän hedelmän samaan pussiin, kypsymätön kypsyy nopeammin. Tämä johtuu siitä, että kypsä vapauttaa kypsyvän feromonin ilmaan, ja vihreä hedelmä haistaa sen ja alkaa sitten kypsyä itse. Tämä tapahtuu paitsi keittiöissämme, myös, tai jopa ensisijaisesti, luonnossa. Kun yksi hedelmä alkaa kypsyä, se vapauttaa etyleeni-nimistä hormonia, jonka naapurihedelmät aistivat, kunnes kokonaiset puut ja lehdot kypsyvät enemmän tai vähemmän synkronisesti.
toinen esimerkki hajua käyttävästä kasvista on se, miten dodder-niminen loiskasvi löytää ravintonsa. Dodder ei pysty fotosynteesiin, joten hänen on elettävä muiden kasvien avulla. Se löytää isäntäkasvinsa hajun avulla. Dodder voi havaita pieniä määriä kemikaaleja, joita naapurikasvit päästävät ilmaan, ja valitsee itse asiassa sen, minkä löytää maukkaimpana! Eräässä klassisessa kokeessa tutkijat osoittivat, että dodder pitää enemmän tomaatista kuin vehnästä, koska se pitää enemmän tuoksusta.
3b. entä kuulo?
tämä on hieman hankalampaa, koska vaikka lukuisat tutkimukset tukevat ajatusta siitä, että kasvit näkevät, haistavat, maistavat ja tuntevat, kasvien kuulovoiman tukeminen on välillisesti verrannollinen siihen määrään tietoa, joka meillä on tavoista, joilla musiikki voi vaikuttaa kasvin kasvuun. Monet meistä ovat kuulleet tarinoita kasveista, jotka kukoistavat klassisen musiikin huoneissa. Tyypillisesti suuri osa musiikkia ja kasveja koskevasta tutkimuksesta ei kuitenkaan ollut lievästi sanottuna tieteelliseen menetelmään perustuvien tutkijoiden tekemää. Ei ole yllättävää, että useimmissa näistä tutkimuksista kasvit menestyivät musiikissa, jota kokeilijakin suosi.
evoluution näkökulmasta voi myös olla, että kasvien ei ole oikeastaan tarvinnut kuulla. Ihmisten ja muiden eläinten kuulosta koituva evolutiivinen etu on yksi tapa, jolla kehomme varoittaa meitä mahdollisesti vaarallisista tilanteista. Varhaiset ihmis-esi-isämme saattoivat kuulla vaarallisen saalistajan vaanivan heitä metsän läpi, kun taas nykyään kuulemme lähestyvän auton moottorin. Kuulo mahdollistaa myös nopean kommunikaation yksilöiden ja eläinten välillä. Norsut voivat löytää toisensa laajojen etäisyyksien yli ääntelemällä aliääniaaltoja, jotka jyrisevät esineiden ympärillä ja kulkevat kilometrien matkan. Delfiinikapseli voi löytää mereen eksyneen delfiininpoikasen hätäsirkustensa avulla. Yhteistä kaikissa näissä tilanteissa on se, että ääni mahdollistaa nopean tiedonsiirron ja reagoinnin, joka on usein liikettä—tulipalosta pakenemista, hyökkäystä, perheen löytämistä.
mutta kasvit ovat juurtuneita, kannattomia eliöitä. Vaikka ne voivat kasvaa aurinkoa kohti ja taipua painovoiman vaikutuksesta, ne eivät voi paeta. He eivät pääse pakoon. Ne eivät muuta vuodenaikojen mukana. Ehkä äänisignaalit, joihin olemme tottuneet, ovat merkityksettömiä kasville.
kaiken tämän sanottuani, minun on peitettävä itseni kuulemalla, että jotkut hyvin viimeaikaiset tutkimukset vihjaavat kasvien voivan reagoida ääniin. Ei musiikille, joka ei ole kasvin kannalta yhdentekevää, vaan tietynlaisille värähtelyille. On erittäin mielenkiintoista nähdä, miten tässä käy.
4. Kommunikoivatko kasvit keskenään?
perustasolla Kyllä. Mutta kai se keskittyy siihen, miten kommunikaatio määritellään. Ei ole epäilystäkään siitä, että kasvit reagoivat toisten kasvien vihjeisiin. Jos esimerkiksi vaahtera joutuu ötököiden hyökkäyksen kohteeksi, se vapauttaa ilmaan feromonia, jonka naapuripuut poimivat. Tämä saa vastaanottavan puun tekemään kemikaaleja, jotka auttavat sitä torjumaan lähestyvää ötökkähyökkäystä. Joten päällisin puolin, tämä on ehdottomasti viestintää.
mutta mielestäni meidän on kysyttävä myös intentionaalisuutta (jos voimme edes käyttää tuota sanaa kuvaillessamme kasveja, mutta huumorilla minua, kun antropomorfisoin). Viestivätkö puut, eli onko hyökännyt puu varoittamassa lähiympäristöään? Vai voisiko se olla hienovaraisempaa? Ehkä on järkevämpää, että hyökätty oksa kommunikoi saman puun muiden oksien kanssa selviytyäkseen, kun taas naapuripuut, no, ne vain salakuuntelevat ja hyötyvät signaalista.
tämäntyyppisestä viestinnästä on myös muita esimerkkejä. Esimerkiksi aivan tuore tutkimus osoitti, että kasvit viestivät myös juuresta juureen siirrettyjen signaalien välityksellä. Tällöin ”puhuva” kasvi oli kärsinyt kuivuudesta, ja se ”käski” naapurikasvejaan varautumaan veden puutteeseen. Tiedämme, että signaali meni juurien läpi, koska tätä ei koskaan tapahtunut, jos kaksi kasvia olivat vain naapuriruukkuissa. Heillä piti olla naapurijuuria.
5. Onko kasveilla muisti?
kasveilla on varmasti useita eri muistin muotoja, aivan kuten ihmisillä. Heillä on lyhytkestoinen muisti, immuunimuisti ja jopa sukupolvien välinen muisti! Tiedän, että tämä on vaikea käsite tarttua joillekin ihmisille, mutta jos muisti edellyttää muodostaa muistin (koodaus tiedot), säilyttää muistin (tietojen tallentaminen), ja palauttaa muistin (tietojen noutaminen), niin kasvit ehdottomasti muistaa. Esimerkiksi Venuskärpäsloukku tarvitsee sulkiakseen kaksi lehtensä karvoista, joita ötökkä koskettaa, joten se muistaa, että ensimmäistä on koskettu. Mutta tämä kestää vain noin 20 sekuntia, ja sitten se unohtuu. Vehnän taimet muistavat, että ne ovat käyneet läpi talven ennen kuin ne alkavat kukkia ja tehdä siemeniä. Ja jotkut stressaantuneet kasvit synnyttävät jälkeläisiä, jotka ovat vastustuskykyisempiä samalle stressille, eräänlaiselle sukupolvenvaihdosmuistille, joka on viime aikoina näkynyt myös eläimillä. Vaikka venuskärpäsloukun lyhytkestoinen muisti perustuu sähköön, aivan kuten neuraaliaktiivisuus, pidemmän aikavälin muistit perustuvat epigenetiikkaan-geenien toiminnan muutoksiin, jotka eivät vaadi muutoksia DNA-koodissa, kuten mutaatiot tekevät, jotka silti siirtyvät vanhemmilta jälkeläisille.
6. Sanoisitko siis, että kasvit ”ajattelevat”?
ei olisi, mutta ehkä siinä kohtaa Oma ajatteluni on vielä rajallinen! Minulle ajattelu ja tietojenkäsittely ovat kaksi eri konstruktiota. Minun on oltava varovainen tässä asiassa, koska tämä on todella lähellä filosofista, mutta mielestäni määrätietoinen ajattelu edellyttää pitkälle kehittyneitä aivoja ja autonoeettista, tai ainakin noeettista, tietoisuutta. Kasveissa on aineksia anoeettisesta tietoisuudesta, joka ei käsitykseni mukaan sisällä kykyä ajatella. Aivan kuten kasvi ei voi kärsiä subjektiivista kipua ilman aivoja, en myöskään usko, että se ajattelee.
7. Näetkö mitään yhtäläisyyttä kasvien ja ihmisaivojen välillä? Voiko kasvien neurotiedettä olla ilman neuroneja?
ensiksikin, ja sillä uhalla, että loukkaan joitakin lähimpiä ystäviäni, minusta termi kasvien neurobiologia on yhtä naurettava kuin vaikkapa ihmisen kukkabiologia. Kasveilla ei ole hermosolua aivan kuten ihmisillä ei ole kukkia!
mutta et tarvitse hermosoluja, jotta solusta soluun tapahtuva viestintä ja informaation tallennus ja käsittely olisi mahdollista. Eläimilläkään kaikkea tietoa ei käsitellä tai tallenneta vain aivoihin. Aivot hallitsevat korkeamman asteen prosessointia monimutkaisemmilla eläimillä, mutta eivät yksinkertaisilla. Kasvin eri osat kommunikoivat keskenään, vaihtaen tietoa solujen, fysiologisten ja ympäristön tilasta. Esimerkiksi juurikasvu on riippuvainen hormonaalisesta signaalista, joka syntyy versojen kärjissä ja kulkeutuu kasvaville juurille, kun taas versojen kehitys on osittain riippuvainen juurissa syntyvästä signaalista. Lehdet lähettävät viestin ampujan kärkeen käskien niitä aloittamaan kukkien teon. Tällä tavalla, jos todella haluat tehdä joitakin suuria käden heilutus, koko kasvi on analoginen aivot.
mutta vaikka kasveilla ei ole neuroneja, kasvit sekä tuottavat että vaikuttavat neuroaktiivisiin kemikaaleihin! Esimerkiksi glutamaattireseptori on ihmisen aivoissa neuroreseptori, joka on välttämätön muistin muodostumiselle ja oppimiselle. Vaikka kasveilla ei ole hermosoluja, niillä on glutamaattireseptoreita ja kiehtovaa on, että samat lääkkeet, jotka estävät ihmisen glutamaattireseptoria, vaikuttavat myös kasveihin. Tutkimalla näitä kasveissa olevia proteiineja tutkijat ovat oppineet, miten glutamaattireseptorit välittävät solusta toiseen tapahtuvaa viestintää. Joten ehkä kysymys pitäisi esittää neurobiologille, jos siellä voisi olla kasvitiede ihmisistä, ilman kukkia!
Darwin, yksi suurista kasvintutkijoista, esitti niin sanotun ”juuriaivohypoteesin”. Darwin ehdotti, että juuren kärki, se osa, jota kutsumme meristeemiksi, toimii kuten aivot tekevät alemmilla eläimillä, vastaanottaen aistinsyöttöä ja ohjaten liikettä. Useat nykyajan tutkimusryhmät seuraavat tätä tutkimuslinjaa.
oletko neurotieteeseen, kognitiotieteeseen tai psykologiaan erikoistunut tutkija? Entä Oletko lukenut äskettäin vertaisarvioidun tutkielman, josta haluaisit kirjoittaa? Lähettäkää ehdotuksia Mind Mattersin toimittajalle Gareth Cookille, joka on Pulitzer-palkittu toimittaja Boston Globessa. Hänet tavoittaa garethideasista osoitteesta gmail.com tai Twitterissä @garethideas.