mennyire tudatosak a növények? Ez a központi kérdés Daniel Chamovitz, a Tel avivi Egyetem Manna Center for Plant Biosciences igazgatója lenyűgöző új könyve, “Mit tud egy növény” mögött. Egy növény, állítja, lát, szagol és érez. Ostrom alatt védekezhet, és útközben figyelmeztetheti szomszédait a bajra. Egy növényről azt is lehet mondani, hogy van emléke. De ez azt jelenti, hogy a növények gondolkodnak — vagy beszélhetünk a virág “idegtudományáról”? Chamovitz válaszolt a Mind Matters szerkesztőjének, Gareth szakácsnak a kérdéseire.
1. Hogyan kezdett először érdekelni ez a téma?
érdeklődésem a növény és az emberi érzékek közötti párhuzamok iránt akkor kezdődött, amikor fiatal posztdoktori ösztöndíjas voltam a Yale Egyetem Xing-Wang Deng laboratóriumában az 1990-es évek közepén. egy olyan biológiai folyamat tanulmányozása érdekelt, amely a növényekre jellemző, és nem kapcsolódik az emberi biológiához (valószínűleg a családom hat másik “orvosának” válaszaként, akik mind orvosok). Tehát felhívtam a figyelmet arra a kérdésre, hogy a növények hogyan érzékelik a fényt, hogy szabályozzák fejlődésüket.
évtizedek óta ismert, hogy a növények nemcsak a fotoszintézishez használják a fényt, hanem olyan jelként is, amely megváltoztatja a növények növekedését. Kutatásom során felfedeztem egy egyedülálló géncsoportot, amely szükséges ahhoz, hogy egy növény meghatározza, hogy a fényben vagy a sötétben van-e. Amikor beszámoltunk az eredményeinkről, úgy tűnt, hogy ezek a gének egyedülállóak a növényvilágban, ami jól illeszkedik a vágyamhoz, hogy elkerüljem az emberi biológiát érintő dolgokat. De nagy meglepetésemre és minden tervem ellenére később felfedeztem, hogy ugyanez a géncsoport is része az emberi DNS-nek.
ez ahhoz a nyilvánvaló kérdéshez vezetett, hogy ezek a látszólag “növényspecifikus” gének mit tesznek az emberekben. Sok évvel később már tudjuk, hogy ugyanezek a gének fontosak az állatokban a sejtosztódás időzítése, az idegsejtek axonális növekedése és az immunrendszer megfelelő működése szempontjából.
de a legmeglepőbb, hogy ezek a gének szabályozzák az állatok fényre adott válaszait is! Bár nem változtatjuk meg formánkat a fényre adott válaszként, mint a növények, a belső óránk szintjén a labor hatással van ránk. Belső cirkadián óráink a 24 órás ritmus, ezért amikor félúton utazunk a világ körül, jet lag-ot tapasztalunk. De ez az óra lehet állítani a fény. Néhány évvel ezelőtt a New York-i Egyetemen Justin Blau-val együttműködve megmutattam, hogy a mutáns gyümölcslegyek, amelyekből hiányzott néhány ilyen gén, elvesztették a fényre való reagálás képességét. Más szavakkal, ha megváltoztattuk az óráikat, jetlagban maradtak.
ez arra a felismerésre vezetett, hogy a növények és állatok közötti genetikai különbség nem olyan jelentős, mint azt naivan hittem. Tehát miközben nem kutattam aktívan ezen a területen, elkezdtem megkérdőjelezni a párhuzamokat a növényi és az emberi biológia között, még akkor is, amikor a saját kutatásom a növényi fényre adott válaszok tanulmányozásából fejlődött ki a gyümölcslegyek leukémiájára.
2. Hogyan gondolják, hogy az embereknek meg kell változtatniuk a növényekről való gondolkodásukat?
az embereknek fel kell ismerniük, hogy a növények összetett organizmusok, amelyek gazdag, érzéki életet élnek. Tudod, sokan kapcsolódnak a növények, mint élettelen tárgyak, nem sokban különbözik a kövek. Még az a tény is, hogy sokan helyettesítik a selyemvirágokat a valódiakkal, vagy a mesterséges karácsonyfákat egy élővel, valamilyen szinten példaértékű a növényekhez való viszonyunkban. Tudod, nem ismerek senkit, aki kitömött kutyát tartana az igazi helyett!
de ha rájövünk, hogy az egész növénybiológia a növényeket mozdulatlanul tartó “gyökérzet” evolúciós szűkületéből fakad, akkor elkezdhetjük értékelni a levelekben és virágokban zajló nagyon kifinomult biológiát. Ha belegondolsz, a gyökérzet hatalmas evolúciós kényszer. Ez azt jelenti, hogy a növények nem tudnak elmenekülni a rossz környezetből, nem tudnak vándorolni élelmet vagy társat keresve. Tehát a növényeknek hihetetlenül érzékeny és összetett érzékszervi mechanizmusokat kellett kifejleszteniük, amelyek lehetővé teszik számukra a túlélést az állandóan változó környezetben. Úgy értem, ha éhes vagy szomjas, sétálhat a legközelebbi öntözőlyukhoz (vagy bárhoz). Ha meleg vagy, északra költözhetsz, ha társat keresel, elmehetsz bulizni. De a növények mozdulatlanok. Látniuk kell, hol van az ételük. Érezniük kell az időjárást, és érezniük kell a veszélyt. És akkor képesnek kell lenniük arra, hogy integrálják ezt a nagyon dinamikus és változó információt. Csak azért, mert nem látjuk a növények mozgását, még nem jelenti azt, hogy nem egy nagyon gazdag és dinamikus világ zajlik a növényen belül.
3. Azt mondod, hogy a növényeknek van szaglásuk?
persze. De ennek megválaszolásához meg kell határoznunk magunknak, hogy mi a “szag”. Amikor valamit szagolunk, érzékelünk egy Illékony vegyszert, amely feloldódik a levegőben, majd valamilyen módon reagál erre a szagra. A növények legtisztább példája az, ami a gyümölcs érése során történik. Lehet, hogy hallottad már, hogy ha egy érett és egy éretlen gyümölcsöt egy zsákba raksz, az éretlen gyorsabban ér. Ez azért történik, mert az érett egy érlelő feromont bocsát ki a levegőbe, a zöld gyümölcs pedig szagolja, majd elkezdi érni magát. Ez nem csak a konyhánkban történik, hanem, vagy akár elsősorban a természetben is. Amikor egy gyümölcs elkezd érni, felszabadítja ezt a hormont, amelyet etilénnek neveznek, amelyet a szomszédos gyümölcsök érzékelnek, amíg az egész FÁK és ligetek többé-kevésbé szinkronban érnek.
a szagokat használó növény másik példája az, hogy a dodder nevű parazita növény hogyan találja meg táplálékát. Dodder nem képes fotoszintézisre, ezért más növényekből kell élnie. A gazdanövény megtalálásának módja a szaglás. A dodder képes észlelni a szomszédos növények által a levegőben felszabaduló vegyi anyagok kis mennyiségét, és valójában kiválasztja azt, amelyik a legízletesebbnek találja! Egy klasszikus kísérletben a tudósok kimutatták, hogy a dodder inkább a paradicsomot, mint a búzát részesíti előnyben, mert az illatát részesíti előnyben.
3B. mi a helyzet a hallással?
ez egy kicsit bonyolultabb, mert bár rengeteg kutatás támogatja azt az elképzelést, hogy a növények látnak, szagolnak, ízlelnek és éreznek, a növényi hallási képességek támogatása közvetett módon arányos azzal az anekdotikus információval, amellyel rendelkezünk arról, hogy a zene hogyan befolyásolhatja a növény növekedését. Sokan hallottunk történeteket a klasszikus zenével rendelkező szobákban virágzó növényekről. Általában azonban a zenével és a növényekkel kapcsolatos kutatások nagy részét enyhén szólva nem a tudományos módszeren alapuló kutatók végezték. Nem meglepő, hogy e tanulmányok többségében a növények olyan zenében virágoztak, amelyet a kísérletező is előnyben részesített.
evolúciós szempontból az is lehet, hogy a növényeknek nem igazán kellett hallaniuk. Az emberek és más állatok hallásából származó evolúciós előny az egyik módja annak, hogy testünk figyelmeztessen minket a potenciálisan veszélyes helyzetekre. Korai emberi őseink hallották, hogy egy veszélyes ragadozó üldözi őket az erdőben, míg ma egy közeledő autó motorját halljuk. A hallás lehetővé teszi az egyének és az állatok közötti gyors kommunikációt is. Az elefántok hatalmas távolságokon keresztül képesek egymásra találni azáltal, hogy hangot adnak a szubszonikus hullámoknak, amelyek tárgyak körül dübörögnek és mérföldeket utaznak. A delfin pod megtalálja a delfin kölyök elveszett az óceánban keresztül szorongást csipog. Ezekben a helyzetekben az a közös, hogy a hang lehetővé teszi az információ és a válasz gyors kommunikációját, ami gyakran mozgás—menekülés a tűz elől, menekülés a támadás elől, család megtalálása.
de a növények gyökereznek, ülő organizmusok. Miközben képesek a nap felé nőni, és a gravitációtól hajlani, nem tudnak elmenekülni. Nem tudnak megszökni. Nem vándorolnak az évszakokkal. Mint ilyen, talán a világunkban megszokott hangjelek lényegtelenek egy növény számára.
minden, hogy azt mondta, azt kell fedezni magam hallani rámutatva, hogy néhány nagyon friss kutatás arra utal, hogy a növények reagálhatnak a hangokra. Nem a zene miatt, ami egy növény számára irreleváns, hanem bizonyos rezgések szempontjából. Nagyon érdekes lesz látni, hogy ez hogyan alakul.
4. A növények kommunikálnak egymással?
alapszinten igen. De azt hiszem, ez köré, hogyan határozza meg a kommunikáció. Nem kétséges, hogy a növények reagálnak más növények jelzéseire. Például, ha egy juharfát bogarak támadnak meg, akkor feromont bocsát ki a levegőbe, amelyet a szomszédos fák vesznek fel. Ez arra készteti a fogadó fákat, hogy olyan vegyi anyagokat kezdjenek el készíteni, amelyek segítenek leküzdeni a közelgő hibatámadást. Tehát az arca, ez határozottan kommunikáció.
de azt hiszem, fel kell tennünk a szándék kérdését is (ha egyáltalán használhatjuk ezt a szót a növények leírásakor, de humorizálunk, miközben antropomorfizálom). Kommunikálnak-e a fák, vagyis a megtámadott fa figyelmezteti a környező fákat? Vagy lehetne finomabb? Talán több értelme van annak, hogy a megtámadott ág kommunikál ugyanannak a fának a többi ágával az önfenntartás érdekében, míg a szomszédos fák, nos, ők csak hallgatóznak és hasznot húznak a jelből.
vannak más példák is az ilyen típusú kommunikációra. Például egy nemrégiben készült tanulmány kimutatta, hogy a növények gyökérről gyökérre továbbított jeleken keresztül is kommunikálnak. Ebben az esetben a” beszélő “növényt az aszály megterhelte, és” megmondta ” a szomszédos növényeknek, hogy készüljenek fel a vízhiányra. Tudjuk, hogy a jel a gyökereken ment keresztül, mert ez soha nem történt meg, ha a két növény egyszerűen a szomszédos edényekben volt. Szomszédos gyökerekkel kellett rendelkezniük.
5. A növényeknek van memóriájuk?
A növényeknek határozottan többféle memóriájuk van, akárcsak az embereknek. Van rövid távú memóriájuk, immunmemóriájuk, sőt transzgenerációs memóriájuk is! Tudom, hogy ez néhány ember számára nehéz fogalom, de ha a memória magában foglalja a memória kialakítását (információ kódolása), a memória megőrzését (információ tárolása) és a memória felidézését (információ visszakeresése), akkor a növények határozottan emlékeznek. Például egy Vénusz Légycsapdának a levelein két szőrnek kell lennie, amelyeket egy hiba érint meg, hogy bezáródjon, így emlékszik arra, hogy az elsőt megérintették. De ez csak körülbelül 20 másodpercig tart, majd elfelejti. A búza palánták emlékeznek arra, hogy átmentek a télen, mielőtt elkezdenek virágozni és magokat készíteni. Néhány stresszes növény olyan utódokat hoz létre, amelyek jobban ellenállnak ugyanannak a stressznek, egyfajta transzgenerációs memóriának, amelyet nemrégiben állatokon is mutattak. Míg a Vénusz légycsapdájában a rövid távú memória elektromosságon alapul, hasonlóan az idegi aktivitáshoz, a hosszabb távú emlékek epigenetikán alapulnak — a génaktivitás olyan változásai, amelyek nem igénylik a DNS-kód megváltoztatását, mint a mutációk, amelyek még mindig a szülőtől az utódokig terjednek.
6. Akkor azt mondanád, hogy a növények “gondolkodnak”?
nem, nem tenném, de talán még mindig korlátozott vagyok a saját gondolkodásomban! Számomra a gondolkodás és az információfeldolgozás két különböző konstrukció. Itt óvatosnak kell lennem, mivel ez valóban a filozófiai határokkal határos, de úgy gondolom, hogy a céltudatos gondolkodáshoz magasan fejlett agyra és autonoetikus, vagy legalábbis noetikus tudatosságra van szükség. A növények az anoetikus tudatosság elemeit mutatják, amelyek megértésem szerint nem tartalmazzák a gondolkodás képességét. Ahogy egy növény nem szenvedhet szubjektív fájdalmat agy hiányában, úgy nem hiszem, hogy gondolkodik.
7. Lát valami hasonlóságot aközött, amit a növények csinálnak, és amit az emberi agy csinál? Lehet-e a növények idegtudománya, levonva az idegsejteket?
először is, és megkockáztatva, hogy megsértem néhány legközelebbi barátomat, úgy gondolom, hogy a növényi neurobiológia kifejezés olyan nevetséges, mint mondjuk az emberi virágbiológia. A növényeknek nincs neuronjuk, ahogy az embereknek sincs viráguk!
de nincs szükség neuronokra a sejtek közötti kommunikációhoz, az információ tárolásához és feldolgozásához. Még az állatokban sem minden információt csak az agyban dolgoznak fel vagy tárolnak. Az agy domináns a bonyolultabb állatok magasabb rendű feldolgozásában, de nem egyszerű állatokban. A növény különböző részei kommunikálnak egymással, információt cserélnek a sejt -, fiziológiai és környezeti állapotokról. Például a gyökérnövekedés egy hormonális jeltől függ, amely a hajtások csúcsaiban keletkezik és a növekvő gyökerekhez szállítódik, míg a hajtások fejlődése részben a gyökerekben generált jeltől függ. A levelek jeleket küldenek a hajtás csúcsára, mondván nekik, hogy kezdjenek virágot készíteni. Ily módon, ha valóban nagy kézmozdulatokat szeretne végezni, az egész növény Analóg az agygal.
de míg a növények nem rendelkeznek neuronokkal, a növények mind neuroaktív vegyi anyagokat termelnek, mind hatással vannak rájuk! Például a glutamát receptor egy neuroreceptor az emberi agyban, amely szükséges a memória kialakulásához és a tanuláshoz. Míg a növényeknek nincsenek neuronjaik, glutamát receptoraik vannak, és ami lenyűgöző, hogy ugyanazok a gyógyszerek, amelyek gátolják az emberi glutamát receptort, szintén befolyásolják a növényeket. Ezeknek a fehérjéknek a növényekben történő tanulmányozásából a tudósok megtudták, hogy a glutamát receptorok hogyan közvetítik a sejtről sejtre történő kommunikációt. Tehát talán fel kell tenni a kérdést egy neurobiológusnak, hogy lehet-e az emberek botanikája, levonva a virágokat!
Darwin, az egyik nagy növénykutató javasolta az úgynevezett “gyökér-agy” hipotézist. Darwin azt javasolta, hogy a gyökér csúcsa, az a rész, amelyet merisztémának nevezünk, úgy működik, mint az agy az alacsonyabb rendű állatoknál, érzékszervi bemenetet kap és irányítja a mozgást. Számos modern kutatócsoport követi ezt a kutatási vonalat.
Ön tudós, aki idegtudományra, kognitív tudományra vagy pszichológiára szakosodott? Olvastál már olyan cikket, amiről szívesen írnál? Kérjük, küldje el javaslatait Gareth szakácsnak, a Boston Globe Pulitzer-díjas újságírójának. A garethideas címen érhető el gmail.com vagy Twitter @ garethideas.