식물은 얼마나 알고 있습니까? 이 다니엘 샤모비츠,텔 아비브 대학의 식물 생명 과학에 대한 만나 센터의 이사에 의해 매혹적인 새로운 책,”식물이 알고있는 것”뒤에 중심 질문입니다. 그는 식물이보고,냄새를 맡고,느낄 수 있다고 주장한다. 이 때 포위 방어를 탑재하고,방법에 문제의 이웃을 경고 할 수 있습니다. 식물은 심지어 기억을 가지고 있다고 말할 수 있습니다. 그러나 이것은 식물이 생각하거나 꽃의”신경 과학”에 대해 말할 수 있다는 것을 의미합니까? 샤모 비츠는 마음 문제 편집기 가레스 쿡의 질문에 대한 답변.
1. 이 주제에 어떻게 처음 관심을 갖게 되었습니까?
식물과 인간의 감각 사이의 유사점에 대한 나의 관심은 1990 년대 중반 예일 대학의 싱 왕 덩 연구소의 젊은 박사후 연구원이었을 때 시작되었습니다.나는 식물에 특정한 생물학적 과정을 연구하는 데 관심이 있었고 인간 생물학과 관련이 없었습니다(아마도 우리 가족의 다른 6 명의”의사”에 대한 반응으로 모두 의사입니다). 그래서 저는 식물이 어떻게 빛을 감지하여 그들의 발달을 조절하는지에 대한 질문에 이끌렸습니다.
식물은 광합성뿐만 아니라 식물의 성장 방식을 변화시키는 신호로 빛을 사용하는 것으로 수십 년 동안 알려져 왔습니다. 내 연구에서 나는 식물이 빛이나 어둠 속에 있는지를 결정하는 데 필요한 독특한 유전자 그룹을 발견했다. 우리가 발견 한 것을보고했을 때,이 유전자들은 식물 왕국에 고유 한 것으로 나타 났으며,이는 인간 생물학에 어떤 것도 닿지 않도록하려는 나의 욕구와 잘 어울립니다. 하지만 놀랍게도,그리고 저의 모든 계획에 반하여,저는 나중에 이 같은 유전자 그룹이 또한 인간의 유전자의 일부라는 것을 발견했습니다.
이것은 이러한 겉보기에”식물 특이 적”유전자가 사람들에게서 무엇을하는지에 대한 명백한 질문으로 이어졌다. 몇 년 후,우리는 이제이 동일한 유전자가 세포 분열의 타이밍,뉴런의 축삭 성장 및 면역 체계의 적절한 기능을 위해 동물에서 중요하다는 것을 알고 있습니다.
그러나 가장 놀랍게도,이 유전자는 또한 동물의 빛에 대한 반응을 조절합니다! 식물처럼 빛에 반응하여 형태를 바꾸지는 않지만,우리는 내부 시계 수준에서 실험실의 영향을받습니다. 우리의 내부 일주기 시계는 24 시간 리듬에 우리를 유지,우리가 세계의 절반 방법을 여행 할 때 우리는 시차를 경험하는 이유입니다. 그러나이 시계는 빛에 의해 재설정 될 수 있습니다. 몇 년 전 저는 뉴욕대 저스틴 블라우와 협력하여 이 유전자 중 일부를 놓치고 있던 돌연변이 초파리가 빛에 반응하는 능력을 상실했다는 것을 보여주었습니다. 우리가 그들의 시계를 변경 한 경우 즉,그들은 시차에 남아 있었다.
이로 인해 나는 식물과 동물의 유전 적 차이가 한때 순진하게 믿었던 것만 큼 중요하지 않다는 것을 깨닫게되었습니다. 그래서 적극적으로이 분야를 연구하지 않는 동안,나는 내 자신의 연구가 초파리에서 백혈병에 빛에 대한 식물 반응을 연구하는 것에서 진화 한 것처럼 식물과 인간 생물학 사이의 유사점에 의문을 제기하기 시작했습니다.
2. 사람들이 식물에 대해 생각하는 방식을 어떻게 바꿔야한다고 생각합니까?
사람들은 식물이 풍부하고 관능적 인 삶을 사는 복잡한 유기체라는 것을 깨달아야합니다. 우리 중 많은 사람들이 돌과 크게 다르지 않은 무생물로 식물과 관련이 있다는 것을 알고 있습니다. 많은 사람들이 실크 꽃을 실제 꽃으로 대체하거나 인공 크리스마스 트리를 라이브로 대체한다는 사실조차도 우리가 식물과 어떻게 관련되는지 어느 정도 모범적입니다. 너는 있있다,나는 진짜 것의 대신에 채워진 개를 지키는 누군가를 모른다!
그러나 우리가 식물 생물학의 모든 것이 식물을 움직이지 않게 하는”뿌리”의 진화적 수축으로부터 발생한다는 것을 깨닫는다면,우리는 잎과 꽃에서 일어나는 매우 정교한 생물학을 이해할 수 있을 것이다. 당신이 그것에 대해 생각한다면,뿌리 내림은 거대한 진화 적 제약입니다. 그것은 식물이 나쁜 환경에서 벗어날 수 없으며 음식이나 짝을 찾기 위해 이주 할 수 없다는 것을 의미합니다. 그래서 식물은 끊임없이 변화하는 환경에서 생존 할 수있는 매우 민감하고 복잡한 감각 메커니즘을 개발해야했습니다. 나는 당신이 배고프거나 목이 마르면 가장 가까운 물 구멍(또는 바)까지 걸어 갈 수 있다는 것을 의미합니다. 당신이 뜨겁다면,북쪽으로 이동할 수 있고,친구를 찾고 있다면,파티에 나갈 수 있습니다. 그러나 식물은 움직이지 않습니다. 그들은 그들의 음식이 어디에 있는지 볼 필요가 있습니다. 그들은 날씨를 느낄 필요가 있고,위험을 냄새 맡을 필요가 있습니다. 그리고 나서 그들은 매우 역동적이고 변화하는 모든 정보를 통합 할 수 있어야합니다. 우리가 식물이 움직이는 것을 보지 못한다고해서 식물 내부에서 매우 풍부하고 역동적 인 세계가 없다는 것을 의미하지는 않습니다.
3. 당신은 식물이 냄새의 감각을 가지고 있다고?
확실한. 그러나 이것에 대답하기 위해 우리는”냄새”가 무엇인지 스스로 정의해야합니다. 우리가 어떤 냄새를 맡을 때,우리는 공기 중에 용해되는 휘발성 화학 물질을 감지 한 다음이 냄새에 반응합니다. 식물에서 가장 명확한 예는 과일 숙성 중에 일어나는 일입니다. 잘 익은 과일과 설 익은 과일을 같은 가방에 넣으면 설 익은 과일이 더 빨리 익을 것이라고 들었을 것입니다. 이것은 익은 것이 숙성 페로몬을 공기 중으로 방출하고 녹색 과일이 냄새를 맡은 다음 스스로 숙성을 시작하기 때문에 발생합니다. 이것은 우리의 부엌에서뿐만 아니라 발생,또한,또는 주로,자연. 하나의 과일이 익기 시작할 때,그것은 에틸렌이라고 불리는이 호르몬을 방출합니다.이 호르몬은 이웃 과일에 의해 감지되며,전체 나무와 숲이 더 많거나 적은 동시성으로 익을 때까지.
냄새를 사용하는 식물의 또 다른 예는 도더라는 기생 식물이 음식을 찾는 방법입니다. 도더는 광합성을 할 수 없으므로 다른 식물에서 살아야합니다. 숙주 식물을 찾는 방법은 냄새를 맡는 것입니다. 도더는 이웃 식물에 의해 공기 중에 방출되는 화학 물질의 분량을 감지 할 수 있으며 실제로 가장 맛있는 것을 선택할 것입니다! 한 고전적인 실험에서 과학자들은 냄새를 선호하기 때문에 도더가 밀에 토마토를 선호한다는 것을 보여주었습니다.
3 비.어떻게 청력에 대해?
이것은 연구의 부하가 식물을보고,냄새,맛과 느낌 아이디어를 지원하는 동안,식물 청각 능력에 대한 지원은 간접적으로 음악이 식물의 성장에 영향을 미칠 수있는 방법에 대해 우리가 가지고있는 일화 정보의 양에 비례하기 때문에 조금 까다 롭습니다. 우리 중 많은 사람들이 클래식 음악이있는 방에서 번성하는 식물에 대한 이야기를 들었습니다. 그러나 일반적으로 음악과 식물에 관한 많은 연구는 과학적 방법에 근거한 조사자들에 의해 수행되지 않았습니다. 당연히,이 연구의 대부분에서 식물은 실험자가 선호하는 음악에서 번창했습니다.
진화론적 관점에서 볼 때,식물은 실제로 들을 필요가 없었을 수도 있다. 인간과 다른 동물의 청각에서 생성 된 진화 적 이점은 우리 몸이 잠재적으로 위험한 상황에 대해 경고하는 한 가지 방법으로 작용합니다. 우리의 초기 인간 조상은 위험한 육식 동물이 숲을 통해 그들을 스토킹하는 것을들을 수 있었지만 오늘날 우리는 접근하는 자동차의 모터를 듣습니다. 청력은 또한 개인과 동물 간의 신속한 의사 소통을 가능하게합니다. 코끼리는 객체 주위에 럼블 마일 여행 아음속 파도를 발성하여 광대 한 거리에 걸쳐 서로를 찾을 수 있습니다. 돌고래 포드는 조난 울음을 통해 바다에서 잃어버린 돌고래 강아지를 찾을 수 있습니다. 이 모든 상황에서 공통적 인 것은 소리가 정보의 신속한 의사 소통과 반응을 가능하게한다는 것입니다.
그러나 식물은 뿌리를 내리고 정착 된 유기체입니다. 그들은 태양을 향해 성장하고 중력으로 구부릴 수 있지만 도망 갈 수는 없습니다. 그들은 탈출 할 수 없습니다. 그들은 계절과 함께 이주하지 않습니다. 따라서,아마도 우리가 우리의 세계에서 사용 하는 가청 신호는 식물에 대 한 관련이 있습니다.
그 모든 것을 말하면서,나는 식물이 소리에 반응 할 수 있다는 최근의 연구 힌트를 지적함으로써 자신을 덮어야합니다. 식물,하지만 특정 진동 무관 한 음악 마음 당신. 이것이 어떻게 제거되는지 보는 것은 매우 흥미로울 것입니다.
4. 식물은 서로 소통합니까?
기본 수준에서 그렇습니다. 그러나 나는 그것이 당신이 의사 소통을 정의하는 방법을 중심으로 생각합니다. 식물이 다른 식물의 신호에 반응한다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 예를 들면,단풍나무가 벌레에 의해 공격되는 경우에,이웃 나무에 의해 주워지는 공기로 페로몬을 풀어 놓습니다. 이 임박한 버그 공격을 격퇴 도움이 될 것입니다 화학 물질을 만들기 시작 받는 나무를 유도 합니다. 그래서 그것의 얼굴에,이 확실히 통신입니다.
그러나 우리는 또한 의도에 대한 질문을해야한다고 생각합니다(식물을 묘사 할 때 그 단어를 사용할 수도 있지만 의인화하는 동안 유머를 느끼십시오). 나무 통신,의미는 그 공격 나무 경고 주변 것 들? 아니면 더 미묘 할 수 있습니까? 어쩌면 그것은 이웃 나무,잘 그들은 단지 도청 및 신호로부터 혜택을하는 동안 공격 가지가 자기 생존을 위해 노력 같은 나무의 다른 가지로 통신하는 것이 더 의미가 있습니다.
이러한 유형의 통신에 대한 다른 예들도 있다. 예를 들어 아주 최근의 연구는 식물이 루트에서 루트로 전달 신호를 통해 통신하는 것으로 나타났다. 이 경우”말하는”식물은 가뭄으로 인해 스트레스를 받았으며 이웃 식물에게 물 부족을 준비하라고”말했다”. 우리는 두 식물이 이웃 냄비에 단순히 있다면 이런 일이 결코 때문에 신호가 뿌리를 통해 갔다 알고있다. 그들은 이웃 뿌리를 가져야했습니다.
5. 식물은 기억을 가지고 있습니까?
식물은 사람들처럼 여러 가지 다른 형태의 기억을 가지고 있다. 그들은 단기 기억,면역 기억,심지어 세대 간 기억을 가지고 있습니다! 나는 이것이 어떤 사람들에게는 이해하기 어려운 개념이라는 것을 알고 있지만,기억이 기억을 형성(정보 인코딩)하고,기억을 유지하고(정보 저장),기억을 되 찾는(정보 검색)것을 수반한다면,식물은 확실히 기억합니다. 예를 들어 비너스 플라이 트랩은 종료하기 위해 버그에 의해 접촉의 잎에 머리카락의 두 가지가 필요합니다,그래서 첫 번째 터치 된 것을 기억합니다. 그러나 이것은 약 20 초 동안 만 지속되며 잊어 버립니다. 밀 묘목은 꽃을 피우고 씨앗을 만들기 전에 겨울을 겪었다는 것을 기억합니다. 그리고 스트레스를 받는 몇몇 식물들은 같은 스트레스에 더 저항력이 있는 자손을 낳습니다. 비너스 플라이 트랩의 단기 기억은 신경 활동과 마찬가지로 전기 기반이지만 장기 기억은 후성 유전학에 기반을두고 있습니다.
6. 당신은 식물이”생각”고,다음,말할 것인가?
아니,나는하지 않을 것이다,하지만 난 여전히 내 자신의 생각에 제한하고있는 곳 어쩌면 그건! 나에게 사고와 정보 처리는 두 가지 다른 구조입니다. 나는 이것이 철학적인 것에 정말로 접해 있기 때문에 여기에서 조심해야한다,그러나 나는 목적이있는 생각이 고도로 발달 된 두뇌와 자기 정신,또는 적어도 의식 의식을 필요로한다고 생각한다. 식물은 내 이해에,생각하는 능력을 포함하지 않는 기름 부음 의식의 요소를 전시. 식물이 뇌가 없을 때 주관적인 고통을 겪을 수없는 것처럼,나는 또한 그것이 생각한다고 생각하지 않는다.
7. 식물이 하는 일과 인간의 뇌가 하는 일 사이에 어떤 비유가 보이는가? 신경 세포를 뺀 식물의 신경 과학이있을 수 있습니까?
우선,그리고 가장 친한 친구 중 일부를 불쾌하게 할 위험이 있습니다.식물 신경 생물학이라는 용어는 인간의 꽃 생물학만큼이나 우스꽝 스럽다고 생각합니다. 인간은 꽃이없는 것처럼 식물은 신경 세포가 없습니다!
그러나 세포 간 통신과 정보 저장 및 처리를 위해서는 뉴런이 필요하지 않습니다. 동물에서도 모든 정보가 뇌에서만 처리되거나 저장되는 것은 아닙니다. 뇌는 더 복잡한 동물에서 고차원 처리에서 지배적이지만 단순한 동물에서는 지배적이지 않습니다. 식물의 다른 부분은 서로 통신하여 세포,생리 및 환경 상태에 대한 정보를 교환합니다. 예를 들어 루트 성장 촬영 개발 뿌리에서 생성 된 신호에 부분적으로 의존 하는 동안 촬영의 끝에서 생성 하 고 성장 하는 뿌리에 수송 호르몬 신호에 따라 달라 집니다. 잎은 꽃을 만들기 시작하는 그들에게 말하는 촬영의 끝 부분에 신호를 보낼 수 있습니다. 당신이 정말로 몇 가지 주요 손을 흔들며 수행 할 경우 이러한 방법으로,전체 공장은 뇌와 유사하다.
그러나 식물에는 뉴런이 없지만 식물은 신경 활성 화학 물질을 생성하고 영향을받습니다! 예를 들어,글루타메이트 수용체는 기억 형성 및 학습에 필요한 인간 뇌의 신경 수용체입니다. 식물에는 뉴런이 없지만 글루타메이트 수용체가 있으며 매혹적인 것은 인간 글루타메이트 수용체를 억제하는 동일한 약물이 식물에도 영향을 미친다는 것입니다. 식물에서 이러한 단백질을 연구함으로써 과학자들은 글루타메이트 수용체가 세포에서 세포로 의사 소통을 매개하는 방법을 배웠습니다. 인간의 식물학,마이너스 꽃이있을 수 있다면 그래서 어쩌면 질문은 신경 생물 학자에게 제기되어야한다!
위대한 식물 연구자 중 한 명인 다윈은”뿌리-뇌”가설로 알려진 것을 제안했다. 다윈은 뿌리의 끝,우리가 분열구라고 부르는 부분은 뇌가 하등 동물에서 하는 것처럼 행동하고,감각 입력을 받고 움직임을 지시한다고 제안했습니다. 몇몇 현대 연구 그룹은 연구의 이 선에 철저히 구명하고 있습니다.
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