Hvor bevisst er planter? Dette er det sentrale spørsmålet bak en fascinerende ny bok, «Hva En Plante Vet», Av Daniel Chamovitz, direktør For Manna Center For Plant Biosciences Ved Tel Aviv University. En plante, argumenterer han, kan se, lukte og føle. Det kan montere et forsvar når under beleiring, og advare sine naboer av problemer på veien. En plante kan til og med sies å ha et minne. Men betyr dette at planter tenker — eller at man kan snakke om en» nevrovitenskap » av blomsten? Chamovitz svarte på spørsmål Fra Mind Matters redaktør Gareth Cook.
1. Hvordan ble du først interessert i dette emnet?
min interesse for parallellene mellom plante-og menneskelige sanser begynte da jeg var ung postdoktor i laboratoriet Til Xing-Wang Deng Ved Yale University i midten Av 1990 – tallet. jeg var interessert i å studere en biologisk prosess som ville være spesifikk for planter, og ville ikke være koblet til menneskelig biologi (sannsynligvis som et svar på de seks andre «legene» i familien min, som alle er leger). Så jeg ble trukket på spørsmålet om hvordan planter føler lys for å regulere deres utvikling.
det hadde vært kjent i flere tiår at planter bruker lys ikke bare for fotosyntese, men også som et signal som endrer måten planter vokser på. I min forskning oppdaget jeg en unik gruppe gener som er nødvendige for en plante for å avgjøre om den er i lyset eller i mørket. Da vi rapporterte våre funn, viste det seg at disse genene var unike for planteriket, som passer godt med mitt ønske om å unngå noe som berører menneskelig biologi. Men mye til min overraskelse og mot alle mine planer, oppdaget jeg senere at denne samme gruppen av gener også er en DEL av det menneskelige DNA.
dette førte til det åpenbare spørsmålet om hva disse tilsynelatende «plantespesifikke» genene gjør hos mennesker. Mange år senere vet vi nå at disse samme gener er viktige hos dyr for tidspunktet for celledeling, den aksonale veksten av nevroner og riktig funksjon av immunsystemet.
men mest utrolig, disse genene regulerer også respons på lys hos dyr! Selv om vi ikke endrer skjemaet vårt som svar på lys som planter gjør, påvirkes vi av laboratoriet på nivået med vår interne klokke. Våre interne sirkadiske klokker holder oss på en 24 timers rytme, og det er derfor når vi reiser halvveis rundt om i verden, opplever vi jetlag. Men denne klokken kan tilbakestilles med lys. For noen år siden viste jeg, i samarbeid Med Justin Blau PÅ NYU, at mutant fruktfluer som manglet noen av disse genene mistet evnen til å reagere på lys. Med andre ord, hvis vi endret sine klokker, de forble i jetlag.
dette førte meg til å innse at den genetiske forskjellen mellom planter og dyr ikke er så signifikant som jeg en gang naivt trodde. Så mens jeg ikke aktivt forsket på dette feltet, begynte jeg å stille spørsmål ved parallellene mellom plante-og menneskebiologi, selv om min egen forskning utviklet seg fra å studere planteresponser til lys til leukemi i fruktfluer.
2. Hvordan tror folk bør endre hvordan de tenker om planter?
Folk må innse at planter er komplekse organismer som lever rike, sensuelle liv. Du vet at mange av oss forholder seg til planter som livløse objekter, ikke mye forskjellig fra steiner. Selv det faktum at mange mennesker erstatter silkeblomster for ekte, eller kunstige Juletrær for en levende, er eksemplarisk på et visst nivå av hvordan vi forholder oss til planter. Du vet, jeg kjenner ingen som holder en utstoppet hund i stedet for en ekte!
men hvis vi innser at all plantebiologi oppstår fra den evolusjonære innsnevringen av «rotenheten» som holder planter immobile, så kan vi begynne å sette pris på den svært sofistikerte biologien som skjer i blader og blomster. Hvis du tenker på det, er rootedness en stor evolusjonær begrensning. Det betyr at planter ikke kan unnslippe et dårlig miljø, kan ikke migrere på jakt etter mat eller en kompis. Så planter måtte utvikle utrolig følsomme og komplekse sensoriske mekanismer som ville la dem overleve i stadig skiftende miljøer. Jeg mener at hvis du er sulten eller tørst, kan du gå til nærmeste vannhull (eller bar). Hvis du er varm, du kan flytte nordover, hvis du leter etter en make, du kan gå ut til en fest. Men planter er immobile. De må se hvor maten er. De trenger å føle været, og de trenger å lukte fare. Og så må de kunne integrere alt dette veldig dynamisk og skiftende informasjon. Bare fordi vi ikke ser planter flytte betyr ikke at det ikke er en veldig rik og dynamisk verden som skjer inne i anlegget.
3. Du sier at planter har luktesans?
Sikkert. Men for å svare på dette må vi definere for oss selv hva «lukt» er. Når vi lukter noe, føler vi en flyktig kjemikalie som er oppløst i luften, og så reagerer på en eller annen måte på denne lukten. Det klareste eksemplet i planter er hva som skjer under fruktmodning. Du har kanskje hørt at hvis du legger en moden og en umodig frukt sammen i samme pose, vil den umodne modnes raskere. Dette skjer fordi den modne frigjør en moden feromon i luften, og den grønne frukten lukter den og begynner deretter å modne seg selv. Dette skjer ikke bare i våre kjøkken, men også, eller til og med primært, i naturen. Når en frukt begynner å modnes, frigjør den dette hormonet som kalles etylen, som er oppdaget av nærliggende frukter, til hele trær og lunder modner mer eller mindre i synkronisering.
Et annet eksempel på en plante som bruker lukt er hvordan en parasittisk plante kalt dodder finner sin mat. Dodder kan ikke gjøre fotosyntese, og så må leve av andre planter. Måten den finner sin vert anlegget er av luktende. En dodder kan oppdage små mengder kjemikalier utgitt i luften av nærliggende planter, og vil faktisk velge den som den finner tastiest! I et klassisk eksperiment viste forskere at dodder foretrekker tomat til hvete fordi det foretrekker lukten.
3B. hva med å høre?
Dette er litt vanskeligere fordi mens masse forskning støtter ideen om at planter ser, lukter, smaker og føler, er støtte for plantehørlig dyktighet indirekte proporsjonal med mengden anekdotisk informasjon vi har om hvordan musikk kan påvirke hvordan en plante vokser. Mange av oss har hørt historier om planter som blomstrer i rom med klassisk musikk. Vanligvis var mye av forskningen på musikk og planter, for å si det mildt, ikke utført av etterforskere med grunnlag i den vitenskapelige metoden. Ikke overraskende, i de fleste av disse studiene blomstret plantene i musikk som eksperimentøren også foretrukket.
fra et evolusjonært perspektiv kan det også være at planter ikke virkelig trenger å høre. Den evolusjonære fordelen skapt av hørsel hos mennesker og andre dyr fungerer som en måte kroppene våre advarer oss om potensielt farlige situasjoner. Våre tidlige menneskelige forfedre kunne høre et farlig rovdyr som stalket dem gjennom skogen, mens vi i dag hører motoren til en nærliggende bil. Hørsel muliggjør også rask kommunikasjon mellom individer og mellom dyr. Elefanter kan finne hverandre over store avstander ved å vokalisere subsoniske bølger som rumble rundt objekter og reise for miles. En delfin pod kan finne en delfin valp tapt i havet gjennom sin nød chirps. Det som er vanlig i alle disse situasjonene er at lyd muliggjør en rask kommunikasjon av informasjon og et svar, som ofte er bevegelse—flyr fra en brann, rømmer fra angrep, finner familie.
men planter er rotfestet, sessile organismer. Mens de kan vokse mot solen og bøye seg med tyngdekraften, kan de ikke flykte. De kan ikke flykte. De vandrer ikke med årstidene. Som sådan er kanskje de hørbare signalene vi er vant til i vår verden irrelevante for en plante.
Alt som blir sagt, må jeg dekke meg selv ved å påpeke at noen nyere undersøkelser tyder på at planter kan reagere på lyder. Ikke til musikk tankene deg, som er irrelevant for en plante, men til visse vibrasjoner. Det vil være veldig interessant å se hvordan dette panner ut.
4. Kommuniserer planter med hverandre?
på et grunnleggende nivå, ja. Men jeg antar det dreier seg om hvordan du definerer kommunikasjon. Det er ingen tvil om at planter reagerer på signaler fra andre planter. For eksempel, hvis et lønnetrær blir angrepet av feil, frigjør det et feromon i luften som hentes av de nærliggende trærne. Dette induserer mottakstrærne til å begynne å lage kjemikalier som vil hjelpe det å bekjempe det forestående bug-angrepet. Så på forsiden av det er dette definitivt kommunikasjon.
men jeg tror vi også må stille spørsmålet om hensikt(hvis vi selv kan bruke det ordet når vi beskriver planter, men humor meg mens jeg antropomorphize). Er trærne kommuniserer, mening er at angrepet treet advarer sine omkringliggende seg? Eller kan det være mer subtilt? Kanskje det er mer fornuftig at den angrepet grenen kommuniserer med de andre grenene av det samme treet i et forsøk på selvoverlevelse, mens de nærliggende trærne, vel, de er bare avlytting og drar nytte av signalet.
det finnes også andre eksempler på denne typen kommunikasjon. For eksempel viste en veldig nylig studie at planter også kommuniserer gjennom signaler som går fra rot til rot. I dette tilfellet hadde den «snakkende» planten blitt stresset av tørke, og den «fortalte» sine naboplanter for å forberede seg på mangel på vann. Vi vet at signalet gikk gjennom røttene fordi dette aldri skjedde hvis de to plantene bare var i nabopotter. De måtte ha nærliggende røtter.
5. Har planter et minne?
Planter har definitivt flere forskjellige former for minne, akkurat som folk gjør. De har korttidshukommelse, immunforsvar og til og med transgenerasjonelt minne! Jeg vet at dette er et vanskelig konsept å forstå for noen mennesker, men hvis minnet innebærer å danne minnet (kodingsinformasjon), beholde minnet (lagre informasjon) og huske minnet (hente informasjon), så husker planter definitivt. For eksempel Må En Venus Fluefelle ha to av hårene på bladene berørt av en feil for å lukke, så den husker at den første har blitt rørt. Men dette varer bare ca 20 sekunder, og så glemmer det. Hveteplanter husker at de har gått gjennom vinteren før de begynner å blomstre og lage frø. Og noen stressede planter gir opphav til avkom som er mer motstandsdyktige mot det samme stresset, en type transgenerasjonelt minne som også nylig er vist også hos dyr. Mens korttidshukommelsen i venus-fluefellen er strømbasert, i likhet med nevral aktivitet, er de langsiktige minner basert på epigenetikk — endringer i genaktivitet som ikke krever endringer i DNA-koden, som mutasjoner gjør, som fortsatt går ned fra foreldre til avkom.
6. Vil du da si at plantene «tenker»?
Nei jeg ville ikke, men kanskje det er der jeg fortsatt er begrenset i min egen tenkning! For meg er tenkning og informasjonsbehandling to forskjellige konstruksjoner. Jeg må være forsiktig her siden dette egentlig grenser til det filosofiske, men jeg tror målrettet tenkning krever en høyt utviklet hjerne og autonoetisk, eller i det minste noetisk, bevissthet. Planter viser elementer av anoetisk bevissthet som ikke inkluderer, i min forståelse, evnen til å tenke. Akkurat som en plante ikke kan lide subjektiv smerte i fravær av en hjerne, tror jeg heller ikke at den tenker.
7. Ser du noen analogi mellom hva planter gjør og hva den menneskelige hjernen gjør? Kan det være en nevrovitenskap av planter, minus nevronene?
Først av, Og i fare for å fornærme noen av mine nærmeste venner, tror jeg begrepet plantenevrobiologi er så latterlig som menneskelig blomsterbiologi. Planter har ikke nevron akkurat som mennesker ikke har blomster!
Men du trenger ikke nevroner for å ha celle til celle kommunikasjon og informasjon lagring og behandling. Selv hos dyr blir ikke all informasjon behandlet eller lagret bare i hjernen. Hjernen er dominerende i høyere ordrebehandling i mer komplekse dyr, men ikke i enkle. Ulike deler av anlegget kommuniserer med hverandre, utveksler informasjon om cellulære, fysiologiske og miljømessige tilstander. For eksempel er rotvekst avhengig av et hormonalt signal som genereres i spissene av skudd og transporteres til de voksende røttene, mens skuddutvikling er delvis avhengig av et signal som genereres i røttene. Bladene sender signaler til spissen av skytingen og forteller dem å begynne å lage blomster. På denne måten, hvis du virkelig ønsker å gjøre noen store hånd vinke, hele anlegget er analog til hjernen.
men mens planter ikke har nevroner, produserer planter både og påvirkes av nevroaktive kjemikalier! For eksempel er glutamatreseptoren en neuroreceptor i den menneskelige hjerne som er nødvendig for minneformasjon og læring. Mens planter ikke har nevroner, har de glutamatreseptorer, og det som er fascinerende er at de samme stoffene som hemmer den humane glutamatreseptoren også påvirker planter. Fra å studere disse proteinene i planter har forskere lært hvordan glutamatreseptorer formidler kommunikasjon fra celle til celle. Så kanskje spørsmålet bør stilles til en nevrobiolog om det kunne være en botanikk av mennesker, minus blomstene!
Darwin, en av de store planteforskerne, foreslo det som har blitt kjent som «rot-hjerne» – hypotesen. Darwin foreslo at spissen av roten, den delen som vi kaller meristem, virker som hjernen gjør i lavere dyr, mottar sensorisk inngang og styrer bevegelse. Flere moderne forskningsgrupper følger opp på denne forskningslinjen.
er du en forsker som spesialiserer seg på nevrovitenskap, kognitiv vitenskap eller psykologi? Og har du lest et nylig peer-reviewed papir som du vil skrive om? Vennligst send forslag Til Mind Matters redaktør Gareth Cook, En Pulitzer-prisvinnende journalist Ved Boston Globe. Han kan nås på garethideas PÅ gmail.com eller Twitter @ garethideas .