hoe bewust zijn planten? Dit is de centrale vraag achter een fascinerend nieuw boek, “wat een Plant weet”, van Daniel Chamovitz, directeur van het Manna Center for Plant Biosciences aan de Universiteit van Tel Aviv. Een plant, stelt hij, kan zien, ruiken en voelen. Het kan een verdediging opzetten als het belegerd wordt, en zijn buren waarschuwen voor problemen onderweg. Een plant heeft zelfs een geheugen. Maar betekent dit dat planten denken-of dat men kan spreken van een” neurowetenschap ” van de bloem? Chamovitz beantwoordde vragen van hoofdredacteur Gareth Cook.
1. Hoe ben je voor het eerst geïnteresseerd geraakt in dit onderwerp?Mijn interesse in de parallellen tussen planten-en menselijke zintuigen begon toen ik een jonge postdoctorale fellow was in het laboratorium van Xing-Wang Deng aan de Yale University in het midden van de jaren negentig. ik was geïnteresseerd in het bestuderen van een biologisch proces dat specifiek zou zijn voor planten en niet verbonden zou zijn met de menselijke biologie (waarschijnlijk als reactie op de zes andere “artsen” in mijn familie, die allemaal artsen zijn). Dus werd ik aangetrokken door de vraag hoe planten licht aanvoelen om hun ontwikkeling te reguleren.
het was al tientallen jaren bekend dat planten licht niet alleen gebruiken voor fotosynthese, maar ook als een signaal dat de manier waarop planten groeien verandert. In mijn onderzoek ontdekte ik een unieke groep genen die een plant nodig heeft om te bepalen of hij in het licht of in het donker staat. Toen we onze bevindingen rapporteerden, bleek dat deze genen uniek waren voor het plantenrijk, wat goed paste bij mijn verlangen om iets te vermijden dat de menselijke biologie raakt. Maar tot mijn verbazing en tegen al mijn plannen in, ontdekte ik later dat dezelfde groep genen ook deel uitmaakt van het menselijk DNA.Dit leidde tot de voor de hand liggende vraag wat deze ogenschijnlijk “plantspecifieke” genen bij mensen doen. Vele jaren later weten we nu dat dezelfde genen bij dieren belangrijk zijn voor de timing van celdeling, de axonale groei van neuronen en de goede werking van het immuunsysteem.
maar het meest verbazingwekkende is dat deze genen ook de respons op licht bij dieren reguleren! Hoewel we onze vorm niet veranderen in reactie op licht zoals planten doen, worden we beïnvloed door het lab op het niveau van onze interne klok. Onze interne circadiaanse klokken houden ons op een 24-uurs ritme, dat is de reden waarom als we halverwege de wereld reizen we ervaren jetlag. Maar deze klok kan worden gereset door licht. Een paar jaar geleden toonde ik, in samenwerking met Justin Blau van NYU, dat gemuteerde fruitvliegen die sommige van deze genen ontbraken, het vermogen verloren om op licht te reageren. Met andere woorden, als we hun klokken verwisselden, bleven ze in jetlag.Dit leidde me tot het besef dat het genetische verschil tussen planten en dieren niet zo groot is als ik ooit naïef had gedacht. Dus terwijl ik dit veld niet actief onderzocht, begon ik de parallellen tussen planten-en menselijke biologie te betwijfelen, zelfs toen mijn eigen onderzoek evolueerde van het bestuderen van plantenresponsen op licht tot leukemie bij fruitvliegen.
2. Hoe denk je dat mensen moeten veranderen hoe ze over planten denken?
mensen moeten zich realiseren dat planten complexe organismen zijn die een rijk, sensueel leven leiden. Je weet dat velen van ons planten beschouwen als levenloze objecten, niet veel anders dan stenen. Zelfs het feit dat veel mensen zijdebloemen vervangen door echte, of kunstkerstbomen voor een levende, is voorbeeldig op een bepaald niveau van hoe we ons verhouden tot planten. Ik ken niemand die een opgezette hond in plaats van een echte houdt.
maar als we ons realiseren dat alle plantenbiologie voortkomt uit de evolutionaire vernauwing van de “wortelvastheid” die planten onbeweeglijk houdt, dan kunnen we beginnen de zeer geavanceerde biologie te waarderen die gaande is in bladeren en bloemen. Als je erover nadenkt, wortelvastheid is een enorme evolutionaire beperking. Het betekent dat planten niet kunnen ontsnappen aan een slechte omgeving, niet kunnen migreren in de zoektocht naar voedsel of een partner. Planten moesten dus ongelooflijk gevoelige en complexe zintuiglijke mechanismen ontwikkelen die hen in staat zouden stellen te overleven in steeds veranderende omgevingen. Ik bedoel als je honger of dorst hebt, kun je lopen naar de dichtstbijzijnde drinkplaats (of bar). Als je het warm hebt, kun je naar het noorden gaan, als je op zoek bent naar een partner, kun je naar een feestje gaan. Maar planten zijn onbeweeglijk. Ze moeten zien waar hun eten is. Ze moeten het weer voelen, en ze moeten gevaar ruiken. En dan moeten ze in staat zijn om al deze zeer dynamische en veranderende informatie te integreren. Alleen omdat we geen planten zien bewegen betekent niet dat er geen zeer rijke en dynamische wereld gaande is in de plant.
3. Je zegt dat planten een reukzin hebben?
zeker. Maar om dit te beantwoorden moeten we voor onszelf definiëren wat “geur” is. Als we iets ruiken, voelen we een vluchtige chemische stof die is opgelost in de lucht, en reageren dan op een of andere manier op deze geur. Het duidelijkste voorbeeld in planten is wat er gebeurt tijdens het rijpen van fruit. Je hebt misschien gehoord dat als je een rijpe en een onrijpe vrucht samen in dezelfde zak doet, de onrijpe sneller zal rijpen. Dit gebeurt omdat de rijpe een rijpend feromoon in de lucht loslaat, en het groene fruit het ruikt en dan zelf begint te rijpen. Dit gebeurt niet alleen in onze keukens, maar ook, of zelfs vooral, in de natuur. Wanneer een vrucht begint te rijpen, geeft het dit hormoon dat ethyleen wordt genoemd, dat wordt gevoeld door naburige vruchten, totdat hele bomen en bosjes min of meer synchroon rijpen.
een ander voorbeeld van een plant die geur gebruikt is hoe een parasitaire plant genaamd dodder zijn voedsel vindt. Dodder kan geen fotosynthese doen en moet dus van andere planten leven. De manier waarop hij zijn waardplant vindt is door te ruiken. Een dodder kan minieme hoeveelheden chemicaliën detecteren die vrijkomen in de lucht door naburige planten, en zal eigenlijk degene kiezen die het lekkerst vindt! In een klassiek experiment toonden wetenschappers aan dat dodder de voorkeur geeft aan tomaat boven tarwe omdat hij de geur verkiest.
3B. hoe zit het met horen?
dit is een beetje lastiger omdat, hoewel veel onderzoek het idee ondersteunt dat planten zien, ruiken, proeven en voelen, ondersteuning voor het gehoorvermogen van planten indirect evenredig is met de hoeveelheid anekdotische informatie die we hebben over de manieren waarop muziek de groei van een plant kan beïnvloeden. Velen van ons hebben verhalen gehoord over planten die bloeien in kamers met klassieke muziek. Typisch, hoewel, veel van het onderzoek op muziek en planten was, op zijn zachtst gezegd, niet uitgevoerd door onderzoekers gebaseerd op de wetenschappelijke methode. Niet verrassend, in de meeste van deze studies, de planten gedijen in muziek die de experimentator ook de voorkeur.
vanuit een evolutionair perspectief kan het ook zijn dat planten niet echt nodig hebben om te horen. Het evolutionaire voordeel gecreëerd door het horen bij mensen en andere dieren dient als een manier waarop ons lichaam ons waarschuwt voor potentieel gevaarlijke situaties. Onze vroege menselijke voorouders konden een gevaarlijk roofdier hen door het bos horen stalken, terwijl we vandaag de motor van een naderende auto horen. Gehoor maakt ook snelle communicatie mogelijk tussen individuen en tussen dieren. Olifanten kunnen elkaar over grote afstanden vinden door subsonische golven te vocaliseren die rond objecten rommelen en kilometers reizen. Een dolfijn pod kan een dolfijn pup vinden verloren in de oceaan door zijn noodtjirps. Wat gebruikelijk is in al deze situaties is dat geluid een snelle communicatie van informatie en een reactie mogelijk maakt, die vaak beweging is—vluchten voor een brand, ontsnappen aan een aanval, familie vinden.
maar planten zijn wortelstokken. Terwijl ze naar de zon kunnen groeien en buigen met de zwaartekracht, kunnen ze niet vluchten. Ze kunnen niet ontsnappen. Ze trekken niet mee met de seizoenen. Als zodanig zijn de hoorbare signalen die we in onze wereld gewend zijn misschien irrelevant voor een plant.
dit gezegd zijnde, moet ik mijzelf bedekken door erop te wijzen dat een aantal zeer recent onderzoek aanwijzingen geeft dat planten kunnen reageren op geluiden. Niet voor muziek, wat niet relevant is voor een plant, maar voor bepaalde vibraties. Het zal heel interessant zijn om te zien hoe dit uitpakt.
4. Communiceren planten met elkaar?
op basisniveau, Ja. Maar ik denk dat het draait om hoe je communicatie definieert. Het lijdt geen twijfel dat planten reageren op signalen van andere planten. Bijvoorbeeld, als een esdoorn wordt aangevallen door bugs, het geeft een feromoon in de lucht die wordt opgepikt door de naburige bomen. Dit induceert de ontvangende bomen om te beginnen met het maken van chemicaliën die het zal helpen de dreigende bug aanval te bestrijden. Op het eerste gezicht is dit zeker communicatie.
maar ik denk dat we ook de vraag moeten stellen naar de intentie (als we dat woord zelfs kunnen gebruiken bij het beschrijven van planten, maar doe me een plezier terwijl ik antropomorfiseer). Communiceren de bomen, wat betekent dat de aangevallen boom zijn omgeving waarschuwt? Of kan het subtieler? Misschien is het logischer dat de aangevallen tak communiceert met de andere takken van dezelfde boom in een poging om zelf te overleven, terwijl de naburige bomen, nou ja, ze gewoon afluisteren en profiteren van het signaal.
er zijn ook andere voorbeelden van dit type communicatie. Een zeer recente studie toonde bijvoorbeeld aan dat planten ook communiceren via signalen die van wortel tot wortel worden doorgegeven. In dit geval de “praten” plant was benadrukt door droogte, en het “vertelde” haar naburige planten voor te bereiden op een gebrek aan water. We weten dat het signaal ging door de wortels omdat dit nooit gebeurd als de twee planten waren gewoon in naburige potten. Ze moesten naburige wortels hebben.
5. Hebben planten een geheugen?
planten hebben zeker verschillende vormen van geheugen, net als mensen. Ze hebben kortetermijngeheugen, immuungeheugen en zelfs transgenerationeel geheugen! Ik weet dat dit een moeilijk concept om te begrijpen voor sommige mensen, maar als het geheugen houdt het vormen van het geheugen (coderen van informatie), het behoud van het geheugen (het opslaan van informatie), en herinnerend aan het geheugen (het ophalen van informatie), dan planten zeker herinneren. Een Venusval moet bijvoorbeeld twee haren op zijn bladeren hebben aangeraakt door een insect om te sluiten, zodat hij zich herinnert dat de eerste is aangeraakt. Maar dit duurt slechts ongeveer 20 seconden, en dan vergeet het. Tarwe zaailingen onthouden dat ze zijn gegaan door de winter voordat ze beginnen te bloeien en zaden te maken. Sommige gestresste planten geven nakomelingen die beter bestand zijn tegen dezelfde stress, een soort transgenerationeel geheugen dat onlangs ook bij dieren is aangetoond. Terwijl het korte-termijngeheugen in de venusvlieg trap op elektriciteit is gebaseerd, net als neurale activiteit, zijn de langere — termijngeheugens gebaseerd op epigenetica-veranderingen in genactiviteit die geen veranderingen in de DNA-code vereisen, zoals mutaties, die nog steeds worden doorgegeven van ouder op nageslacht.
6. Zou je dan zeggen, dat planten “denken”?
Nee, dat zou ik niet doen, maar misschien is dat waar ik nog steeds beperkt ben in mijn eigen denken! Voor mij zijn denken en informatieverwerking twee verschillende constructies. Ik moet hier voorzichtig zijn omdat dit echt grenst aan het filosofische, maar ik denk dat doelgericht denken vereist een hoog ontwikkelde hersenen en autonome, of op zijn minst noetische, bewustzijn. Planten vertonen elementen van anoetisch bewustzijn die, naar mijn mening, het vermogen om te denken niet omvatten. Net zoals een plant geen subjectieve pijn kan lijden zonder hersenen, denk ik ook niet dat hij denkt.
7. Zie je een analogie tussen wat planten doen en wat het menselijk brein doet? Kan er een neurowetenschap van planten zijn, minus de neuronen?
Ten eerste, en met het risico dat ik sommige van mijn beste vrienden beledig, denk ik dat de term plantenneurobiologie net zo belachelijk is als bijvoorbeeld de menselijke bloembiologie. Planten hebben geen neuron net zoals mensen geen bloemen hebben!
maar je hebt geen neuronen nodig om cel-celcommunicatie en informatieopslag en-verwerking te hebben. Zelfs bij dieren wordt niet alle informatie alleen in de hersenen verwerkt of opgeslagen. De hersenen zijn dominant in hogere orde verwerking in meer complexe dieren, maar niet in eenvoudige. Verschillende delen van de plant communiceren met elkaar en wisselen informatie uit over cellulaire, fysiologische en omgevingsomstandigheden. Wortelgroei is bijvoorbeeld afhankelijk van een hormonaal signaal dat in de toppen van de scheuten wordt gegenereerd en naar de groeiende wortels wordt getransporteerd, terwijl de scheutontwikkeling gedeeltelijk afhankelijk is van een signaal dat in de wortels wordt gegenereerd. Bladeren sturen signalen naar de top van de shoot vertellen hen om te beginnen met het maken van bloemen. Op deze manier, als je echt wat grote handzwaaien wilt doen, is de hele plant analoog aan de hersenen.
maar terwijl planten geen neuronen hebben, produceren planten zowel neuroactieve chemicaliën als worden ze aangetast! Bijvoorbeeld, is de glutamaatreceptor een neuroreceptor in de menselijke hersenen noodzakelijk voor geheugenvorming en het leren. Terwijl planten geen neuronen hebben, hebben ze wel glutamaatreceptoren en wat fascinerend is, is dat dezelfde medicijnen die de menselijke glutamaatreceptor remmen ook planten beïnvloeden. Van het bestuderen van deze proteã nen in installaties, hebben de wetenschappers geleerd hoe glutamaatreceptoren communicatie van cel aan cel bemiddelen. Dus misschien moet de vraag worden gesteld aan een neurobioloog of er een plantkunde van mensen zou kunnen zijn, minus de bloemen!Darwin, een van de grote plantenonderzoekers, stelde de zogenaamde “root-brain” – hypothese voor. Darwin stelde voor dat de top van de wortel, het deel dat we de meristem noemen, werkt zoals de hersenen dat doen bij lagere dieren, het ontvangen van zintuiglijke input en het sturen van beweging. Verschillende hedendaagse onderzoeksgroepen volgen deze onderzoekslijn op.Bent u een wetenschapper die gespecialiseerd is in neurowetenschappen, cognitieve wetenschappen of psychologie? En heb je een recente peer-reviewed paper gelezen waar je over zou willen schrijven? Stuur suggesties naar Mind Matters editor Gareth Cook, een Pulitzer prijs winnende journalist bij de Boston Globe. Hij is te bereiken op garethideas op gmail.com of Twitter @garethideas.