hur medvetna är växter? Detta är den centrala frågan bakom en fascinerande ny bok,” Vad en växt vet”, av Daniel Chamovitz, chef för Manna Center for Plant Biosciences vid Tel Aviv University. En växt, argumenterar han, kan se, lukta och känna. Det kan montera ett försvar när Under belägring, och varna sina grannar problem på vägen. En växt kan till och med sägas ha ett minne. Men betyder det att växter tänker-eller att man kan tala om en ”neurovetenskap” av blomman? Chamovitz svarade på frågor från Mind Matters redaktör Gareth Cook.
1. Hur blev du först intresserad av detta ämne?
mitt intresse för parallellerna mellan växt-och mänskliga sinnen började när jag var en ung postdoktor i laboratoriet vid Xing-Wang Deng vid Yale University i mitten av 1990-talet. jag var intresserad av att studera en biologisk process som skulle vara specifik för växter och inte skulle kopplas till mänsklig biologi (förmodligen som ett svar på de sex andra ”läkarna” i min familj, som alla är läkare). Så jag drogs till frågan om hur växter känner ljus för att reglera deras utveckling.
det har varit känt i årtionden att växter använder ljus inte bara för fotosyntes utan också som en signal som förändrar hur växter växer. I min forskning upptäckte jag en unik grupp gener som var nödvändiga för en växt för att avgöra om det är i ljuset eller i mörkret. När vi rapporterade våra resultat visade det sig att dessa gener var unika för växtriket, vilket passade bra med min önskan att undvika att något berör mänsklig biologi. Men mycket till min förvåning och mot alla mina planer upptäckte jag senare att samma grupp gener också är en del av det mänskliga DNA.
detta ledde till den uppenbara frågan om vad dessa till synes ”växtspecifika” gener gör hos människor. Många år senare vet vi nu att samma gener är viktiga hos djur för tidpunkten för celldelning, axonal tillväxt av neuroner och immunsystemets korrekta funktion.
men mest otroligt reglerar dessa gener också svar på ljus hos djur! Medan vi inte ändrar vår form som svar på ljus som växter gör, påverkas vi av lab på nivån av vår interna klocka. Våra interna cirkadiska klockor håller oss på en 24 timmars rytm, varför när vi reser halvvägs runt om i världen upplever vi jetlag. Men den här klockan kan återställas med ljus. För några år sedan visade jag, i samarbete med Justin Blau på NYU, att mutanta fruktflugor som saknade några av dessa gener förlorade förmågan att reagera på ljus. Med andra ord, om vi bytte klockor, stannade de kvar i jetlag.
detta fick mig att inse att den genetiska skillnaden mellan växter och djur inte är så signifikant som jag en gång naivt trodde. Så medan jag inte aktivt undersökte detta område började jag ifrågasätta parallellerna mellan växt-och humanbiologi även när min egen forskning utvecklades från att studera växtsvar på ljus till leukemi hos fruktflugor.
2. Hur tror du att människor ska ändra hur de tänker på växter?
människor måste inse att växter är komplexa organismer som lever rika, sensuella liv. Du vet att många av oss relaterar till växter som livlösa föremål, inte mycket annorlunda än stenar. Även det faktum att många människor ersätter silkeblommor för riktiga, eller konstgjorda julgranar för en levande, är exemplifierande på någon nivå av hur vi relaterar till växter. Du vet, jag känner inte någon som håller en uppstoppad hund i stället för en riktig!
men om vi inser att all växtbiologi härrör från den evolutionära förträngningen av ”rootedness” som håller växter orörliga, kan vi börja uppskatta den mycket sofistikerade biologin som pågår i löv och blommor. Om du tänker på det är rootedness en enorm evolutionär begränsning. Det betyder att växter inte kan undkomma en dålig miljö, inte kan migrera i sökandet efter mat eller en kompis. Så växter var tvungna att utveckla otroligt känsliga och komplexa sensoriska mekanismer som skulle låta dem överleva i ständigt föränderliga miljöer. Jag menar om du är hungrig eller törstig kan du gå till närmaste vattenhål (eller bar). Om du är het kan du flytta norrut, om du letar efter en kompis kan du gå ut på fest. Men växter är orörliga. De måste se var deras mat är. De behöver känna vädret, och de behöver lukta fara. Och då måste de kunna integrera all denna mycket dynamiska och föränderliga information. Bara för att vi inte ser växter som rör sig betyder inte att det inte finns en mycket rik och dynamisk värld som pågår inuti växten.
3. Du säger att växter har en luktsans?
visst. Men för att svara på detta måste vi definiera för oss själva vad ”lukt” är. När vi luktar något känner vi en flyktig kemikalie som är upplöst i luften och reagerar sedan på något sätt på denna lukt. Det tydligaste exemplet i växter är vad som händer under fruktmognad. Du kanske har hört att om du lägger en mogen och en omogen frukt i samma påse, kommer den omogna att mogna snabbare. Detta händer eftersom den mogna släpper ut en mognande feromon i luften, och den gröna frukten luktar den och börjar sedan mogna sig själv. Detta händer inte bara i våra kök, men också, eller till och med främst, i naturen. När en frukt börjar mogna, frigör den detta hormon som kallas eten, vilket känns av närliggande frukter, tills hela träd och lundar mognar mer eller mindre i synkronisering.
ett annat exempel på en växt som använder lukt är hur en parasitisk växt som kallas dodder hittar sin mat. Dodder kan inte göra fotosyntes, och så måste leva av andra växter. Hur den hittar sin värdväxt är genom att lukta. En dodder kan upptäcka små mängder kemikalier som släpps ut i luften av angränsande växter, och kommer faktiskt att välja den som den finner godaste! I ett klassiskt experiment visade forskare att dodder föredrar tomat till vete eftersom det föredrar lukten.
3B. vad sägs om att höra?
Detta är lite svårare eftersom medan massor av forskning stöder tanken att växter ser, luktar, smakar och känner, är stöd för växters hörselförmåga indirekt proportionell mot mängden anekdotisk information vi har om hur musik kan påverka hur en växt växer. Många av oss har hört historier om växter som blomstrar i rum med klassisk musik. Typiskt, fastän, mycket av forskningen om musik och växter var, för att uttrycka det milt, inte utförs av utredare grundad i den vetenskapliga metoden. Inte överraskande, i de flesta av dessa studier blomstrade växterna i musik som experimenten också föredrog.
ur ett evolutionärt perspektiv kan det också vara att växter inte riktigt behöver höra. Den evolutionära fördelen som skapas av att höra hos människor och andra djur fungerar som ett sätt som våra kroppar varnar oss för potentiellt farliga situationer. Våra tidiga mänskliga förfäder kunde höra en farlig rovdjur förfölja dem genom skogen, medan vi idag hör motorn i en närmande bil. Hörsel möjliggör också snabb kommunikation mellan individer och mellan djur. Elefanter kan hitta varandra över stora avstånd genom att vocalizing subsonic vågor som rumble runt objekt och resa för miles. En delfin pod kan hitta en delfin valp förlorade i havet genom sin nöd kvittrar. Det som är vanligt i alla dessa situationer är att ljud möjliggör en snabb kommunikation av information och ett svar, som ofta är rörelse—flyr från en eld, flyr från attack, hitta familj.
men växter är rotade, sessila organismer. Medan de kan växa mot solen och böja sig med tyngdkraften, kan de inte fly. De kan inte fly. De migrerar inte med årstiderna. Som sådan kanske de hörbara signalerna vi är vana vid i vår värld är irrelevanta för en växt.
allt som sägs måste jag täcka mig själv genom att påpeka att några mycket nya forskningstips om att växter kan svara på ljud. Inte för musik, vilket är irrelevant för en växt, men för vissa vibrationer. Det blir väldigt intressant att se hur det här pannar ut.
4. Kommunicerar växter med varandra?
på grundnivå, ja. Men jag antar att det handlar om hur du definierar kommunikation. Det råder ingen tvekan om att växter svarar på signaler från andra växter. Till exempel, om ett lönnträd attackeras av buggar, släpper det ut en feromon i luften som plockas upp av de närliggande träden. Detta får de mottagande träden att börja göra kemikalier som hjälper till att bekämpa den förestående buggattacken. Så i ansiktet av det, Detta är definitivt kommunikation.
men jag tror att vi också måste ställa frågan om avsikt (om vi ens kan använda det ordet när vi beskriver växter, men humor mig medan jag antropomorfiserar). Kommunicerar träden, vilket betyder att det attackerade trädet varnar sina omgivande? Eller kan det vara mer subtilt? Kanske är det mer meningsfullt att den attackerade grenen kommunicerar med de andra grenarna av samma träd i ett försök för självöverlevnad, medan de närliggande träden, ja de avlyssnar bara och drar nytta av signalen.
det finns också andra exempel på denna typ av kommunikation. Till exempel visade en mycket ny studie att växter också kommunicerar genom signaler som skickas från rot till rot. I det här fallet hade den ”talande” växten stressats av torka, och den ”berättade” sina närliggande växter för att förbereda sig för brist på vatten. Vi vet att signalen gick igenom rötterna eftersom det aldrig hände om de två växterna helt enkelt var i angränsande krukor. De var tvungna att ha angränsande rötter.
5. Har växter ett minne?
växter har definitivt flera olika former av minne, precis som människor gör. De har korttidsminne, immunminne och till och med transgenerationsminne! Jag vet att det här är ett svårt koncept att förstå för vissa människor, men om minnet innebär att minnet bildas (kodar information), behåller minnet (lagrar information) och återkallar minnet (hämtar information), så kommer växter definitivt ihåg. Till exempel måste en Venus flugfälla ha två av håren på sina löv rörda av en bugg för att stänga, så den kommer ihåg att den första har berörts. Men detta varar bara cirka 20 sekunder, och sedan glömmer det. Veteplantor kommer ihåg att de har gått igenom vintern innan de börjar blomma och göra frön. Och vissa stressade växter ger upphov till avkommor som är mer resistenta mot samma stress, en typ av transgenerationsminne som också nyligen visats också hos djur. Medan korttidsminnet i venus fly trap är elbaserat, ungefär som neural aktivitet, är de långsiktiga minnena baserade på epigenetik — förändringar i genaktivitet som inte kräver förändringar i DNA-koden, som mutationer gör, som fortfarande överförs från förälder till avkomma.
6. Skulle du då säga att växter ”tänker”?
Nej det skulle jag inte, men det är kanske där jag fortfarande är begränsad i mitt eget tänkande! För mig är tänkande och informationsbehandling två olika konstruktioner. Jag måste vara försiktig här eftersom detta verkligen gränsar till det filosofiska, men jag tror att målmedvetet tänkande kräver en högt utvecklad hjärna och autonoetisk, eller åtminstone noetisk, medvetenhet. Växter uppvisar element av anoetiskt medvetande som inte inkluderar, i min förståelse, förmågan att tänka. Precis som en växt inte kan drabbas av subjektiv smärta i frånvaro av en hjärna, tror jag inte heller att den tänker.
7. Ser du någon analogi mellan vad växter gör och vad den mänskliga hjärnan gör? Kan det finnas en neurovetenskap av växter, minus neuronerna?
först och med risk för att förolämpa några av mina närmaste vänner tror jag att termen växtneurobiologi är lika löjlig som att säga, mänsklig blombiologi. Växter har inte neuron precis som människor inte har blommor!
men du behöver inte neuroner för att få cell till cellkommunikation och informationslagring och bearbetning. Även hos djur bearbetas eller lagras inte all information endast i hjärnan. Hjärnan dominerar i högre ordningsbehandling i mer komplexa djur, men inte i enkla. Olika delar av växten kommunicerar med varandra, utbyter information om cellulära, fysiologiska och miljömässiga tillstånd. Till exempel är rottillväxt beroende av en hormonell signal som genereras i skottens spetsar och transporteras till de växande rötterna, medan skottutvecklingen delvis är beroende av en signal som genereras i rötterna. Bladen skickar signaler till skottets spets och säger att de ska börja göra blommor. På detta sätt, om du verkligen vill göra några större hand vinka, hela anläggningen är analog med hjärnan.
men medan växter inte har neuroner, producerar växter både och påverkas av neuroaktiva kemikalier! Till exempel är glutamatreceptorn en neuroreceptor i den mänskliga hjärnan som är nödvändig för minnesbildning och inlärning. Medan växter inte har neuroner, har de glutamatreceptorer och det som är fascinerande är att samma läkemedel som hämmar den mänskliga glutamatreceptorn också påverkar växter. Från att studera dessa proteiner i växter har forskare lärt sig hur glutamatreceptorer förmedlar kommunikation från cell till cell. Så kanske frågan bör ställas till en neurobiolog om det kan finnas en botanik av människor, minus blommorna!
Darwin, en av de stora växtforskarna, föreslog det som har blivit känt som ”root-brain” – hypotesen. Darwin föreslog att rotens spets, den del som vi kallar meristem, fungerar som hjärnan gör i lägre djur, får sensorisk inmatning och styr rörelse. Flera moderna forskargrupper följer upp denna forskningslinje.
är du en forskare som specialiserat sig på neurovetenskap, kognitiv vetenskap eller psykologi? Och har du läst en nyligen peer-reviewed papper som du vill skriva om? Vänligen skicka förslag till Mind Matters redaktör Gareth Cook, en Pulitzerprisvinnande journalist på Boston Globe. Han kan nås på garethideas på gmail.com eller Twitter @garethideas.