hvor Opmærksomme er planter? Dette er det centrale spørgsmål bag en fascinerende ny bog,” Hvad en plante Ved”, af Daniel Chamovits, direktør for Manna Center for Plant Biosciences ved Tel Aviv University. En plante, hævder han, kan se, lugte og føle. Det kan montere et forsvar, når det er under belejring, og advare sine naboer om problemer undervejs. En plante kan endda siges at have en hukommelse. Men betyder det, at planter tænker — eller at man kan tale om en “neurovidenskab” af blomsten? Svar på spørgsmål fra Mind Matters redaktør Gareth Cook.
1. Hvordan blev du først interesseret i dette emne?
min interesse for parallellerne mellem plante-og menneskelige sanser startede, da jeg var ung postdoktor i laboratoriet ved Yale University i midten af 1990 ‘ erne. jeg var interesseret i at studere en biologisk proces, der ville være specifik for planter og ikke ville være forbundet med menneskelig biologi (sandsynligvis som svar på de seks andre “læger” i min familie, som alle er læger). Så jeg blev tiltrukket af spørgsmålet om, hvordan planter fornemmer lys for at regulere deres udvikling.
det havde været kendt i årtier, at planter bruger lys ikke kun til fotosyntese, men også som et signal, der ændrer den måde, planter vokser på. I min forskning opdagede jeg en unik gruppe af gener, der var nødvendige for en plante for at afgøre, om det er i lyset eller i mørket. Da vi rapporterede vores fund, det så ud til, at disse gener var unikke for planteriget, som passer godt sammen med mit ønske om at undgå noget, der berører menneskelig biologi. Men meget til min overraskelse og imod alle mine planer opdagede jeg senere, at den samme gruppe gener også er en del af det menneskelige DNA.
dette førte til det åbenlyse spørgsmål om, hvad disse tilsyneladende “plantespecifikke” gener gør hos mennesker. Mange år senere ved vi nu, at disse samme gener er vigtige hos dyr for timingen af celledeling, den aksonale vækst af neuroner og immunsystemets korrekte funktion.
men mest forbløffende regulerer disse gener også reaktioner på lys hos dyr! Selvom vi ikke ændrer vores form som reaktion på lys, som planter gør, påvirkes vi af laboratoriet på niveau med vores interne ur. Vores interne cirkadiske ure holder os på en 24 timers rytme, og derfor oplever vi jetlag, når vi rejser halvvejs rundt om i verden. Men dette ur kan nulstilles af lys. For et par år siden viste jeg I samarbejde med Justin Blau på NYU, at mutante frugtfluer, der manglede nogle af disse gener, mistede evnen til at reagere på lys. Med andre ord, hvis vi ændrede deres ure, forblev de i jetlag.
dette fik mig til at indse, at den genetiske forskel mellem planter og dyr ikke er så signifikant, som jeg engang naivt havde troet. Så selvom jeg ikke aktivt undersøgte dette felt, begyndte jeg at stille spørgsmålstegn ved parallellerne mellem plante-og humanbiologi, selvom min egen forskning udviklede sig fra at studere plantesvar til lys til leukæmi i frugtfluer.
2. Hvordan tror folk, at de skal ændre, hvordan de tænker på planter?
folk er nødt til at indse, at planter er komplekse organismer, der lever rige, sensuelle liv. Du ved, at mange af os forholder os til planter som livløse genstande, ikke meget forskellige fra sten. Selv det faktum, at mange mennesker erstatter silkeblomster med rigtige eller kunstige juletræer med en levende, er eksemplarisk på et eller andet niveau af, hvordan vi forholder os til planter. Du ved, jeg kender ikke nogen, der holder en udstoppet hund i stedet for en rigtig!
men hvis vi indser, at al Plantebiologi stammer fra den evolutionære indsnævring af “rodfæstelsen”, der holder planter immobile, så kan vi begynde at sætte pris på den meget sofistikerede biologi, der foregår i blade og blomster. Hvis du tænker over det, er rodethed en enorm evolutionær begrænsning. Det betyder, at planter ikke kan undslippe et dårligt miljø, kan ikke migrere i søgen efter mad eller en makker. Så planter måtte udvikle utroligt følsomme og komplekse sensoriske mekanismer, der ville lade dem overleve i stadigt skiftende miljøer. Jeg mener, hvis du er sulten eller tørstig, kan du gå til nærmeste vandhul (eller bar). Hvis du er varm, du kan flytte nordpå, hvis du leder efter en kammerat, du kan gå ud til en fest. Men planter er immobile. De skal se, hvor deres mad er. De har brug for at føle vejret, og de har brug for at lugte fare. Og så skal de være i stand til at integrere al denne meget dynamiske og skiftende information. Bare fordi vi ikke ser planter flytte betyder ikke, at der ikke er en meget rig og dynamisk verden foregår inde i planten.
3. Du siger, at planter har en lugtesans?
sikker. Men for at besvare dette er vi nødt til at definere for os selv, hvad “lugt” er. Når vi lugter noget, fornemmer vi et flygtigt kemikalie, der er opløst i luften, og reagerer derefter på en eller anden måde på denne lugt. Det klareste eksempel i planter er, hvad der sker under frugt modning. Du har måske hørt, at hvis du lægger en moden og en umoden frugt sammen i den samme pose, modnes den umodne hurtigere. Dette sker, fordi den modne frigiver en modnet feromon i luften, og den grønne frugt lugter den og begynder derefter at modne sig selv. Dette sker ikke kun i vores køkkener, men også eller endda primært i naturen. Når en frugt begynder at modnes, frigiver den dette hormon, der kaldes ethylen, som registreres af nabofrugter, indtil hele træer og lunde modnes mere eller mindre synkront.
et andet eksempel på en plante, der bruger lugt, er, hvordan en parasitisk plante kaldet dodder finder sin mad. Dodder kan ikke lave fotosyntese, og det skal også leve af andre planter. Den måde, den finder sin værtsplante på, er ved at lugte. En dodder kan registrere små mængder kemikalier, der frigives i luften af naboplanter, og vil faktisk vælge den, den finder mest velsmagende! I et klassisk eksperiment viste forskere, at dodder foretrækker tomat frem for hvede, fordi det foretrækker lugten.
3B. hvad med at høre?
dette er lidt vanskeligere, for mens masser af forskning understøtter ideen om, at planter ser, lugter, smager og føler, er støtte til plantens auditive dygtighed indirekte proportional med mængden af anekdotisk information, vi har om måder, hvorpå musik kan påvirke, hvordan en plante vokser. Mange af os har hørt historier om planter, der blomstrer i værelser med klassisk musik. Typisk, selvom, meget af forskningen om musik og planter var, for at sige det mildt, ikke udført af efterforskere baseret på den videnskabelige metode. Ikke overraskende trivedes planterne i de fleste af disse undersøgelser i musik, som eksperimentatoren også foretrak.
fra et evolutionært perspektiv kan det også være, at planter ikke rigtig har brug for at høre. Den evolutionære fordel, der skabes ved at høre hos mennesker og andre dyr, tjener som en måde, hvorpå vores kroppe advarer os om potentielt farlige situationer. Vores tidlige menneskelige forfædre kunne høre et farligt rovdyr forfølge dem gennem skoven, mens vi i dag hører motoren fra en bil, der nærmer sig. Hørelse muliggør også hurtig kommunikation mellem individer og mellem dyr. Elefanter kan finde hinanden på tværs af store afstande ved at vokalisere subsoniske bølger, der rumler rundt om genstande og rejser i miles. En delfin pod kan finde en delfin hvalp tabt i havet gennem sin nød kvidrer. Hvad der er almindeligt i alle disse situationer er, at lyd muliggør en hurtig kommunikation af information og et svar, som ofte er bevægelse—flygter fra en brand, flygter fra angreb, finder familie.
men planter er rodfæstede, siddende organismer. Mens de kan vokse mod solen og bøje sig med tyngdekraften, kan de ikke flygte. De kan ikke undslippe. De migrerer ikke med årstiderne. Som sådan er måske de hørbare signaler, vi er vant til i vores verden, irrelevante for en plante.
alt dette er sagt, Jeg er nødt til at dække mig selv høre ved at påpege, at nogle meget nyere forskning tyder på, at planter kan reagere på lyde. Ikke til musik imod dig, hvilket er irrelevant for en plante, men til visse vibrationer. Det vil være meget interessant at se, hvordan dette pander ud.
4. Kommunikerer planter med hinanden?
på et grundlæggende niveau, Ja. Men jeg tror det centrerer omkring, hvordan du definerer kommunikation. Der er ingen tvivl om, at planter reagerer på signaler fra andre planter. For eksempel, hvis et ahorntræ angribes af bugs, frigiver det en feromon i luften, der afhentes af de nærliggende træer. Dette får de modtagende træer til at begynde at fremstille kemikalier, der hjælper det med at bekæmpe det forestående bugangreb. Så i lyset af det, Dette er bestemt kommunikation.
men jeg tror, vi også er nødt til at stille spørgsmålet om hensigt (hvis vi endda kan bruge det ord, når vi beskriver planter, men humor mig, mens jeg antropomorfiserer). Kommunikerer træerne, hvilket betyder, at det angrebne træ advarer de omkringliggende? Eller kunne det være mere subtilt? Måske er det mere fornuftigt, at den angrebne gren kommunikerer til de andre grene af det samme træ i et forsøg på selvoverlevelse, mens de nærliggende træer, godt de bare aflytter og nyder godt af signalet.
der er også andre eksempler på denne type kommunikation. For eksempel viste en meget nylig undersøgelse, at planter også kommunikerer gennem signaler, der overføres fra rod til rod. I dette tilfælde var den “talende” plante blevet stresset af tørke, og den “fortalte” sine nærliggende planter at forberede sig på mangel på vand. Vi ved, at signalet gik gennem rødderne, fordi dette aldrig skete, hvis de to planter simpelthen var i nabopotter. De måtte have tilstødende rødder.
5. Har planter en hukommelse?
planter har helt sikkert flere forskellige former for hukommelse, ligesom mennesker gør. De har korttidshukommelse, immunhukommelse og endda transgenerationel hukommelse! Jeg ved, at dette er et svært koncept at forstå for nogle mennesker, men hvis hukommelse indebærer at danne hukommelsen (kodningsinformation), bevare hukommelsen (lagre information) og huske hukommelsen (hente information), så husker planter helt sikkert. For eksempel skal en Venus-Fluefælde have to af hårene på bladene rørt af en bug for at lukke, så den husker, at den første er blevet rørt. Men dette varer kun cirka 20 sekunder, og så glemmer det. Hvedeplanter husker, at de har gennemgået vinteren, før de begynder at blomstre og lave frø. Og nogle stressede planter giver anledning til afkom, der er mere modstandsdygtige over for den samme stress, en type transgenerationel hukommelse, der også for nylig er blevet vist også hos dyr. Mens korttidshukommelsen i venus-Fluefælden er elektricitetsbaseret, ligesom neurale aktiviteter, er de langsigtede minder baseret på epigenetik — ændringer i genaktivitet, der ikke kræver ændringer i DNA-koden, som mutationer gør, som stadig overføres fra forælder til afkom.
6. Vil du så sige, at planterne “tænker”?
nej det ville jeg ikke, men måske er det her, jeg stadig er begrænset i min egen tænkning! For mig er tænkning og informationsbehandling to forskellige konstruktioner. Jeg må være forsigtig her, da dette virkelig grænser op til den filosofiske, men jeg tror, at målrettet tænkning nødvendiggør en højt udviklet hjerne og autonoetisk eller i det mindste noetisk bevidsthed. Planter udviser elementer af anoetisk bevidsthed, som efter min forståelse ikke inkluderer evnen til at tænke. Ligesom en plante ikke kan lide subjektiv smerte i mangel af en hjerne, tror jeg heller ikke, at den tænker.
7. Ser du nogen analogi mellem, hvad planter gør, og hvad den menneskelige hjerne gør? Kan der være en neurovidenskab af planter minus neuronerne?
for det første og med risiko for at fornærme nogle af mine nærmeste venner, synes jeg, at udtrykket plantneurobiologi er så latterligt som sagt, menneskelig blomsterbiologi. Planter har ikke neuron, ligesom mennesker ikke har blomster!
men du behøver ikke neuroner for at have celle til celle kommunikation og information opbevaring og behandling. Selv hos dyr behandles eller opbevares ikke al information kun i hjernen. Hjernen er dominerende i behandling med højere orden i mere komplekse dyr, men ikke i enkle. Forskellige dele af planten kommunikerer med hinanden og udveksler information om cellulære, fysiologiske og miljømæssige tilstande. For eksempel er rodvækst afhængig af et hormonalt signal, der genereres i skudspidserne og transporteres til de voksende rødder, mens skududvikling delvist er afhængig af et signal, der genereres i rødderne. Blade sender signaler til spidsen af skuddet, der fortæller dem at begynde at lave blomster. På denne måde, hvis du virkelig vil gøre nogle store håndvinkler, er hele planten analog med hjernen.
men mens planter ikke har neuroner, producerer planter både og påvirkes af neuroaktive kemikalier! For eksempel er glutamatreceptoren en neuroreceptor i den menneskelige hjerne, der er nødvendig for hukommelsesdannelse og læring. Mens planter ikke har neuroner, har de glutamatreceptorer, og hvad der er fascinerende er, at de samme lægemidler, der hæmmer den humane glutamatreceptor, også påvirker planter. Fra at studere disse proteiner i planter har forskere lært, hvordan glutamatreceptorer formidler kommunikation fra celle til celle. Så måske skal spørgsmålet stilles til en neurobiolog, hvis der kunne være en Botanik af mennesker, minus blomsterne!
Darvin, en af de store planteforskere, foreslog det, der er blevet kendt som “root-brain” – hypotesen. Darvin foreslog, at spidsen af roden, den del, vi kalder meristemet, fungerer som hjernen gør i lavere dyr, modtager sensorisk input og styrer bevægelse. Flere moderne forskningsgrupper følger op på denne linje af forskning.
er du en videnskabsmand, der specialiserer sig i neurovidenskab, kognitiv videnskab eller psykologi? Og har du læst et nyligt fagfællebedømt papir, som du gerne vil skrive om? Send venligst forslag til Mind Matters redaktør Gareth Cook, en prisvindende journalist ved Boston Globe. Han kan nås på garethideas kl gmail.com eller Kvidre @garethideas.