Ensi silmäyksellä Malvaceae-kasvi Lavatera cretica on vain huomaamaton rikkaruoho. Tällä mallalla on vaaleanpunaisia kukkia ja leveät, litteät lehdet, jotka seuraavat aurinkoa päivän aikana. Se, mitä kukka tekee yöllä, on kuitenkin kiinnittänyt tiedeyhteisön huomion nöyrään kasviin. Muutama tunti ennen aamunkoittoa kasvi alkaa kääntää lehtiään oletettuun auringonnousun suuntaan. Malva näyttää muistavan, missä ja milloin aurinko nousi edellisinä päivinä, ja odottaa häntä siellä.
Kun laboratorion tutkijat yrittävät sekoittaa mallva muuttamalla valonlähteen sijaintia, se yksinkertaisesti oppii uuden suunnan. Mutta mitä tämä lausunto tarkoittaa yleensä - että kasvi pystyy muistamaan ja oppimaan?
Ajatus siitä, että kasvit voivat toimia älykkäästi, puhumattakaan oppimiskyvystä ja muistinmuodostuksesta, oli viime aikoihin asti marginaalinen näkökulma. Muistoja pidetään pohjimmiltaan kognitiivisena ilmiönä niin paljon, että jotkut tutkijat pitävät heidän läsnäoloaan välttämättömänä ja riittävänä osoituksena siitä, että keholla on perustyyppinen ajattelu. Muistien muodostaminen vaatii aivoja, eikä kasveilla ole edes alkeellista hermostojärjestelmää, jolla on hyönteisillä ja matoilla.
Viimeisen kymmenen vuoden aikana tämä näkemys on kyseenalaistettu. Mallow ei ole poikkeus. Kasvit eivät ole vain passiivisia orgaanisia automaatteja. Tiedämme nyt, että he voivat havaita ja integroida tietoa kymmenistä luonnollisista muuttujista ja soveltaa tätä tietoa joustavaan, mukautuvaan käyttäytymiseen.
Kasvit voivat esimerkiksi tunnistaa, ovatko naapurikasvit sukulaisia vai eivät, ja mukauttaa ruokintastrategiansa vastaavasti.
Impatiens pallida, yksi monista lajeista, joka tunnetaan suurimmasta osasta resursseistaan lehtien kasvattamiseen juurien sijaan ulkopuolisten läsnä ollessa, on taktiikka, jonka tarkoituksena on ilmeisesti kilpailla auringonvalosta. Samankaltaisten kasvien ympäröimä, kosketa minua -toiminto muuttaa prioriteetteja. Lisäksi kasvit pystyvät rakentamaan monimutkaisia kohdennettuja puolustuksia vastauksena tiettyjen saalistajien tunnistamiseen. Pieni kukkiva Tal-kumi (Arabidopsis thaliana) pystyy seuraamaan syövien toukkiensa tärinää ja vapauttamaan erityisiä öljyjä ja kemikaaleja hyönteisten torjumiseksi.
Kasvit kommunikoivat myös keskenään ja muiden organismien, kuten loisten ja mikrobien, kanssa useilla kanavilla - tämä sisältää esimerkiksi sieni-mykoriisiverkot, jotka yhdistävät erilaisten kasvien juurijärjestelmät kuten eräänlaisen maanalaisen Internetin.
Ehkä ei niin yllättävää, että kasvit pystyvät oppimaan ja käyttämään muistia ennusteiden tekemiseen ja päätöksentekoon.
Mainosvideo:
Mitä käsitteisiin "oppiminen" ja "muisti" sisältyy, jos puhumme kasveista? Keskustelun ilmeisin esimerkki on vernalisointiprosessi, jonka aikana jotkut kasvit on altistettava matalille lämpötiloille, jotta ne kukkivat keväällä. Talvimuisti auttaa kasveja erottamaan kevään, kun pölyttäjät, kuten mehiläiset, ovat kiireisiä, ja syksyn, kun he ovat vapaita, ja päätös kukkia väärällä hetkellä voi olla tuhoisa lisääntymiselle.
Biologien suosikki koekasvi, Tal's reticulatus, Flowering Locus C (FLC) -niminen geeni tuottaa kemikaalin, joka estää sen pieniä valkoisia kukkia avautumasta. Kuitenkin, kun kasvilla on pitkä talvi, muiden geenien sivutuotteet mittaavat altistumisen kylmille lämpötiloille ja tukahduttavat FLC: n suuressa määrässä soluja kylmällä säällä. Kun kevät tulee ja päivät pidentyvät, kasvi, jolla on alhainen FLC kylmyyden vuoksi, voi alkaa kukkia. Anti-FLC-mekanismi vaatii kuitenkin pitkäaikaista altistumista kylmälle säälle toimiakseen tehokkaasti pikemminkin kuin lyhyitä vaihtelevia lämpötiloja.
Tähän liittyy niin kutsuttu epigeneettinen muisti. Jopa sen jälkeen, kun vernalisoidut kasvit ovat palanneet lämpimiin olosuhteisiin, FLC-pitoisuus pysyy alhaisella tasolla johtuen kromatiinimerkkien uudistumisesta. Nämä ovat proteiineja ja pieniä radikaaleja, jotka kiinnittyvät DNA: han solujen sisällä ja vaikuttavat geeniaktiivisuuteen. Kromatiinin uudelleenmuodostus voidaan jopa siirtää seuraavien erillisten solujen sukupolville, jotta jälkimmäiset "muistavat" menneet talvet. Jos kylmä jakso on ollut riittävän pitkä, kasvit, joissa on joitain soluja, joita ei ole altistettu kylmälle, voivat silti kukkia keväällä, koska kromatiinin modifikaatio estää edelleen FLC: n ilmentymistä.
Mutta onko se todella muisti? Kasvitieteilijät, jotka tutkivat epigeneettistä muistia, hyväksyvät ensimmäisenä, että se eroaa pohjimmiltaan kognitiivisten tutkijoiden tutkimuksista.
Onko tämä termi vain allegorinen käytäntö, joka yhdistää tutun sanan "muisti" epigenetikan tuntemattomaan kenttään? Vai paljastavatko solumuutosten ja muistojen väliset yhtäläisyydet organismin tasolla tuntemattomia syvyyksiä siitä, mikä muisti todella on?
Epigeneettisillä ja "aivojen" muistoilla on yksi yhteinen piirre - menneisyyden luonnollisen taudinaiheuttajan aiheuttamat jatkuvat muutokset käyttäytymisessä tai järjestelmän tilassa. Kuitenkin tämä kuvaus vaikuttaa liian yleiseltä, koska se kattaa myös prosessit, kuten kudosvauriot ja metaboliset muutokset. Ehkä mielenkiintoinen kysymys ei ole tässä, tarvitaanko muistia kognitiiviseen toimintaan, vaan pikemminkin minkä tyyppinen muisti viittaa taustalla olevan kognitiivisen prosessin olemassaoloon ja onko näitä prosesseja kasveissa. Toisin sanoen sen sijaan, että tarkastellaan itse "muistia", kannattaa tutkia perustavanlaatuisempaa kysymystä siitä, miten muistot hankitaan, muodostetaan tai opitaan.
"Kasvit muistavat", käyttäytymisekologi Monica Galliano sanoi äskettäisessä radiohaastattelussa. "He tietävät tarkalleen, mitä tapahtuu." Länsi-Australian yliopistossa Galliano tutkii kasveja eläinkohtaisten käyttäytymisoppimistekniikoiden avulla. Hän väittää, että jos kasvit pystyvät osoittamaan tuloksia, jotka viittaavat siihen, että muut elävät organismit voivat oppia ja tallentaa muistoja, meidän on myös otettava huomioon todennäköisyys, että kasveilla on myös nämä kognitiiviset kyvyt. Yksi heidän yksityiskohtaisesti tutkimista oppimismuodoista on sopeutuminen, jonka aikana odottamattomille, mutta vaarattomille taudinaiheuttajille (melu, salama tai valo) altistuvat elävät organismit osoittavat myöhemmin ennakoivan vastauksen, joka häviää ajan myötä.
Kuvittele, että astut huoneeseen humisevalla jääkaapilla: aluksi se on ärsyttävää, mutta yleensä tottuu siihen ja todennäköisesti jonkin ajan kuluttua lopetat edes huomaamasta tätä melua. Täydellinen sopeutuminen edellyttää tiettyä ärsykettä, joten erinomaisen ja mahdollisesti vaarallisen ärsykkeen käyttöönoton myötä eläin laukaisee uuden puolustuksen.
Jopa meluisassa huoneessa, olet todennäköisemmin räpyttää kovaa kolisevaa ääntä. Tätä kutsutaan tottumuksen helpottamiseksi ja se erottaa todellisen oppimisen muunlaisista muutoksista, kuten väsymyksestä.
Vuonna 2014 Galliano ja hänen kollegansa testasivat mimosan oppimiskykyjä röyhkeä, pieni, hiipivä vuosittainen. Sen lehdet käpristyvät vastauksena uhkaan. Galliano ja hänen kollegansa pudottivat mimoosan korkeudelta (mitä periaatteessa ei olisi voinut tapahtua kasville sen evoluutiohistorian aikana), ja kasvi sai tietää, että se oli turvallista eikä osoittanut taittuvaa reaktiota. Kuitenkin vaste havaittiin, kun laitosta ravistettiin yhtäkkiä. Lisäksi tutkijat havaitsivat, että röyhkeän mimosan sopeutuminen määritettiin myös asiayhteyteen. Kasvit oppivat nopeammin hämärässä ympäristössä, jossa lehtien sulkeminen oli kalliimpaa johtuen valaistuksen niukkuudesta ja tarkkailijan tarpeesta säästää energiaa. (Gallianon tiimi ei ollut ensimmäinen, joka sovelsi käyttäytymisen oppimisen lähestymistapaa kasveihin, kuten bashful mimosa,Aikaisempia tutkimuksia ei kuitenkaan aina kontrolloitu tiukasti, ja ne antoivat siksi ristiriitaisia tuloksia.
Mutta entä monimutkaisempi oppimiskyky?
Suurin osa eläimistä pystyy myös ehdolliseen ja assosiatiiviseen oppimiseen, jonka aikana he oppivat, että kaksi ärsykettä yhdistetään toisiinsa. Tämän avulla voit opettaa koiraa lähestymään pillin ääntä - koira alkaa liittää tämän käyttäytymisen herkkupalaan tai kiintymykseen.
Toisessa tutkimuksessa Galliano ja hänen kollegansa testasivat, voisivatko siemenherneet yhdistää ilman liikkumisen valon saatavuuteen. He sijoittivat siemenet Y-sokkeloon, jonka yksi haaroista oli liikkeellä ilmassa - se oli myös kirkkain. Kasvit jätettiin sitten kasvamaan sokkelossa, ja tutkijat odottivat näkevänsä, hallitsevatko he yhdistyksen. Tulokset olivat positiivisia: ne osoittivat, että kasvit hallitsivat ehdollisen vasteen tilannekohtaisesti.
On yhä enemmän todisteita siitä, että kasveilla on joitain eläinten luontaisia oppimiskykyjä. Miksi tämän ymmärtäminen kesti niin kauan? Voit tehdä pienen kokeen. Katsokaa tätä kuvaa. Mitä tässä on kuvattu?
Useimmat joko nimeävät kuvassa olevan eläinryhmän ("dinosaurukset") ja kuvaavat, mitä he tekevät ("taistelu", "hyppy"), tai - jos dinosaurusfanit törmäävät - nimeävät tietyn eläimen ("driptosaurus"). Jäkälät, ruoho, pensaat ja puut mainitaan harvoin - suurimmaksi osaksi ne koetaan päätapahtuman, eläinten "taistelukentän" taustana.
Vuonna 1999 biologit James Wandersee ja Elizabeth Schuessler kutsuvat tätä ilmiötä kasvien sokeudeksi - taipumuksena jättää huomiotta kasvien potentiaali, käyttäytyminen ja ainutlaatuinen aktiivisuus luonnossa. Me kohtelemme heitä taustan elementteinä emmekä ekosysteemin aktiivisina tekijöinä.
Suurimmaksi osaksi tämä sokeus johtuu historiasta; puhumme filosofisista jäännöksistä kaatuneista paradigmoista, jotka vaikuttavat edelleen käsitykseemme luonnollisesta maailmasta. Moniin tutkijoihin vaikuttaa edelleen kuuluisa aristotelilainen käsite scala naturae, "olentojen tikkaat", jossa kasvit ovat kykyjen ja arvojen hierarkian alareunassa ja ihmiset yläosassa. Aristoteles korosti perustavanlaatuista käsitteellistä jakoa liikkumattoman, tuntemattoman kasvielämän ja aktiivisen ja herkän eläinkunnan välillä. Hänen mielestään ero eläinkunnan ja ihmiskunnan välillä on yhtä merkittävä; hän ei uskonut, että eläimillä olisi minkäänlaista täysimittaista ajattelua. Kun nämä ajatukset olivat levinneet Länsi-Eurooppaan 1200-luvun alussa ja renessanssin aikana, tämä Aristoteleen asema pysyi jatkuvasti suosittuna.
Nykyään tätä järjestelmällistä ennakkoluuloa eläimiä kohtaan voidaan kutsua zooshavinismi. Se on läsnä kaikkialla koulutusjärjestelmässä, biologian oppikirjoissa, tieteellisten julkaisujen ja tiedotusvälineiden suuntauksissa. Lisäksi kaupungeissa kasvavat lapset ovat harvoin vuorovaikutuksessa kasvien kanssa, hoitavat niitä harvoin eivätkä yleensä ymmärrä niitä hyvin.
Kehomme toimintatapa - havainnointi-, huomio- ja kognitiojärjestelmämme - edistää yrttisokeutta ja siihen liittyviä ennakkoluuloja. Kasvit eivät hyppää meihin, eivät aiheuta uhkaa eivätkä heidän käyttäytymisensä vaikuta meihin.
Empiirisen tutkimuksen mukaan heitä ei huomata niin usein kuin eläimiä, ne eivät kiinnitä huomiota yhtä nopeasti kuin eläimet, ja unohdamme ne helpommin kuin eläimistä. Havaitsemme kasvit esineinä tai emme edes kiinnitä niihin huomiota lainkaan. Lisäksi kasvien käyttäytyminen johtuu usein kemiallisista tai rakenteellisista muutoksista, jotka ovat niin pieniä, nopeita tai hitaita, että emme voi havaita niitä ilman erikoislaitteita.
Koska olemme itse eläimiä, on myös helpompaa tunnistaa eläinten käyttäytyminen. Viimeaikaiset löydöt robotiikan alalla osoittavat, että tutkimuksen osallistujat ovat halukkaampia omistamaan ominaisuuksia, kuten tunteita, tahallisuutta ja käyttäytymistä, järjestelmille, jotka matkivat ihmisten tai eläinten käyttäytymistä.
Luotamme antropomorfisiin prototyyppeihin yrittääksemme selvittää, onko käyttäytyminen järkevää. Tämä selittää intuitiivisen haluttomuutemme omistaa kognitiivisia kykyjä kasveille.
Mutta ennakkoluulot eivät välttämättä ole ainoa syy, miksi pidätimme kasvien kognitiivisen potentiaalin. Jotkut tutkijat ovat ilmaisseet huolensa siitä, että käsitteet, kuten "ruohosokeus", ovat vain hämmentäviä metaforoja. Kun kognitiivista teoriaa sovelletaan kasveihin vähemmän abstraktilla ja epämääräisellä tavalla, heidän mukaansa saa vaikutelman, että kasvit toimivat hyvin eri tavalla kuin eläimet. Kasvimekanismit ovat monimutkaisia ja hämmästyttäviä, he myöntävät, mutta ne eivät ole kognitiivisia mekanismeja. Uskotaan, että annamme muistin niin laajasti, että se menettää merkityksensä ja että sopeutumisen kaltaiset prosessit eivät itse asiassa ole kognitiivisia mekanismeja.
Yksi tapa tutkia kognitiivisen prosessin merkitystä on tutkia, käyttääkö järjestelmä esityksiä. Joukko värillisiä viivoja voi muodostaa kuvan kissasta, kissan esityksen, aivan kuten sana "kissa" tässä lauseessa.
Aivot luovat esityksiä ympäristön elementeistä ja antavat siten meille mahdollisuuden liikkua tässä ympäristössä. Kun edustusten muodostumisprosessi epäonnistuu, voimme alkaa muodostaa mielessämme kuvia esineistä, jotka eivät todellakaan ole lähellä meitä, esimerkiksi nähdä hallusinaatiot. Ja joskus koemme maailman hieman väärin, vääristämme siitä tietoa. Saatan väärin kuulla kappaleen sanat - tai värisemään ajattelemalla, että hämähäkki ryömii kättäni pitkin, kun se on vain lentää.
Kyky tulkita väärin saapuvia tietoja on varma merkki siitä, että järjestelmä käyttää tietoa kuormitettuja esityksiä navigoidessaan maailmassa. Tämä on kognitiivinen järjestelmä.
Muodostaessamme muistamme todennäköisesti osaa näistä näytetyistä tiedoista, jotta voimme myöhemmin käyttää niitä offline-tilassa. Filosofi Francisco Calvo Garson Murcian espanjalaisesta yliopistosta totesi, että fyysisen omaisuuden tai mekanismin kutsumiseksi edustajaksi sen on "kyettävä edustamaan väliaikaisesti esteettömiä esineitä tai tapahtumia". Esityksen kyky heijastaa jotain, mitä ei ole, hän väittää, jonka avulla muistia voidaan pitää merkkinä kognitiivisesta toiminnasta. Ominaisuutta tai mekanismia, joka ei voi toimia offline-tilassa, ei voida pitää todella kognitiivisena.
Toisaalta jotkut tutkijat myöntävät, että jotkut esitykset voivat toimia vain verkossa, eli ne edustavat ja seuraavat ympäristön elementtejä reaaliajassa. Mallown yöllinen kyky ennustaa auringon nousua kauan ennen kuin se ilmestyy, näyttää sisältävän offline-esityksiä; muut heliotrooppikasvit, jotka seuraavat vain aurinkoa, kun se liikkuu taivaan yli, käyttävät tietysti jonkinlaista online-esitystä. Silti organismeja, jotka käyttävät vain online-esityksiä, voidaan tutkijoiden mukaan pitää kognitiivisina. Offline-prosessit ja muisti ovat kuitenkin vakuuttavampia todisteita siitä, että keho ei vain reagoi refleksiivisesti ympäristöön. Tämä on erityisen tärkeää sellaisten organismien tutkimisessa, joita emme intuitiivisesti ajattele kognitiivisina, kuten kasveja.
Onko olemassa näyttöä siitä, että kasvit näyttävät ja tallentavat ympäristöä koskevia tietoja myöhempää käyttöä varten?
Päivän aikana mallva kääntää lehdet aurinkoa kohti varren pohjassa olevalla moottorikudoksella - tätä prosessia hallitaan aktiivisesti veden paineen muutoksilla kasvien sisällä, tätä kutsutaan turgoriksi. Auringonvalon asteikko ja suunta koodataan valoherkkiin kudoksiin, jotka on jaettu mallva-lehtien suonien geometriseen kuvioon, ja tietoa niistä tallennetaan aamuun asti. Laitos seuraa myös päivän ja yön jaksoja sisäisellä vuorokausikellollaan, joka on herkkä auringonlaskun ja auringonnousun luonnollisille signaaleille.
Yöllä katsomalla kaikkien näiden lähteiden tietoja mallow voi ennustaa, missä ja milloin aurinko nousee seuraavana aamuna. Se ei välttämättä toimi sellaisilla käsitteillä kuin "aurinko" tai "aamunkoitto", mutta se tallentaa tietoja auringon vektorista ja päivän ja yön syklistä, mikä antaa sille mahdollisuuden suunnata lehdet uudelleen ennen aamunkoittoa niin, että niiden pinta on nousevan auringon edessä. Sen avulla kasvi voi myös oppia uuden aseman, kun fysiologit huijaavat päätään muuttamalla valonlähteen suuntaa. Keinotekoisesti luotussa pimeydessä ennakoiva mekanismi voi toimia myös offline-tilassa useita päiviä. Kyse on käytettävissä olevien resurssien - tässä tapauksessa auringonvalon - optimoinnista.
Voidaanko tätä mekanismia pitää "esityksenä" - joka korvaa ympäröivän maailman elementit, jotka määräävät kasvien käyttäytymisen? Luulen niin.
Aivan kuten neurotieteilijät pyrkivät tunnistamaan hermoston mekanismit eläimen muistin tutkimiseen, kasvien tutkijat pyrkivät ymmärtämään muistimekanismit, jotka sallivat kasvien tallentaa ja käyttää tietoa, ja käyttää tätä muistia myös käyttäytymisensä mukauttamiseen.
Olemme vasta alkaneet ymmärtää tämän joustavan ja monipuolisen organismiryhmän ainutlaatuiset kyvyt. Kun laajennamme uteliaisuuttamme eläinkunnan ja jopa kasvikunnan ulkopuolella sienien, bakteerien ja alkueläinten tutkimiseksi, saatamme yllättyä huomatessamme, että monissa näistä organismeista käytetään samoja käyttäytymisstrategioita ja -periaatteita kuin me itse, mukaan lukien kyky eräänlainen oppiminen ja muistojen muodostaminen.
Edistyksen saavuttamiseksi on kiinnitettävä erityistä huomiota mekanismeihin. Meidän on ymmärrettävä selvästi, milloin, miten ja miksi turvautumme allegoriaan. Teoreettisten lausuntojesi tulee olla tarkkoja. Ja jos todisteet osoittavat meidät suuntaan, joka on ristiriidassa tavanomaisen viisauden kanssa, meidän on rohkeasti seurattava, mihin se johtaa. Tällaiset tutkimusohjelmat ovat vielä lapsenkengissään, mutta ne tuottavat varmasti edelleen uusia löytöjä, jotka heikentävät ja laajentavat ihmisten ymmärrystä kasveista, hämärtävät tavanomaiset rajat, jotka erottavat kasvikunnan eläinkunnasta.
Tietysti yrittää miettiä, mitä ajattelu yleensä voi tarkoittaa näiden organismien tapauksessa, on pikemminkin fantasia, koska niillä ei tosiasiallisesti ole jakoa aivoihin (mieli) ja kehoon (liike).
Ponnistelulla voimme kuitenkin lopulta ylittää nykyiset käsitteet "muisti", "oppiminen" ja "ajattelu" - mikä alun perin johti pyyntömme.
Näemme, että monissa tapauksissa päättely kasvien oppimis- ja muistiprosesseista perustuu paitsi allegorisiin kuviin myös kuiviin tosiseikkoihin. Ja seuraavalla kerralla, kun törmäät tienvarressa olevaan mallowiin, joka värisee auringonvalossa, hidasta, katsele sitä uusilla silmillä ja muista, että tämä huomaamaton rikkaruoho on täynnä poikkeuksellisia kognitiivisia kykyjä.