Első pillantásra a Malvaceae Lavatera cretica növény csak egy feltűnő gyom. Ez a mályva rózsaszínű virágokkal és széles, lapos levelekkel rendelkezik, amelyek napközben követik a napot. Amit azonban a virág éjszaka művel, felhívta a tudományos közösség figyelmét az alázatos növényre. Néhány órával hajnal előtt a növény elkezdi a leveleit a feltételezett napfelkelte irányába fordítani. Malva úgy tűnik, emlékszik, hol és mikor kelt a nap az előző napokban, és ott várja őt.
Amikor a laboratóriumi tudósok megpróbálják megzavarni a mályvát a fényforrás helyének megváltoztatásával, az egyszerűen új irányt tanul. De mit jelent ez az állítás általánosságban - hogy a növény képes emlékezni és tanulni?
A gondolat, miszerint a növények intelligensen tudnak cselekedni, nemhogy tanulni és emlékeket formálni, egészen a közelmúltig marginális szempont volt. Az emlékeket alapvetően kognitív jelenségnek tekintik, olyannyira, hogy egyes tudósok jelenlétüket szükséges és elégséges jelzésnek tartják arra vonatkozóan, hogy a test rendelkezik alapvető gondolkodásmódokkal. Az agy kialakításához emlékek szükségesek, és a növényeknek még az a kezdetleges idegrendszere sincs, amely a rovarok és férgeké.
Az elmúlt tíz évben azonban ez a nézet megkérdőjeleződött. Mályva sem kivétel. A növények nem csak passzív szerves automaták. Ma már tudjuk, hogy képesek érzékelni és integrálni a természetes változók tucatjairól szóló információkat, és ezeket az ismereteket alkalmazhatják a rugalmas, adaptív viselkedéshez.
Például a növények felismerhetik, hogy a szomszédos növények rokonok-e vagy sem, és ennek megfelelően alakíthatják táplálkozási stratégiájukat.
Az Impatiens pallida, amely egyike azon több fajnak, amely erőforrásainak nagy részét a levelek termesztésére fordítja, nem pedig a gyökerekre kívülállók jelenlétében. Ez a taktika nyilvánvalóan a napfényért való versengésre irányul. A rokon növények veszik körül az érintés nélkül megváltoztatja a prioritásokat. Ezenkívül a növények képesek kifinomult, célzott védekezés kiépítésére, válaszul a konkrét ragadozók azonosítására. A kicsi virágzó Tal íny (Arabidopsis thaliana) képes követni étkezési hernyóinak rezgését, és speciális olajokat és vegyszereket szabadít fel a rovarok taszítására.
A növények egymással és más organizmusokkal, például parazitákkal és mikrobákkal is kommunikálnak, több csatornát felhasználva - például gombás "mycorrhizális hálózatok", amelyek egyfajta földalatti internetként összekapcsolják a különféle növények gyökérzetét.
Talán nem annyira meglepő, hogy a növények képesek megtanulni és használni a memóriát jóslatok és döntések meghozatalához.
Promóciós videó:
Mit tartalmaz a "tanulás" és a "memória" fogalma, ha növényekről beszélünk? A vita legkézenfekvőbb példája a vernalizációs folyamat, amelynek során néhány növényt alacsony hőmérsékletnek kell kitenni, hogy tavasszal virágozzanak. A téli emlékezet segít a növényeknek megkülönböztetni a tavaszt, amikor a beporzók, például a méhek elfoglaltak, és az őszet, amikor szabadok, és a rossz időben történő virágzás döntése katasztrofális lehet a szaporodás szempontjából.
A biológusok kedvenc kísérleti növényében, a Tal reticulatus nevű génben, a Flowering Locus C (FLC) nevű génben olyan vegyi anyag keletkezik, amely megakadályozza kis fehér virágainak kinyílását. Amikor azonban egy növény hosszú télen él, más gének melléktermékei mérik a hideg hőmérsékletnek való kitettség időtartamát, és a hideg időben nagyszámú sejtben elnyomják az FLC-t. Amikor eljön a tavasz és a napok meghosszabbodnak, egy olyan növény kezdhet virágozni, amelynek FLC szintje a hideg miatt alacsony. Az anti-FLC mechanizmus azonban a hatékony működéshez hosszabb ideig tartó hideg időjárást igényel, nem pedig rövid, ingadozó hőmérsékleti időszakokat.
Az úgynevezett epigenetikus memória érintett. A vernalizált növények meleg körülmények közötti visszatérése után is az FLC-tartalom alacsony szinten marad a kromatinnyomok átalakulása miatt. Ezek olyan fehérjék és kis gyökök, amelyek a sejtekben lévő DNS-hez kapcsolódnak és befolyásolják a génaktivitást. A kromatin átalakítása akár az elválasztott sejtek következő generációira is átadható, így az utóbbiak „emlékeznek” az elmúlt télekre. Ha a hideg évszak elég hosszú volt, akkor néhány olyan sejtet tartalmazó növények, amelyek még nem voltak kitéve a hidegnek, tavasszal még virágozhatnak, mivel a kromatin módosítása továbbra is gátolja az FLC expresszióját.
De vajon valóban emlék? Az epigenetikus memóriát tanulmányozó botanikusok fognak elsőként egyetérteni abban, hogy ez alapvetően különbözik attól, amit a kognitív tudósok tanulmányoznak.
Ez a kifejezés csak allegorikus konvenció, amely ötvözi az ismert "emlék" szót az epigenetika ismeretlen terével? Vagy a sejtváltozások és az emlékek közötti hasonlóságok a szervezet szintjén feltárják előttünk az ismeretlen mélységeket, mi is valójában az emlékezet?
Az epigenetikus és az "agy" emlékeknek egy közös vonása van - a viselkedés vagy a rendszer állapotának állandó változásai, amelyeket egy múltbeli természetes kórokozó okoz. Ez a leírás mégis túl általánosnak tűnik, mivel olyan folyamatokra is kiterjed, mint a szövetkárosodás és az anyagcsere-változások. Itt talán nem az érdekes kérdés az, hogy szükség van-e emlékekre a kognitív tevékenységhez, hanem az, hogy milyen típusú memória jelzi az alapul szolgáló kognitív folyamat létezését, és hogy ezek a folyamatok léteznek-e a növényekben. Más szavakkal, ahelyett, hogy magára a "memóriára" tekintenénk, érdemes feltárni azt az alapvető kérdést, hogy az emlékek hogyan vannak megszerezve, kialakítva vagy megtanulva.
"A növények emlékeznek" - mondta Monica Galliano viselkedésökológus egy nemrégiben kiadott rádióinterjúban. - Pontosan tudják, mi folyik itt. A Nyugat-ausztráliai Egyetemen Galliano állatspecifikus viselkedéstanulási technikák felhasználásával tanulmányozza a növényeket. Azt állítja, hogy ha a növények olyan eredményeket tudnak felmutatni, amelyek arra utalnak, hogy más élő organizmusok is megismerhetik és tárolhatják az emlékeket, akkor ugyanígy figyelembe kell vennünk annak valószínűségét is, hogy a növények is rendelkeznek ezzel a kognitív képességekkel. Az általuk részletesen tanulmányozott tanulás egyik formája az adaptáció, amelynek során a váratlan, de ártalmatlan kórokozóknak (zajnak, villanásnak vagy fénynek) kitett élő szervezetek később proaktív választ mutatnak, amely idővel elhalványul.
Képzelje el, hogy egy dübörgő hűtőszekrénnyel lép be egy szobába: eleinte bosszantó, de rendszerint megszokja, és valószínűleg egy idő után abba is hagyja, hogy észrevegye ezt a zajt. A teljes alkalmazkodás specifikus ingert feltételez, ezért egy kiváló és potenciálisan veszélyes inger bevezetésével az állat új védekező reakciót vált ki.
Még zajos szobában is nagyobb a valószínűsége, hogy megrándul egy erős dörömbölő hangtól. Ezt hívják megszokás-megkönnyebbülésnek, és ez különbözteti meg az igaz tanulást az egyéb változástól, például a fáradtságtól.
2014-ben Galliano és munkatársai egy mohó, kicsi, kúszó éves tanulási képességeit tesztelték. Levelei egy fenyegetésre válaszul felhajlanak. Galliano és kollégái magasból ejtették el a mimózát (ami evolúciós történetében elvileg nem történhetett meg a növényrel), és a növény megtudta, hogy biztonságos, és nem mutatott hajtogatási reakciót. Viszont választ figyeltek meg, amikor a növényt hirtelen megrendítették. Sőt, a tudósok azt tapasztalták, hogy a szemtelen mimóza adaptációja is kontextusilag meghatározott. A növények gyorsabban tanultak gyengén megvilágított környezetben, ahol a levelek bezárása költségesebb volt a világítás szűkössége és a megfigyelő energiatakarékossági igénye miatt. (Galliano csapata nem volt az első, amely viselkedéstanulási megközelítést alkalmazott olyan növényeknél, mint az aljas mimóza,a korábbi tanulmányokat azonban nem mindig szigorúan ellenőrizték, ezért ellentmondásos eredményeket adtak.
De mi van a bonyolultabb tanulhatósággal?
Az állatok többsége képes kondicionált és asszociatív tanulásra is, amelynek során megtanulják, hogy két inger párosul egymással. Ez az, ami lehetővé teszi, hogy megtanítsa a kutyát, hogy közelítse meg a síp hangját - a kutya kezdi társítani ezt a viselkedést csemegével vagy szeretettel.
Egy másik tanulmányban Galliano és munkatársai tesztelték, hogy a magborsó összekötheti-e a levegő mozgását a fény rendelkezésre állásával. A magokat egy Y-labirintusba rendezték, amelynek egyik ágát a levegő mozgatta - ez volt a legfényesebb is. A növényeket ezután hagyták növekedni az útvesztőben, és a tudósok azt várták, hogy elsajátítják-e az egyesületet. Az eredmények pozitívak voltak: megmutatták, hogy a növények szituációban meghatározott módon sajátították el a feltételes választ.
Egyre több bizonyíték van arra, hogy a növények rendelkeznek az állatok sajátos tanulási képességeivel. Miért tartott ilyen sokáig a felismerés? Végezhet egy kis kísérletet. Vessen egy pillantást erre a képre. Mit ábrázolnak itt?
A legtöbben vagy megnevezik a képen látható állatok általános osztályát ("dinoszauruszok"), és leírják, mit csinálnak ("harc", "ugrás"), vagy - ha egy dinoszaurusz rajongó találkozik - kijelölnek egy adott állatot ("driptosaurus"). A zuzmókat, a füvet, a cserjéket és a fákat ritkán említik - többnyire a fő esemény hátterének, az állatok "harctérjének" fogják felfogni őket.
1999-ben James Wandersee és Elizabeth Schuessler biológusok növényvakságnak nevezték ezt a jelenséget - hajlamosak figyelmen kívül hagyni a növények potenciálját, viselkedését és egyedülállóan aktív szerepét a természetben. Őket háttérelemként kezeljük, és nem az ökoszisztéma aktív ágenseiként.
Sok szempontból ez a vakság a történelemnek köszönhető, régóta felszámolt paradigmák filozófiai maradványairól beszélünk, amelyek továbbra is befolyásolják a természeti világ megértését. Sok tudósra még mindig hatással van a scala naturae híres arisztotelészi koncepciója, a „lények létra”, ahol a növények a képességek és értékek hierarchiájának alján, az emberek pedig a csúcson vannak. Arisztotelész hangsúlyozta a mozdulatlan, érzéketlen növényi élet, valamint az aktív és érzékeny állatvilág közötti alapvető fogalmi megosztottságot. Véleménye szerint az állatvilág és az emberiség közötti különbség ugyanolyan jelentős; nem hitte el, hogy az állatok bármiféle teljes értékű gondolkodással bírnak. Ezen gondolatok Nyugat-Európában való elterjedése után az 1200-as évek elején és a reneszánsz idején Arisztotelész álláspontja folyamatosan népszerű volt.
Ma ezt a nem állatokkal szembeni szisztematikus előítéletet zooshavinizmusnak nevezhetjük. Mindenütt jelen van az oktatási rendszerben, a biológiai tankönyvekben, a tudományos publikációk és a média irányzataiban. Ezenkívül a városokban felnövő gyerekek ritkán lépnek kapcsolatba a növényekkel, ritkán törődnek velük, és általában nem értik őket jól.
Testünk működése - észlelési, figyelmi és megismerési rendszereink - hozzájárul a gyógynövényes vaksághoz és a kapcsolódó előítéletekhez. A növények nem ugranak ránk, nem jelentenek veszélyt és viselkedésük nem hat ránk.
Az empirikus kutatások szerint nem figyelnek rájuk olyan gyakran, mint az állatokra, nem hívják fel olyan gyorsan a figyelmet, mint az állatok, és könnyebben megfeledkezünk róluk, mint az állatokról. A növényeket tárgyként érzékeljük, vagy egyáltalán nem is figyelünk rájuk. Ezenkívül a növények viselkedését gyakran olyan kémiai vagy szerkezeti változások okozzák, amelyek olyan kicsiek, gyorsak vagy lassúak, hogy speciális felszerelés nélkül nem tudjuk megfigyelni őket.
Továbbá, mivel mi magunk is állatok vagyunk, könnyebb felismernünk az állatok viselkedését. A legújabb felfedezések a robotika területén azt jelzik, hogy a kutatások résztvevői hajlandóbbak az olyan tulajdonságokat, mint az érzelmek, az intencionalitás és a viselkedés, az emberi vagy az állatok viselkedését utánzó rendszereknek tulajdonítani.
Antropomorf prototípusokra támaszkodva próbáljuk megállapítani, hogy a viselkedés józan-e. Ez magyarázza intuitív vonakodásunkat, hogy kognitív képességeket tulajdonítsunk a növényeknek.
De nem csak az előítélet lehet az oka annak, hogy elvetettük a növények kognitív potenciálját. Néhány tudós aggodalmát fejezte ki amiatt, hogy az olyan fogalmak, mint a "fűvakság", csak összekeverik a metaforákat. Amikor a kognitív elméletet kevésbé elvont és homályos módon alkalmazzák a növényekre, azt mondják, úgy tűnik, hogy a növények nagyon eltérően működnek, mint az állatok. A növényi mechanizmusok összetettek és csodálatosak, vallják, de nem kognitív mechanizmusok. Úgy gondolják, hogy az emlékezetet olyan tágan adjuk, hogy elveszíti értelmét, és az olyan folyamatok, mint az adaptáció, valójában nem kognitív mechanizmusok.
A kognitív folyamat jelentésének vizsgálatának egyik módja annak vizsgálata, hogy a rendszer reprezentációkat használ-e. Színes vonalak készíthetnek egy macska képet, egy macska ábrázolását, akárcsak ebben a mondatban a "macska" szó.
Az agy létrehozza a környezet elemeinek reprezentációit, és így lehetővé teszi számunkra, hogy ebben a környezetben navigáljunk. Ha a reprezentációk kialakításának folyamata kudarcot vall, elkezdhetünk képezni az elmék képeit olyan tárgyakról, amelyek valójában nincsenek a közelünkben, például hallucinációkat látni. És néha kissé rosszul érzékeljük a világot, elferdítjük a róla szóló információkat. Lehet, hogy rosszul hallom a dal szövegét - vagy megborzongok, ha arra gondolok, hogy egy pók mászik a kezem mentén, amikor csak egy légy.
A beérkező információk félreértelmezésének képessége annak a biztos jele, hogy a rendszer információval terhelt ábrázolásokat használ a világ eligazodásához. Ez a kognitív rendszer.
Amikor emlékeket formálunk, valószínűleg ragaszkodunk a megjelenített információk egy részéhez, hogy később offline is felhasználhassuk őket. Francisco Calvo Garzón, a Murciai Spanyol Egyetem filozófusa kijelentette: ahhoz, hogy egy fizikai tulajdonságot vagy mechanizmust reprezentatívnak lehessen nevezni, "képesnek kell lennie arra, hogy ideiglenesen elérhetetlen tárgyakat vagy eseményeket képviseljen". Azt állítja, hogy az ábrázolás képessége, hogy tükrözzen valamit, ami nem létezik, állítása szerint lehetővé teszi, hogy az emlékezet a kognitív tevékenység jelének tekinthető. Az a tulajdonság vagy mechanizmus, amely nem működhet offline, nem tekinthető valóban kognitívnak.
Másrészt egyes tudósok elismerik, hogy egyes reprezentációk csak online működhetnek, vagyis valós időben képviselik és követik a környezet elemeit. A mályva éjszakai képessége, hogy jóval a megjelenése előtt megjósolja, hol fog felkelni a nap, offline reprezentációkat von maga után; más heliotróp növények, amelyek csak a napot követik az égen haladva, nyilván valamiféle online reprezentációt alkalmaznak. A tudósok szerint mégis csak online reprezentációt alkalmazó organizmusok is kognitívnak tekinthetők. Az offline folyamatok és a memória azonban meggyőzőbb bizonyíték arra, hogy a test nem csak reflexszerűen reagál a környezetre. Ez különösen fontos az olyan organizmusok vizsgálata kapcsán, amelyeket intuitív módon nem vagyunk hajlandók kognitívnak tekinteni, mint például a növényeket.
Van bizonyíték arra, hogy a növények információkat és információkat tárolnak a környezetről későbbi felhasználás céljából?
Napközben a mályva a szár felé fordítja a leveleit a nap felé, ezt a folyamatot aktívan szabályozzák a növény belsejében a víznyomás változásai, ezt turgornak hívják. A napfény skáláját és irányát a mályva levelek vénáinak geometriai mintájára elosztott fényérzékeny szövetek kódolják, és a róluk szóló információkat reggelig tárolják. A növény a nappali és éjszakai ciklusokat is figyelemmel kíséri belső cirkadián órájával, amely érzékeny a naplemente és a napfelkelte természetes jeleire.
Éjszaka, a fenti forrásokból származó információk alapján a mályva meg tudja jósolni, hol és mikor kel fel másnap reggel a nap. Lehet, hogy nem működik olyan fogalmakkal, mint a „nap” vagy a „hajnal”, de információkat tárol a nap vektoráról, valamint a nappali és az éjszakai ciklusokról, amelyek lehetővé teszik számára, hogy hajnal előtt átirányítsa leveleit úgy, hogy felületük a felkelő nap felé nézzen. Ez azt is lehetővé teszi a növény számára, hogy új helyzetet tanuljon, amikor a fiziológusok a fényforrás irányának megváltoztatásával becsapják a fejüket. A mesterségesen létrehozott sötétségben az előrejelző mechanizmus offline állapotban is működhet több napig. A rendelkezésre álló erőforrások - ebben az esetben a napfény - optimalizálásáról szól.
Tekinthető-e ez a mechanizmus "reprezentációnak" - helyettesítve a környező világ azon elemeit, amelyek meghatározzák a növény viselkedését? Azt hiszem.
Ahogy az idegtudósok megpróbálják azonosítani az idegrendszer mechanizmusait az állatok memóriájának tanulmányozása érdekében, a növénykutatók megpróbálják megérteni az emlékezet mechanizmusait, amelyek lehetővé teszik a növények számára az információk tárolását és felhasználását, és ezt a memóriát is felhasználják viselkedésük testreszabásához.
Még csak most kezdjük felfogni ennek a rugalmas és sokféle organizmuscsoportnak az egyedi képességeit. Amikor a gombák, baktériumok és protozoonok tanulmányozására tágítjuk kíváncsiságunkat az állatvilágon, sőt a növényvilágon is, meglepődve tapasztalhatjuk, hogy sok ilyen organizmus ugyanazokat az alapvető viselkedési stratégiákat és elveket alkalmazza, mint mi magunk, beleértve a fajta fajta képességeket is. tanulás és emlékek kialakítása.
Az előrelépés érdekében különös figyelmet kell fordítani a mechanizmusokra. Világosan meg kell értenünk, mikor, hogyan és miért folyamodunk az allegóriához. Pontosnak kell lennie elméleti állításaiban. És ha a bizonyítékok a hagyományos bölcsességgel ellentétes irányba mutatnak, bátran követnünk kell, hová vezet. Az ilyen kutatási programok még mindig gyerekcipőben járnak, de minden bizonnyal továbbra is olyan új felfedezéseket generálnak, amelyek aláássák és kibővítik a növények emberi megértését, elmosva a szokásos határokat, amelyek elválasztják a növényvilágot az állatvilágtól.
Természetesen az, hogy megpróbálunk gondolkodni azon, hogy általában mit is jelenthet a gondolkodás ezeknek az organizmusoknak, inkább egy fantázia repülése, mivel valójában nem osztódnak agyukra (elme) és testükre (mozgásuk).
Némi erőfeszítéssel azonban végül túlléphetünk a "memória", a "tanulás" és a "gondolkodás" létező fogalmain - amelyek eredetileg hajtották kérésünket.
Látjuk, hogy sok esetben a növények tanulási és emlékezési folyamataival kapcsolatos érvelés nemcsak allegorikus képeken, hanem száraz tényeken is alapul. Amikor legközelebb találkozik egy útszéli mályvával, remegve a napfény sugaraiban, lelassul, új szemekkel néz rá, és emlékezzen arra, hogy ez a feltűnő gyom rendkívüli kognitív képességekkel rendelkezik.