Na prvý pohľad je rastlina Malvaceae Lavatera cretica iba nenápadná burina. Táto sleza má ružovkasté kvety a široké, ploché listy, ktoré cez deň dopadajú na slnko. To, čo kvetina robí v noci, však upriamilo pozornosť vedeckej komunity na skromnú rastlinu. Niekoľko hodín pred svitaním začne rastlina obracať listy v predpokladanom smere východu slnka. Zdá sa, že Malva si pamätá, kde a kedy v minulých dňoch vyšlo slnko, a čaká ho tam.
Keď sa vedci v laboratóriu pokúsia zmiasť slez zmenou umiestnenia svetelného zdroja, jednoducho sa učí novým smerom. Čo však vo všeobecnosti znamená toto tvrdenie - že rastlina je schopná pamätať si a učiť sa?
Myšlienka, že rastliny môžu konať inteligentne, nehovoriac o učiteľnosti a formovaní pamäti, bola donedávna okrajovým hľadiskom. Spomienky sa považujú v zásade za kognitívny jav, a to natoľko, že niektorí vedci považujú ich prítomnosť za nevyhnutný a dostatočný údaj o tom, že telo má základné typy myslenia. Na vytvorenie spomienok je potrebný mozog a rastliny nemajú ani taký základný nervový systém, aký má hmyz a červy.
Za posledných desať rokov bol však tento názor spochybnený. Slez nie je výnimkou. Rastliny nie sú iba pasívne organické automaty. Teraz vieme, že dokážu vycítiť a integrovať informácie o desiatkach prírodných premenných a tieto vedomosti použiť na flexibilné a adaptívne správanie.
Rastliny napríklad dokážu rozpoznať, či sú susedné rastliny príbuzné alebo nie, a podľa toho prispôsobiť svoje stratégie výživy.
Impatiens pallida, jeden z niekoľkých druhov, o ktorých je známe, že v prítomnosti cudzincov míňajú väčšinu svojich zdrojov na pestovanie listov a nie na korene, čo je zjavne zameraná na boj o slnečné svetlo. Obklopený príbuznými rastlinami, touch-me-not posúva priority. Rastliny sú navyše schopné vytvárať sofistikované cielené obranné mechanizmy v reakcii na identifikáciu konkrétnych predátorov. Drobná kvitnúca Talova guma (Arabidopsis thaliana) dokáže sledovať vibrácie jej zožierajúcich húseníc a uvoľňovať špeciálne oleje a chemikálie na odpudzovanie hmyzu.
Rastliny tiež komunikujú medzi sebou navzájom a s inými organizmami, ako sú parazity a mikróby, pomocou viacerých kanálov - patria sem napríklad plesňové „mykorhízne siete“, ktoré spájajú koreňové systémy rôznych rastlín ako akýsi podzemný internet.
Možno to nie je až také prekvapujúce, že rastliny sú schopné učiť sa a využívať pamäť na predpovedanie a rozhodovanie.
Propagačné video:
Čo je zahrnuté v pojmoch „učenie“a „pamäť“, ak hovoríme o rastlinách? Najzrejmejším príkladom v diskusii je proces vernalizácie, počas ktorého musia byť niektoré rastliny vystavené nízkym teplotám, aby na jar kvitli. Zimná pamäť pomáha rastlinám rozlišovať medzi jarou, keď sú opeľovače ako včely zaneprázdnené, a jesennou, keď sú voľné, a rozhodnutie kvitnúť v nesprávnom čase môže byť pre reprodukciu katastrofálne.
V obľúbenej experimentálnej rastline biológov, Tal's reticulatus, gén nazývaný Flowering Locus C (FLC), produkuje chemikáliu, ktorá bráni otvoreniu malých bielych kvetov. Keď však rastlina zažije dlhú zimu, vedľajšie produkty iných génov merajú, ako dlho je vystavená nízkym teplotám, a potláčajú FLC vo veľkom počte buniek počas chladného počasia. Keď príde jar a dni sa predĺžia, môže začať kvitnúť rastlina, ktorá má kvôli chladu nízke FLC. Mechanizmus anti-FLC však vyžaduje dlhodobé vystavenie chladnému počasiu, aby fungoval efektívne, a nie krátke obdobia kolísania teplôt.
Je tu zapojená takzvaná epigenetická pamäť. Dokonca aj po návrate vernalizovaných rastlín do teplých podmienok zostáva obsah FLC na nízkej úrovni v dôsledku remodelácie chromatínových značiek. Jedná sa o bielkoviny a malé radikály, ktoré sa viažu na DNA vo vnútri buniek a ovplyvňujú génovú aktivitu. Prestavba chromatínu sa môže preniesť aj na ďalšie generácie oddelených buniek, takže si tieto bunky „pamätajú“minulé zimy. Ak je chladné obdobie dosť dlhé, môžu rastliny s niektorými bunkami, ktoré neboli vystavené chladu, na jar stále kvitnúť, pretože modifikácia chromatínu naďalej inhibuje expresiu FLC.
Je to však naozaj spomienka? Botanici študujúci epigenetickú pamäť budú prví, ktorí súhlasia s tým, že sa zásadne líši od toho, čo skúmajú kognitívni vedci.
Je tento výraz iba alegorickou konvenciou, ktorá kombinuje známe slovo „pamäť“s neznámou oblasťou epigenetiky? Alebo nám podobnosti medzi bunkovými zmenami a spomienkami na úrovni organizmu odhaľujú neznáme hĺbky toho, čo to pamäť v skutočnosti je?
Epigenetické a „mozgové“spomienky majú jednu spoločnú vlastnosť - neustále zmeny v správaní alebo stave systému spôsobené prírodným patogénom z minulosti. Napriek tomu sa tento opis zdá príliš všeobecný, pretože zahŕňa aj procesy, ako je poškodenie tkaniva a metabolické zmeny. Možno tu nie je zaujímavá otázka, či sú alebo nie sú potrebné pamäte na kognitívnu činnosť, ale skôr to, aké typy pamäte naznačujú existenciu základného kognitívneho procesu a či tieto procesy existujú v rastlinách. Inými slovami, namiesto toho, aby sme sa pozreli na samotnú „pamäť“, stojí za to preskúmať zásadnejšiu otázku, ako sa spomienky získavajú, formujú alebo učia.
"Rastliny si pamätajú," uviedla behaviorálna ekológka Monica Galliano v nedávnom rozhovore pre rozhlas. „Vedia presne, o čo ide.“Na univerzite v západnej Austrálii študuje Galliano rastliny pomocou techník učenia sa správania špecifických pre zvieratá. Tvrdí, že ak rastliny môžu vykazovať výsledky, ktoré naznačujú, že iné živé organizmy sa môžu učiť a ukladať si spomienky, musíme rovnako brať do úvahy pravdepodobnosť, že rastliny majú aj tieto kognitívne schopnosti. Jednou z foriem učenia, ktorú podrobne študovali, je adaptácia, počas ktorej živé organizmy vystavené neočakávaným, ale neškodným patogénom (hluk, blesk alebo svetlo) neskôr preukážu proaktívnu reakciu, ktorá časom slabne.
Predstavte si, že vstúpite do miestnosti s hučiacou chladničkou: spočiatku je to nepríjemné, ale spravidla si na to zvyknete a s najväčšou pravdepodobnosťou si po chvíli tento hluk prestanete vôbec všimnúť. Kompletná adaptácia predpokladá špecifický stimul, takže zavedením vynikajúceho a potenciálne nebezpečného stimulu zviera spustí novú obrannú reakciu.
Aj v hlučnej miestnosti je pravdepodobnejšie, že pri hlasnom búchaní sebou trhnete. Toto sa nazýva úľava od návykov a rozlišuje skutočné učenie od iných typov zmien, ako je únava.
V roku 2014 Galliano a jeho kolegovia testovali učebné schopnosti mimózy bláznivého, malého, plazivého ročníka. Jeho listy sa stáčajú ako reakcia na hrozbu. Galliano a jeho kolegovia zhodili mimózu z výšky (čo sa v zásade nemohlo stať s rastlinou v jej evolučnej histórii) a rastlina sa dozvedela, že je bezpečná, a nevykazovala skladaciu reakciu. Bola však pozorovaná reakcia, keď bola rastlina náhle otrasená. Vedci navyše zistili, že prispôsobenie ostýchavej mimózy bolo takisto určené kontextovo. Rastliny sa učili rýchlejšie v slabo osvetlených prostrediach, kde bolo zatváranie listov nákladnejšie z dôvodu nedostatku osvetlenia a potreby pozorovateľa šetriť energiu. (Gallianov tím nebol prvý, kto uplatnil prístup k behaviorálnemu učeniu na rastliny, ako je ostýchavá mimóza,predchádzajúce štúdie však neboli vždy prísne kontrolované, a preto poskytovali protichodné výsledky.
Čo však so zložitejšou učiteľnosťou?
Väčšina zvierat je tiež schopná podmieneného a asociatívneho učenia, počas ktorého sa dozvedia, že sú navzájom spárované dva podnety. To je to, čo vám umožňuje naučiť psa priblížiť sa k zvuku píšťalky - pes si toto správanie začne spájať s pochúťkou alebo náklonnosťou.
V inej štúdii Galliano a jeho kolegovia testovali, či by hrášok mohol spájať pohyb vzduchu s dostupnosťou svetla. Semená umiestnili do Y-bludiska, ktorého jedna z vetiev sa dala do pohybu vzduchom - bolo tiež najjasnejšie. Rastliny sa potom nechali rásť v bludisku a vedci očakávali, či asociáciu zvládnu. Výsledky boli pozitívne: ukázali, že rastliny zvládli podmienenú odpoveď situačne určeným spôsobom.
Existuje čoraz viac dôkazov o tom, že rastliny majú niektoré zo svojich schopností učenia sa zvierat. Prečo to trvalo tak dlho, kým som si to uvedomil? Môžete urobiť malý experiment. Pozrite sa na tento obrázok. Čo je tu zobrazené?
Väčšina z nich buď na obrázku pomenuje všeobecnú triedu zvierat („dinosaury“) a popíše, čo robia („boj“, „skok“), alebo - ak narazia na fanúšikov dinosaurov - určí konkrétne zviera („driptosaurus“). O lišajníkoch, tráve, kríkoch a stromoch sa bude hovoriť len zriedka - väčšinou budú vnímané ako pozadie hlavnej udalosti, „bojiska“zvierat.
V roku 1999 biológovia James Wandersee a Elizabeth Schuessler nazvali tento jav rastlinnou slepotou - tendenciou ignorovať potenciál, správanie a jedinečne aktívnu úlohu rastlín v prírode. Berieme ich ako prvok pozadia, a nie ako aktívnych činiteľov ekosystému.
V mnohých ohľadoch je táto slepota spôsobená históriou, hovoríme o filozofických zvyškoch dávno zrušených paradigiem, ktoré naďalej ovplyvňujú naše chápanie prírodného sveta. Mnoho vedcov je stále ovplyvňovaných slávnym aristotelovským konceptom scala naturae, „rebríčkom bytostí“, kde sú rastliny na spodku hierarchie schopností a hodnôt a ľudia na vrchole. Aristoteles zdôraznil základné koncepčné rozdelenie medzi imobilným, necitlivým rastlinným životom a aktívnou a citlivou ríšou zvierat. Podľa jeho názoru je rozdiel medzi ríšou zvierat a ľudstvom rovnako významný; neveril, že zvieratá majú akýkoľvek druh plnohodnotného myslenia. Po rozšírení týchto myšlienok v západnej Európe na začiatku 1200. rokov a počas renesancie zostala táto Aristotelova pozícia neustále populárna.
Dnes sa dá tento systematický predsudok voči zvieratám nazvať zooshavinizmus. Je všadeprítomný vo vzdelávacom systéme, učebniciach biológie, trendoch vo vedeckých publikáciách a v médiách. Okrem toho deti vyrastajúce v mestách zriedka interagujú s rastlinami, starajú sa o ne zriedka a spravidla im nerozumejú dobre.
Spôsob, akým naše telá fungujú - naše systémy vnímania, pozornosti a poznávania - prispievajú k bylinnej slepote a súvisiacim predsudkom. Rastliny na nás neskáču, nepredstavujú hrozbu a ich správanie na nás nemá vplyv.
Empirický výskum naznačuje, že si ich ľudia nevšimnú tak často ako zvieratá, nepútajú pozornosť tak rýchlo ako zvieratá a zabúdame na ne ľahšie ako na zvieratá. Rastliny vnímame ako objekty alebo im dokonca vôbec nevenujeme pozornosť. Správanie rastlín je navyše často spôsobené chemickými alebo štrukturálnymi zmenami, ktoré sú také malé, rýchle alebo pomalé, že ich bez špeciálneho vybavenia nemôžeme pozorovať.
Pretože sme aj my sami zvieratá, je pre nás ľahšie rozpoznať správanie zvierat. Posledné objavy v oblasti robotiky naznačujú, že účastníci výskumu sú ochotnejší pripisovať vlastnosti, ako sú emócie, zámernosť a správanie, systémom, ktoré napodobňujú správanie človeka alebo zvieraťa.
Spoliehame sa na antropomorfné prototypy, aby sme sa pokúsili zistiť, či je správanie rozumné. To vysvetľuje našu intuitívnu neochotu pripisovať rastlinám kognitívne schopnosti.
Predsudky však nemusia byť jediným dôvodom, prečo sme odmietli kognitívny potenciál rastlín. Niektorí vedci vyjadrili znepokojenie nad tým, že koncepty ako „slepota od trávy“sú iba mätúcimi metaforami. Tvrdia, že keď sa kognitívna teória aplikuje na rastliny menej abstraktne a vágne, zdá sa, že rastliny fungujú veľmi odlišne od zvierat. Pripúšťajú, že mechanizmy rastlín sú zložité a úžasné, nie sú to však kognitívne mechanizmy. Verí sa, že pamäti dávame takú širokú definíciu, že stráca zmysel, a že procesy ako adaptácia v skutočnosti nie sú kognitívne mechanizmy.
Jedným zo spôsobov, ako preskúmať význam kognitívneho procesu, je preskúmať, či systém používa reprezentácie. Sada farebných línií môže tvoriť obraz mačky, vyobrazenie mačky, rovnako ako slovo „mačka“v tejto vete.
Mozog vytvára reprezentácie prvkov prostredia a umožňuje nám tak navigovať v tomto prostredí. Keď proces formovania reprezentácií zlyhá, môžeme si v mysli začať vytvárať obrazy objektov, ktoré sa v skutočnosti nenachádzajú v našej blízkosti, napríklad aby sme videli halucinácie. A niekedy vnímame svet trochu nesprávne, skresľujeme o ňom informácie. Možno som zle počul v texte piesne - alebo sa striasol, mysliac si, že mi po ruke lezie pavúk, keď je to len mucha.
Schopnosť dezinterpretovať prichádzajúce informácie je spoľahlivým znakom toho, že systém používa na navigáciu po svete informáciami naložené reprezentácie. Toto je kognitívny systém.
Pri vytváraní spomienok pravdepodobne uchováme niektoré z týchto zobrazených informácií, aby sme ich mohli neskôr použiť offline. Filozof Francisco Calvo Garson zo Španielskej univerzity v Murcii uviedol, že ak sa má fyzický majetok alebo mechanizmus nazývať reprezentatívnym, musí „byť schopný zastupovať dočasne neprístupné objekty alebo udalosti“. Tvrdí, že práve schopnosť reprezentácie odrážať niečo, čo neexistuje, umožňuje, aby sa pamäť považovala za znak kognitívnej činnosti. Vlastnosť alebo mechanizmus, ktorý nemôže fungovať offline, nemožno považovať za skutočne kognitívne.
Na druhej strane, niektorí vedci pripúšťajú, že niektoré reprezentácie môžu fungovať iba online, to znamená, že reprezentujú a sledujú prvky prostredia v reálnom čase. Zdá sa, že nočná schopnosť slezu predvídať, kde vyjde slnko, dávno predtým, ako sa objaví, predstavuje offline zobrazenia; iné heliotropné rastliny, ktoré iba sledujú slnko, keď sa pohybuje po oblohe, zjavne využívajú určitý druh online zastúpenia. Vedci však tvrdia, že organizmy využívajúce iba online zastúpenie môžu byť považované za kognitívne. Offline procesy a pamäť sú však presvedčivejším dôkazom toho, že telo nereaguje iba reflexne na okolie. To je obzvlášť dôležité v súvislosti so štúdiom organizmov, ktoré nemáme intuitívne naklonené považovať za kognitívne, ako sú napríklad rastliny.
Existujú dôkazy, že rastliny zobrazujú a ukladajú informácie o životnom prostredí na neskoršie použitie?
Počas dňa slez otáča listy smerom k slnku pomocou motorického tkaniva na dne stonky - tento proces je aktívne riadený zmenami tlaku vody vo vnútri rastliny, tento proces sa nazýva turgor. Stupnica a smer slnečného žiarenia sú zakódované v svetlocitlivých tkanivách rozmiestnených po geometrickom vzore žíl listov slezu a informácie o nich sú uložené až do rána. Rastlina tiež sleduje cykly dňa a noci pomocou svojich vnútorných denných hodín, ktoré sú citlivé na prirodzené signály západu a východu slnka.
V noci môže slez na základe informácií zo všetkých týchto zdrojov predpovedať, kde a kedy ráno na druhý deň vyjde slnko. Možno nepracuje s konceptmi ako „slnko“alebo „svitanie“, ale ukladá informácie o vektore slnka a cykloch dňa a noci, ktoré mu umožňujú preorientovať jeho listy pred úsvitom tak, aby ich povrch smeroval k vychádzajúcemu slnku. Umožňuje tiež rastline naučiť sa novú pozíciu, keď fyziológovia oblbnú hlavu zmenou smeru svetelného zdroja. V umelo vytvorenej tme môže anticipačný mechanizmus fungovať aj offline niekoľko dní. Ide o optimalizáciu dostupných zdrojov - v tomto prípade slnečného žiarenia.
Dá sa tento mechanizmus považovať za „znázornenie“- nahradenie prvkov okolitého sveta, ktoré určujú správanie rastliny? Myslím si.
Rovnako ako sa neurovedci snažia identifikovať mechanizmy nervového systému, aby mohli študovať pamäť na zvieratách, snažia sa výskumníci rastlín porozumieť mechanizmom pamäti, ktoré umožňujú rastlinám ukladať a využívať informácie, a tiež pomocou tejto pamäte prispôsobiť svoje správanie.
Práve začíname chápať jedinečné schopnosti tejto flexibilnej a rozmanitej skupiny organizmov. Keď rozširujeme svoju zvedavosť nad rámec živočíšnej ríše a dokonca aj do ríše rastlín, aby sme študovali huby, baktérie a prvoky, môžeme byť prekvapení, keď zistíme, že mnohé z týchto organizmov používajú rovnaké základné stratégie a princípy správania ako my sami, vrátane schopnosti druh učenie a formovanie spomienok.
Aby bolo možné dosiahnuť pokrok, je potrebné venovať osobitnú pozornosť mechanizmom. Musíme jasne pochopiť, kedy, ako a prečo sa uchýlime k alegórii. Vo svojich teoretických vyjadreniach by ste mali byť presní. A ak nás dôkazy nasmerujú smerom, ktorý je v rozpore s konvenčnou múdrosťou, musíme smelo nasledovať, kam vedie. Takéto výskumné programy sú ešte len v začiatkoch, ale určite stále vytvárajú nové objavy, ktoré podkopávajú a rozširujú ľudské chápanie rastlín a stierajú obvyklé hranice, ktoré oddeľujú rastlinnú ríšu od ríše zvierat.
Samozrejme, pokúsiť sa premýšľať o tom, čo vo všeobecnosti môže myslieť myslenie v prípade týchto organizmov, je skôr letom fantázie, pretože v skutočnosti nemajú rozdelenie na mozog (myseľ) a telo (pohyb).
S určitým úsilím však nakoniec môžeme ísť nad rámec existujúcich konceptov „pamäte“, „učenia“a „myslenia“, ktoré pôvodne vyvolali našu požiadavku.
Vidíme, že v mnohých prípadoch úvahy o procesoch učenia sa a pamäti v rastlinách nie sú založené iba na alegorických obrazoch, ale aj na suchých faktoch. A keď nabudúce narazíte na slez trepúci sa v lúčoch slnečného žiarenia, spomalte, pozrite sa na neho novými očami a nezabudnite, že táto nenápadná burina je plná mimoriadnych kognitívnych schopností.