Ved første øyekast er Malvaceae-planten Lavatera cretica bare en iøynefallende luke. Denne malva har rosa blomster og brede, flate blader som følger solen om dagen. Imidlertid har det som blomsten gjør om natten trukket vitenskapssamfunnets oppmerksomhet mot den ydmyke planten. Noen timer før daggry begynner planten å snu bladene i antatt soloppgangsretning. Malva ser ut til å huske hvor og når solen steg opp i forrige dager, og venter på ham der.
Når forskere i laboratoriet prøver å forvirre malva ved å endre plasseringen av lyskilden, lærer den ganske enkelt en ny retning. Men hva betyr denne uttalelsen generelt - at planten er i stand til å huske og lære?
Ideen om at planter kan handle intelligent, for ikke å nevne lærbarhet og minnedannelse, inntil nylig, var et marginalt synspunkt. Minner betraktes som fundamentalt et kognitivt fenomen, så mye at noen forskere anser deres tilstedeværelse som en nødvendig og tilstrekkelig indikasjon på at kroppen har grunnleggende typer tenkning. Det tar en hjerne å danne minner, og planter har ikke engang det rudimentære nervesystemet som insekter og ormer har.
I løpet av de siste ti årene har dette synet imidlertid blitt utfordret. Mallow er ikke noe unntak. Planter er ikke bare passive organiske automater. Vi vet nå at de kan fornemme og integrere informasjon om dusinvis av naturlige variabler, og bruke denne kunnskapen for fleksibel, adaptiv oppførsel.
For eksempel kan planter gjenkjenne om nærliggende planter er i slekt eller ikke, og tilpasse fôringsstrategiene deres deretter.
Impatiens pallida, en av flere arter som er kjent for å bruke mesteparten av ressursene sine på voksende blader i stedet for røtter i nærvær av utenforstående, en taktikk som tilsynelatende er rettet mot å konkurrere om sollys. Omgitt av relaterte planter, skifter touch-me-not prioriteringene. I tillegg er planter i stand til å bygge komplekse målrettede forsvar som svar på identifisering av spesifikke rovdyr. En liten blomstrende Tals geit (Arabidopsis thaliana) kan spore vibrasjonene til de spisende larvene og frigjøre spesielle oljer og kjemikalier for å avvise insekter.
Planter kommuniserer også med hverandre og med andre organismer, som parasitter og mikrober, ved hjelp av flere kanaler - dette inkluderer for eksempel sopp "mycorrhizal nettverk" som forbinder rotsystemene til forskjellige planter som en slags underjordisk Internett.
Kanskje ikke så overraskende at planter er i stand til å lære og bruke hukommelse til å komme med spådommer og beslutninger.
Kampanjevideo:
Hva er inkludert i begrepene "læring" og "minne" hvis vi snakker om planter? Det mest åpenbare eksemplet i debatten er vernaliseringsprosessen, der noen planter må utsettes for lave temperaturer for å blomstre om våren. Vinterminne hjelper planter med å skille mellom vår når pollinatorer som bier er opptatt og høst når de er ledige, og beslutningen om å blomstre til feil tid kan være katastrofal for reproduksjon.
I biologers favorittforsøksanlegg produserer Tals reticulatus, et gen som heter Flowering Locus C (FLC) et kjemikalie som forhindrer at de små hvite blomstene åpnes. Men når en plante opplever en lang vinter, måler biproduktene fra andre gener varigheten av eksponering for kalde temperaturer og undertrykker FLC i stort antall celler under det kalde været. Når våren kommer og dagene blir lengre, kan en plante som har et lavt FLC-nivå på grunn av kulde begynne å blomstre. Anti-FLC-mekanismen krever imidlertid langvarig eksponering for kaldt vær for å fungere effektivt, snarere enn korte perioder med svingende temperaturer.
Det såkalte epigenetiske minnet er involvert her. Selv etter at vernaliserte planter har kommet tilbake til varme forhold, forblir FLC-innholdet på et lavt nivå på grunn av ombygging av kromatinmerker. Dette er proteiner og små radikaler som fester seg til DNA i celler og påvirker genaktivitet. Kromatinoppussing kan til og med overføres til påfølgende generasjoner av separerte celler, slik at sistnevnte “husker” tidligere vintre. Hvis den kalde perioden har vært lang nok, kan planter med noen celler som ikke har blitt utsatt for kulde, fortsatt blomstre om våren fordi modifikasjon av kromatin fortsetter å hemme FLC-uttrykk.
Men er det virkelig et minne? Botanikere som studerer epigenetisk hukommelse vil være de første som er enige om at det er vesentlig forskjellig fra det kognitive forskere studerer.
Er dette begrepet bare en allegorisk konvensjon som kombinerer det kjente ordet "minne" med det ukjente feltet epigenetikk? Eller avslører likhetene mellom mobilendringer og minner på organismenivå for oss ukjente dybder av hva hukommelse egentlig er?
Epigenetiske og "hjerne" minner har en ting til felles - konstante endringer i atferd eller tilstand i systemet forårsaket av et naturlig patogen fra fortiden. Likevel virker denne beskrivelsen for generell, da den også dekker prosesser som vevskader og metabolske endringer. Det interessante spørsmålet her er kanskje ikke om det er behov for minner for kognitiv aktivitet, men heller hvilke typer hukommelser som indikerer eksistensen av en underliggende kognitiv prosess, og om disse prosessene finnes i planter. Med andre ord, i stedet for å se på "minnet" i seg selv, er det verdt å utforske det mer grunnleggende spørsmålet om hvordan minner blir ervervet, dannet eller lært.
"Planter husker," sa atferdsøkolog Monica Galliano i et nylig radiointervju. "De vet nøyaktig hva som skjer." Ved University of Western Australia studerer Galliano planter ved hjelp av dyrespesifikke atferdsmessige læringsteknikker. Hun argumenterer for at hvis planter kan vise resultater som antyder at andre levende organismer kan lære og lagre minner, må vi like mye vurdere sannsynligheten for at planter også har disse kognitive evnene. En av læringsformene de har studert i detalj er tilpasning, der levende organismer utsatt for uventede, men ufarlige patogener (støy, blits eller lys) senere vil demonstrere en proaktiv respons som vil falme over tid.
Tenk deg at du går inn i et rom med et nynnende kjøleskap: først er det irriterende, men som regel blir du vant til det, og sannsynligvis vil du etter en stund slutte å legge merke til denne støyen. En komplett tilpasning forutsetter en spesifikk stimulus, så med introduksjonen av en utmerket og potensielt farlig stimulus utløser dyret en ny defensiv respons.
Selv i et støyende rom er det mer sannsynlig at du snurrer med en høy smell. Dette kalles tilvenningsavlastning og er det som skiller ekte læring fra andre typer endringer, for eksempel tretthet.
I 2014 testet Galliano og kollegene hans mimosas læringsevne til en skummel, liten, krypende årlig. Bladene krøller seg som svar på en trussel. Galliano og hans kolleger droppet mimosaen fra en høyde (som i utgangspunktet ikke kunne ha skjedd med planten i dens evolusjonære historie), og planten lærte at den var trygg og ikke viste en foldningsreaksjon. Imidlertid ble det observert et svar da planten plutselig ble rystet. Videre fant forskerne at tilpasningen av den bashful mimosaen også ble bestemt kontekstmessig. Planter lærte raskere i svakt opplyste omgivelser der lukking av bladene var dyrere på grunn av knapphet på belysning og observatørens behov for å spare energi. (Gallianos team var ikke den første som brukte en atferdsmessig læringstilnærming på planter som bashful mimosa,tidligere studier ble imidlertid ikke alltid strengt kontrollert og ga derfor motstridende resultater.
Men hva med mer kompleks lærbarhet?
De fleste dyr er også i stand til kondisjonert og assosiativ læring, der de lærer at to stimuli er parret med hverandre. Dette er det som lar deg lære hunden å nærme seg lyden av fløyten - hunden begynner å knytte denne oppførselen til en godbit eller hengivenhet.
I en annen studie testet Galliano og kollegene om frøærter kunne relatere luftbevegelse til tilgjengelighet av lys. De ordnet frøene i en Y-labyrint, hvor en av grenene ble satt i gang med luft - den var også den lyseste. Plantene fikk så lov til å vokse i labyrinten, og forskere forventet å se om de ville mestre foreningen. Resultatene var positive: de viste at plantene mestret den betingede responsen på en situasjonsbestemt måte.
Det er økende bevis for at planter har noen av dyrenes iboende læringsevner. Hvorfor tok det så lang tid å innse dette? Du kan gjøre et lite eksperiment. Ta en titt på dette bildet. Hva er avbildet her?
De fleste vil enten nevne den generelle klassen av dyr på bildet ("dinosaurer") og beskrive hva de gjør ("slåss", "hoppe"), eller - hvis en dinosaurvifte kommer over - utpeke et bestemt dyr ("driptosaurus"). Lichens, gress, busker og trær vil sjelden bli nevnt - for det meste vil de bli oppfattet som bakgrunnen for hovedbegivenheten, "slagmarken" for dyr.
I 1999 kalte biologene James Wandersee og Elizabeth Schuessler dette fenomenet planteblindhet - en tendens til å ignorere potensialet, oppførselen og den unike aktive rollen til planter i naturen. Vi behandler dem som et bakgrunnselement og ikke som aktive agenter i økosystemet.
På mange måter skyldes denne blindheten historien, vi snakker om filosofiske rester etter langt avskaffede paradigmer som fortsetter å påvirke vår forståelse av den naturlige verden. Mange forskere er fremdeles påvirket av det berømte aristoteliske begrepet scala naturae, "stigen av vesener", der planter er i bunnen av hierarkiet av evner og verdier, og mennesker er på toppen. Aristoteles la vekt på den grunnleggende konseptuelle skillet mellom det immobile, ufølsomme plantelivet og det aktive og følsomme dyreriket. Etter hans mening er forskjellen mellom dyreriket og menneskeheten like viktig; han trodde ikke at dyr har noen form for fullverdig tenkning. Etter spredningen av disse ideene i Vest-Europa tidlig på 1200-tallet og under renessansen, forble denne stillingen til Aristoteles jevnlig populær.
I dag kan denne systematiske fordommen mot ikke-dyr kalles dyrehage. Det er allestedsnærværende i utdanningssystemet, biologibøker, trender i vitenskapelige publikasjoner og i media. I tillegg samhandler barn som vokser opp i byer sjelden med planter, bryr seg sjelden om dem og forstår dem generelt ikke godt.
Måten kroppene våre fungerer på - våre systemer for persepsjon, oppmerksomhet og kognisjon - bidrar til urteblindhet og relaterte fordommer. Planter hopper ikke på oss, utgjør ikke en trussel, og deres oppførsel påvirker ikke oss.
Empirisk forskning antyder at de ikke blir lagt merke til så ofte som dyr, de vekker ikke oppmerksomhet like raskt som dyr, og vi glemmer dem lettere enn av dyr. Vi oppfatter planter som gjenstander eller til og med ikke tar hensyn til dem i det hele tatt. I tillegg er atferdene til planter ofte forårsaket av kjemiske eller strukturelle endringer som er så små, raske eller sakte at vi ikke kan observere dem uten spesialutstyr.
Siden vi selv er dyr, er det også lettere for oss å gjenkjenne dyrs atferd. Nyere funn innen robotikk indikerer at forskningsdeltakere er mer villige til å tildele egenskaper som følelser, intensjon og atferd til systemer som etterligner menneskelig eller dyrs atferd.
Vi stoler på antropomorfe prototyper for å prøve å avgjøre om oppførsel er sunn. Dette forklarer vår intuitive motvilje mot å tildele kognitive evner til planter.
Men fordommer er kanskje ikke den eneste grunnen til at vi trakk av det kognitive potensialet til planter. Noen forskere har uttrykt bekymring for at begreper som "gressblindhet" bare er forvirrende metaforer. Når kognitiv teori blir brukt på planter på en mindre abstrakt og vag måte, sier de, ser det ut til at planter fungerer veldig annerledes enn dyr. Plantemekanismer er komplekse og fantastiske, innrømmer de, men de er ikke kognitive mekanismer. Det antas at vi gir hukommelsen en så bred definisjon at den mister sin betydning, og at slike prosesser som tilpasning faktisk ikke er kognitive mekanismer.
En måte å undersøke betydningen av den kognitive prosessen er å undersøke om systemet bruker representasjoner. Et sett med fargede linjer kan danne et bilde av en katt, en representasjon av en katt, akkurat som ordet "katt" i denne setningen.
Hjernen lager representasjoner av miljøelementer og lar oss dermed navigere i dette miljøet. Når prosessen med å danne representasjoner mislykkes, kan vi begynne å danne oss bilder av gjenstander som faktisk ikke er i nærheten av oss, for eksempel for å se hallusinasjoner. Og noen ganger oppfatter vi verden litt feil, forvrenger informasjon om den. Jeg hører kanskje feil i sangteksten - eller grøsser og tenker at en edderkopp kryper langs hånden min når det bare er en flue.
Evnen til å feiltolke innkommende informasjon er et sikkert tegn på at systemet bruker representasjoner for informasjon til å navigere verden rundt. Dette er det kognitive systemet.
Når vi danner minner, vil vi sannsynligvis holde fast i noe av denne informasjonen som vises, slik at vi senere kan bruke den offline. Filosof Francisco Calvo Garson fra det spanske universitetet i Murcia uttalte at for at en fysisk eiendom eller mekanisme skal kalles representativ, må den "kunne representere midlertidig utilgjengelige gjenstander eller hendelser." Det er representasjonens evne til å reflektere noe som ikke eksisterer, hevder han, som gjør at hukommelse kan betraktes som et tegn på kognitiv aktivitet. En egenskap eller mekanisme som ikke kan fungere offline, kan ikke betraktes som virkelig kognitiv.
På den annen side innrømmer noen forskere at noen representasjoner bare kan fungere online, det vil si at de representerer og sporer elementer i miljøet i sanntid. Mallowens nattlige evne til å forutsi hvor solen vil stige, lenge før den dukker opp, ser ut til å innebære representasjoner frakoblet; andre heliotrope planter, som bare følger solen når den beveger seg over himmelen, bruker åpenbart en slags online representasjon. Og likevel kan organismer som bare bruker online representasjon, også betraktes som kognitive. Imidlertid er offline prosesser og minne mer overbevisende bevis på at kroppen ikke bare reagerer refleksivt på miljøet. Dette er spesielt viktig i forhold til studiet av organismer som vi ikke er intuitivt tilbøyelige til å betrakte som kognitive, for eksempel planter.
Er det bevis for at planter viser og lagrer informasjon om miljøet for senere bruk?
I løpet av dagen vender mallow bladene mot solen ved hjelp av motorvevet i bunnen av stammen - denne prosessen styres aktivt av endringer i vanntrykk inne i planten, dette kalles turgor. Skala og retning av sollys er kodet i lysfølsomme vev distribuert over det geometriske mønsteret til venene til mallowbladene, og informasjon om dem lagres til morgenen. Anlegget holder også rede på syklusene dag og natt med sin interne døgnklokke, som er følsom for naturlige signaler om solnedgang og soloppgang.
Om natten, ved å se på informasjon fra alle disse kildene, kan mallow forutsi hvor og når solen vil stige opp neste morgen. Den fungerer kanskje ikke med begreper som "sol" eller "soloppgang", men den lagrer informasjon om solvektoren og syklusene av dag og natt, som gjør at den kan orientere bladene sine før daggry, slik at overflaten vender mot den stigende solen. Det lar også planten lære en ny posisjon når fysiologer lurer hodet ved å endre retningen på lyskilden. I kunstig skapt mørke kan den foregripende mekanismen også fungere offline i flere dager. Det handler om å optimalisere tilgjengelige ressurser - i dette tilfellet sollys.
Kan denne mekanismen betraktes som en "representasjon" - som erstatter elementene i omverdenen som bestemmer oppførselen til planten? Jeg tror det.
Akkurat som nevrologer prøver å identifisere mekanismene i nervesystemet for å studere hukommelse hos dyr, prøver planteforskere å forstå mekanismene i minnet som lar planter lagre og bruke informasjon, og også bruke dette minnet til å tilpasse deres oppførsel.
Vi har akkurat begynt å forstå de unike evnene til denne fleksible og mangfoldige organismen. Når vi utvider nysgjerrigheten vår utover dyreriket og til og med planteriket for å studere sopp, bakterier og protozoer, kan vi bli overrasket over å finne at mange av disse organismer bruker de samme grunnleggende atferdsstrategiene og prinsippene som vi selv, inkludert evnen til å lære og danne minner.
For å få fremgang må man være spesielt oppmerksom på mekanismer. Vi må forstå tydelig når, hvordan og hvorfor vi tyr til allegori. Du bør være presis i dine teoretiske uttalelser. Og hvis bevisene peker oss i en retning som er i strid med konvensjonell visdom, bør vi frimodig følge hvor den fører. Slike forskningsprogrammer er fremdeles i sin barndom, men de fortsetter absolutt å generere nye funn som undergraver og utvider menneskets forståelse av planter, og gjør de vanlige grensene som skiller planteriket fra dyreriket utydelig.
Å prøve å tenke på hva tenkning generelt kan bety i tilfelle av disse organismer, er selvfølgelig snarere en fantasiflug, siden de faktisk ikke har en inndeling i hjerne (sinn) og kropp (bevegelse).
Imidlertid, med litt innsats, kan vi til slutt gå utover de eksisterende begrepene "minne", "læring" og "tenkning" - som opprinnelig drev vår forespørsel.
Vi ser at resonnementet om prosesser for læring og hukommelse i planter i mange tilfeller ikke bare er basert på allegoriske bilder, men også på tørre fakta. Og neste gang du kommer over et veikant, skjelver i solstrålene, setter farten ned, ser på den med nye øyne og husker at denne iøynefallende ugresset er full av ekstraordinære kognitive evner.
