Ved første øjekast er Malvaceae-planten Lavatera cretica bare en iøjnefaldende ukrudt. Denne malva har lyserøde blomster og brede, flade blade, der følger solen om dagen. Men hvad blomsten gør om natten har gjort det videnskabelige samfund opmærksom på den ydmyge plante. Et par timer før daggry begynder planten at vende sine blade i den antagne retning af solopgang. Malva ser ud til at huske hvor og hvornår solen steg i de foregående dage og venter på ham der.
Når forskere i laboratoriet prøver at forvirre malven ved at ændre placeringen af lyskilden, lærer den simpelthen en ny retning. Men hvad betyder denne erklæring generelt - at planten er i stand til at huske og lære?
Ideen om, at planter kan handle intelligent, endsige lære og danne minder, var et marginalt synspunkt indtil for nylig. Minder betragtes som fundamentalt et kognitivt fænomen, så meget, at nogle forskere anser deres tilstedeværelse for en nødvendig og tilstrækkelig indikation på, at kroppen har grundlæggende typer tænkning. Det tager en hjerne at danne minder, og planter har ikke engang det rudimentære nervesystem, som insekter og orme har.
I løbet af de sidste ti år er denne opfattelse imidlertid blevet udfordret. Mallow er ingen undtagelse. Planter er ikke kun passive organiske automater. Vi ved nu, at de kan fornemme og integrere information om snesevis af naturlige variabler og anvende denne viden til fleksibel, adaptiv adfærd.
For eksempel kan planter genkende, om naboplanter er beslægtede eller ej, og tilpasse deres fodringsstrategier i overensstemmelse hermed.
Impatiens pallida, en af flere arter, der vides at bruge det meste af sine ressourcer på voksende blade i stedet for rødder i nærvær af udenforstående, en taktik, der tilsyneladende sigter mod at konkurrere om sollys. Omgivet af beslægtede planter skifter touch-me-not prioriteter. Derudover er planter i stand til at opbygge komplekse målrettede forsvar som reaktion på identifikation af specifikke rovdyr. Den lille blomstrende Tals ged (Arabidopsis thaliana) kan spore vibrationerne i dens spiselige larver og frigive specielle olier og kemikalier for at afvise insekter.
Planter kommunikerer også med hinanden og med andre organismer, såsom parasitter og mikrober, ved hjælp af flere kanaler - dette inkluderer for eksempel svampe "mycorrhizal netværk", der forbinder rodsystemerne på forskellige planter som en slags underjordisk internet.
Måske ikke så overraskende, at planter er i stand til at lære og bruge hukommelse til at komme med forudsigelser og beslutninger.
Salgsfremmende video:
Hvad er inkluderet i begreberne "læring" og "hukommelse", hvis vi taler om planter? Det mest oplagte eksempel i debatten er vernaliseringsprocessen, hvor nogle planter skal udsættes for lave temperaturer for at blomstre om foråret. Vinterhukommelse hjælper planter med at skelne mellem forår, når bestøvere som bier har travlt og efterår, når de er frie, og beslutningen om at blomstre på det forkerte tidspunkt kan være katastrofal for reproduktion.
I biologers foretrukne eksperimentelle plante producerer Tals reticulatus, et gen kaldet Flowering Locus C (FLC) et kemikalie, der forhindrer dets små hvide blomster i at åbnes. Men når en plante oplever en lang vinter, måler biprodukter fra andre gener varigheden af eksponering for kolde temperaturer og undertrykker FLC i stort antal celler under det kolde vejr. Når foråret kommer og dagene forlænges, kan en plante, der har et lavt FLC-niveau på grund af kulde, begynde at blomstre. Anti-FLC-mekanismen kræver imidlertid langvarig eksponering for koldt vejr for at arbejde effektivt, snarere end korte perioder med svingende temperaturer.
Den såkaldte epigenetiske hukommelse er involveret her. Selv efter returnering af vernaliserede planter til varme forhold forbliver FLC-indholdet på et lavt niveau på grund af ombygning af kromatinmærker. Disse er proteiner og små radikaler, der binder til DNA inde i celler og påvirker genaktivitet. Kromatin-ombygning kan endda overføres til efterfølgende generationer af adskilte celler, så sidstnævnte “husker” tidligere vintre. Hvis den kolde årstid har været lang nok, kan planter med nogle celler, der ikke er udsat for kulde, stadig blomstre om foråret, fordi kromatinmodifikation fortsat hæmmer FLC-ekspression.
Men er det virkelig en hukommelse? Botanikere, der studerer epigenetisk hukommelse, vil være de første til at være enige om, at det er fundamentalt forskelligt fra, hvad kognitive forskere studerer.
Er dette udtryk bare en allegorisk konvention, der kombinerer det velkendte ord "hukommelse" med det ukendte felt inden for epigenetik? Eller afslører lighederne mellem cellulære ændringer og minder på organismen niveau for os ukendte dybder af, hvad hukommelse egentlig er?
Epigenetiske og "hjerne" -minder har en ting til fælles - konstante ændringer i systemets opførsel eller tilstand forårsaget af et naturligt patogen fra fortiden. Alligevel synes denne beskrivelse for generel, da den også dækker processer som vævsskade og metaboliske ændringer. Måske er det interessante spørgsmål her ikke, hvorvidt erindringer er nødvendige for kognitiv aktivitet, men snarere hvilke typer hukommelse, der indikerer eksistensen af en underliggende kognitiv proces, og om planter har disse processer. Med andre ord er det værd at udforske det mere grundlæggende spørgsmål om, hvordan erindringer erhverves, dannes eller læres i stedet for at se på "hukommelsen".
"Planter husker," sagde adfærdsøkolog Monica Galliano i et radiointerview for nylig. "De ved præcis, hvad der foregår." Ved University of Western Australia studerer Galliano planter ved hjælp af adfærdsmæssige læringsteknikker udviklet til dyr. Hun argumenterer for, at hvis planter kan vise resultater, der antyder, at andre levende organismer kan lære og gemme minder, skal vi lige så overveje sandsynligheden for, at planter også har disse kognitive evner. En af de former for læring, de har studeret i detaljer, er tilpasning, hvor levende organismer, der udsættes for uventede, men uskadelige patogener (støj, blitz eller lys) senere vil udvise et proaktivt svar, der falmer over tid.
Forestil dig, at du kommer ind i et rum med et humrende køleskab: i første omgang er det irriterende, men som regel bliver du vant til det, og sandsynligvis vil du efter et stykke tid stoppe med at bemærke denne støj. En komplet tilpasning forudsætter en bestemt stimulus, så med introduktionen af en fremragende og potentielt farlig stimulus udløser dyret et nyt defensivt svar.
Selv i et støjende rum er det mere sandsynligt, at du vælter med en høj bankende lyd. Dette kaldes tilvænningslettelse og er det, der adskiller ægte læring fra andre typer forandringer, såsom træthed.
I 2014 testede Galliano og hans kolleger mimosas indlæringsevne af en skamfuld, lille, krybende årlig. Dens blade krøller sig sammen som reaktion på en trussel. Galliano og hans kolleger faldt mimosaen fra en højde (hvilket i princippet ikke kunne have været tilfældet med en plante i dens evolutionære historie), og planten lærte, at den var sikker og ikke viste en foldningsreaktion. Imidlertid blev der observeret et svar, da planten pludselig blev rystet. Desuden fandt forskerne, at tilpasningen af den bashful mimosa også blev bestemt kontekstmæssigt. Planter lærte hurtigere i svagt oplyste omgivelser, hvor lukning af bladene var dyrere på grund af knapheden på belysning og observatørens behov for at spare energi. (Gallianos hold var ikke den første til at anvende en adfærdsmæssig læringsmetode på planter som bashful mimosa,tidligere undersøgelser blev imidlertid ikke altid strengt kontrolleret og gav derfor modstridende resultater.
Men hvad med mere kompleks lærbarhed?
De fleste dyr er også i stand til betinget og associerende læring, hvor de lærer at to stimuli er parret med hinanden. Dette er det, der giver dig mulighed for at lære hunden at nærme sig lyden af fløjten - hunden begynder at forbinde denne adfærd med en godbid eller hengivenhed.
I en anden undersøgelse testede Galliano og hans kolleger, om frøærter kunne relatere luftbevægelse til tilgængelighed af lys. De arrangerede frøene i en Y-labyrint, hvor en af grenene blev sat i luften - det var også den lyseste. Planterne fik derefter lov til at vokse i labyrinten, og forskere forventede at se, om de ville mestre foreningen. Resultaterne var positive: de viste, at planterne mestrede det konditionerede respons på en situationsbestemt måde.
Der er voksende bevis for, at planter har nogle af dyrenes iboende læringsevne. Hvorfor tog det så lang tid at indse dette? Du kan lave et lille eksperiment. Se på dette billede. Hvad er afbildet her?
De fleste vil enten nævne den generelle klasse af dyr i billedet ("dinosaurer") og beskrive, hvad de laver ("kamp", "spring"), eller - hvis en dinosaurfans kommer på tværs - udpege et bestemt dyr ("driptosaurus"). Lichens, græs, buske og træer vil sjældent blive nævnt - for det meste vil de blive opfattet som baggrunden for hovedbegivenheden, "slagmarken" for dyr.
I 1999 kaldte biologerne James Wandersee og Elizabeth Schuessler dette fænomen planteblindhed - en tendens til at ignorere planternes potentiale, opførsel og enestående aktive rolle i naturen. Vi behandler dem som et baggrundselement og ikke som aktive agenter i økosystemet.
På mange måder skyldes denne blindhed historien, vi taler om filosofiske rester af længe afskaffede paradigmer, der fortsætter med at påvirke vores forståelse af den naturlige verden. Mange forskere er stadig påvirket af det berømte aristoteliske koncept scala naturae,”væsenets stige”, hvor planter er i bunden af hierarkiet af evner og værdier, og mennesker er øverst. Aristoteles understregede den grundlæggende konceptuelle opdeling mellem det immobile, ufølsomme planteliv og det aktive og følsomme dyrerige. Efter hans mening er forskellen mellem dyreriget og menneskeheden lige så stor; han troede ikke, at dyr havde nogen form for fuldgyldig tænkning. Efter spredningen af disse ideer i Vesteuropa i begyndelsen af 1200'erne og under renæssancen forblev denne position af Aristoteles konstant populær.
I dag kan denne systematiske bias mod ikke-dyr kaldes zooshavinisme. Det er allestedsnærværende i uddannelsessystemet, biologiske lærebøger, tendenser i videnskabelige publikationer og i medierne. Derudover interagerer børn, der vokser op i byer sjældent med planter, plejer sjældent dem og forstår dem generelt ikke godt.
Den måde, vores kroppe fungerer på - vores systemer til opfattelse, opmærksomhed og kognition - bidrager til urteblindhed og tilhørende fordomme. Planter hopper ikke på os, udgør ikke en trussel, og deres adfærd påvirker os ikke.
Empirisk forskning tyder på, at de ikke bliver bemærket så ofte som dyr, de tiltrækker ikke opmærksomhed så hurtigt som dyr, og vi glemmer dem lettere end med dyr. Vi opfatter planter som objekter eller overhovedet ikke er opmærksomme på dem. Derudover skyldes opførsel af planter ofte kemiske eller strukturelle ændringer, der er så små, hurtige eller langsomme, at vi ikke kan observere dem uden specielt udstyr.
Da vi selv er dyr, er det også lettere for os at genkende dyrs adfærd. Nylige opdagelser inden for robotteknologi indikerer, at forskningsdeltagere er mere villige til at tilskrive egenskaber som følelser, intentionalitet og adfærd til systemer, der efterligner menneskers eller dyrs adfærd.
Vi stoler på antropomorfe prototyper for at prøve at afgøre, om opførsel er sund. Dette forklarer vores intuitive tilbageholdenhed med at tildele kognitive evner til planter.
Men fordomme er måske ikke den eneste grund til, at vi har afvist planternes kognitive potentiale. Nogle forskere har udtrykt bekymring for, at begreber som "græsblindhed" bare er forvirrende metaforer. Når kognitiv teori anvendes på planter på en mindre abstrakt og vag måde, siger de, får man det indtryk, at planter fungerer meget anderledes end dyr. Plantemekanismer er komplekse og fantastiske, indrømmer de, men de er ikke kognitive mekanismer. Det menes, at vi giver hukommelsen en så bred definition, at den mister sin betydning, og at sådanne processer som tilpasning faktisk ikke er kognitive mekanismer.
En måde at undersøge betydningen af den kognitive proces på er at undersøge, om systemet bruger repræsentationer. Et sæt farvede linjer kan danne et billede af en kat, en repræsentation af en kat, ligesom ordet "kat" i denne sætning.
Hjernen skaber repræsentationer af miljøelementer og giver os således mulighed for at navigere i dette miljø. Når processen med at danne repræsentationer mislykkes, kan vi begynde at danne billeder i sindet af objekter, der ikke rigtig er i nærheden af os, for eksempel for at se hallucinationer. Og nogle gange opfatter vi verden lidt forkert, fordrejer information om den. Jeg kan høre forkert i sangteksterne - eller ryste og tænke på, at en edderkop kravler langs min hånd, når det bare er en flue.
Evnen til at fortolke indgående oplysninger fejlagtigt er et sikkert tegn på, at systemet bruger informationsbelastede repræsentationer til at navigere rundt i verden. Dette er det kognitive system.
Når vi danner minder, holder vi sandsynligvis nogle af disse viste oplysninger, så vi senere kan bruge dem offline. Filosof Francisco Calvo Garzón fra det spanske universitet i Murcia erklærede, at for at en fysisk ejendom eller mekanisme kan kaldes repræsentativ, skal den "være i stand til at repræsentere midlertidigt utilgængelige objekter eller begivenheder." Det er repræsentationens evne til at reflektere noget, der ikke eksisterer, hævder han, der tillader hukommelse at blive betragtet som et tegn på kognitiv aktivitet. En ejendom eller mekanisme, der ikke kan fungere offline, kan ikke betragtes som virkelig kognitiv.
På den anden side indrømmer nogle forskere, at nogle repræsentationer kun kan fungere online, det vil sige de repræsenterer og sporer miljøelementer i realtid. Mallowens natlige evne til at forudsige, hvor solen vil stige, længe før den ser ud, synes at involvere offline-repræsentationer; andre heliotrope planter, der kun følger solen, når den bevæger sig over himlen, anvender naturligvis en slags online repræsentation. Og alligevel kan organismer, der kun bruger online-repræsentation, også betragtes som kognitive. Offlineprocesser og hukommelse er dog mere overbevisende bevis for, at kroppen ikke bare reagerer refleksivt på miljøet. Dette er især vigtigt i forhold til undersøgelsen af organismer, som vi intuitivt ikke har tendens til at tænke på som kognitive, såsom planter.
Er der beviser for, at planter viser og gemmer oplysninger om miljøet til senere brug?
I løbet af dagen vender mallow bladene mod solen ved hjælp af motorvævet i bunden af stilken - denne proces styres aktivt af ændringer i vandtryk inde i planten, dette kaldes turgor. Skala og retning af sollys er kodet i lysfølsomme væv fordelt over det geometriske mønster af venerne på mallowbladene, og information om dem opbevares indtil morgenen. Anlægget holder også styr på cyklusser dag og nat med sit indre døgnur, som er følsomt over for naturlige signaler om solopgang og solnedgang.
Om natten ved at se på information fra alle disse kilder, kan mallow forudsige, hvor og hvornår solen vil stige op næste morgen. Det fungerer muligvis ikke med begreber som "sol" eller "daggry", men det gemmer information om solens vektor og cyklusser dag og nat, som gør det muligt for den at omlægge sine blade før daggry, så deres overflade vender mod den stigende sol. Det giver også planten mulighed for at lære en ny position, når fysiologer narre hovedet ved at ændre retning på lyskilden. I kunstigt skabt mørke kan den foregribende mekanisme også fungere offline i flere dage. Det handler om at optimere de tilgængelige ressourcer - i dette tilfælde sollys.
Kan denne mekanisme betragtes som en "repræsentation" - der erstatter de elementer i den omgivende verden, der bestemmer plantens opførsel? Det tror jeg.
Ligesom neurovidenskabere søger at identificere nervesystemets mekanismer for at studere hukommelse hos dyr, forsøger planteforskere at forstå hukommelsesmekanismerne, der tillader planter at gemme og bruge information, og bruger også denne hukommelse til at tilpasse deres adfærd.
Vi er lige begyndt at forstå de unikke evner i denne fleksible og forskelligartede gruppe af organismer. Når vi udvider vores horisonter af nysgerrighed ud over dyreriget og endda planteriget til at studere svampe, bakterier og protozoer, kan vi blive overrasket over at opdage, at mange af disse organismer anvender de samme grundlæggende adfærdsmæssige strategier og principper, som vi selv, herunder evnen til lære og danne minder.
For at gøre fremskridt skal der lægges særlig vægt på mekanismer. Vi er nødt til klart at forstå, hvornår, hvordan og hvorfor vi griber til allegori. Du skal være præcis i dine teoretiske udsagn. Og hvis beviset peger os i en retning, der er i modstrid med konventionel visdom, bør vi dristigt følge, hvor det fører. Sådanne forskningsprogrammer er stadig i deres barndom, men de fortsætter med at generere nye opdagelser, der underminerer og udvider den menneskelige forståelse af planter og slører de sædvanlige grænser, der adskiller planteriget fra dyreriget.
Selvfølgelig er det snarere en fantasiflugt at prøve at tænke på, hvad tænkning generelt kan betyde for disse organismer, da de faktisk ikke har en opdeling i hjerne (sind) og krop (bevægelse).
Men med en vis indsats kan vi i sidste ende gå ud over de eksisterende begreber "hukommelse", "læring" og "tænkning" - som oprindeligt kørte vores anmodning.
Vi ser, at i mange tilfælde er ræsonnementet om processerne for læring og hukommelse i planter ikke kun baseret på allegoriske billeder, men også på tørre fakta. Og næste gang du støder på en mallow på vejene, der ryster i solstrålerne, sænk farten ned, kig på den med nye øjne og husk, at denne iøjnefaldende ukrudt er fyldt med ekstraordinære kognitive evner.
