На пръв поглед растението Malvaceae Lavatera cretica е просто незабележим плевел. Този слез има розови цветя и широки, плоски листа, които следват слънцето през деня. Обаче това, което цветето прави през нощта, е насочило вниманието на научната общност към скромното растение. Няколко часа преди зазоряване растението започва да обръща листата си в приетата посока на изгрева. Изглежда, че Малва си спомня къде и кога е изгрявало слънцето в предишните дни и го чака там.
Когато учените в лабораторията се опитват да объркат слез, като променят местоположението на източника на светлина, той просто научава нова посока. Но какво означава това твърдение като цяло - че растението е в състояние да запомни и да научи?
Идеята, че растенията могат да действат интелигентно, да не говорим за ученост и формиране на памет, доскоро беше маргинална гледна точка. Спомените се считат за фундаментално когнитивно явление, дотолкова, че някои учени смятат присъствието им за необходим и достатъчен показател, че тялото притежава основни типове мислене. За формиране на спомени е необходим мозък, а растенията дори нямат елементарната нервна система, която имат насекомите и червеите.
През последните десет години обаче това мнение беше оспорено. Малв не е изключение. Растенията не са просто пасивни органични автомати. Сега знаем, че те могат да усетят и интегрират информация за десетки естествени променливи и да приложат тези знания за гъвкаво, адаптивно поведение.
Например, растенията могат да разпознаят дали съседните растения са свързани или не и да адаптират съответно своите стратегии за хранене.
Impatiens pallida, един от няколкото вида, известен с това, че изразходва по-голямата част от ресурсите си за отглеждане на листа, а не за корени в присъствието на външни лица, е тактика, очевидно насочена към съревнование за слънчева светлина. Заобиколен от сродни растения, докосването не променя приоритетите. В допълнение, растенията са способни да изграждат сложна целенасочена защита в отговор на идентифицирането на специфични хищници. Малката цъфтяща дъвка на Тал (Arabidopsis thaliana) може да проследява вибрациите на своите ядещи гъсеници и да отделя специални масла и химикали, за да отблъсне насекомите.
Растенията също комуникират помежду си и с други организми, като паразити и микроби, използвайки множество канали - например гъбични „микоризни мрежи“, които свързват кореновите системи на различни растения като един вид подземен интернет.
Тогава може би не е толкова изненадващо, че растенията са способни да се учат и използват паметта, за да правят прогнози и решения.
Промоционално видео:
Какво се включва в понятията "учене" и "памет", ако говорим за растения? Най-очевидният пример в дебата е процесът на яровизация, по време на който някои растения трябва да бъдат изложени на ниски температури, за да цъфтят през пролетта. Зимната памет помага на растенията да различават пролетта, когато опрашителите като пчелите са заети, и есента, когато са свободни, и решението да цъфти в неподходящо време може да бъде пагубно за размножаването.
В любимото експериментално растение на биолозите, ретикулатусът на Тал, ген, наречен Цъфтящ локус С (FLC), произвежда химикал, който предотвратява отварянето на малките му бели цветчета. Когато обаче растението преживее дълга зима, страничните продукти на други гени измерват колко дълго е изложено на студени температури и потискат FLC в голям брой клетки по време на студеното време. Когато дойде пролетта и дните се удължат, растение, което има ниско ниво на FLC поради студа, може да започне да цъфти. Въпреки това, анти-FLC механизмът изисква продължително излагане на студено време, за да работи ефективно, а не кратки периоди на променливи температури.
Тук участва така наречената епигенетична памет. Дори след връщането на ядрените растения в топли условия, съдържанието на FLC остава на ниско ниво поради преустройството на хроматиновите марки. Това са протеини и малки радикали, които се прикрепят към ДНК вътре в клетките и влияят на генната активност. Ремоделирането на хроматин може дори да бъде предадено на следващите поколения отделени клетки, така че последните да „си спомнят“минали зими. Ако студеният период е бил достатъчно дълъг, растенията с някои клетки, които не са били изложени на студа, все още могат да цъфтят през пролетта, тъй като модификацията на хроматина продължава да инхибира експресията на FLC.
Но наистина ли е спомен? Ботаниците, изучаващи епигенетичната памет, ще бъдат първите, които ще се съгласят, че тя е коренно различна от това, което когнитивните учени изследват.
Дали този термин е просто алегорична конвенция, която съчетава познатата дума „памет“с непознатото поле на епигенетиката? Или приликите между клетъчните промени и спомените на нивото на организма ни разкриват неизвестни дълбочини на това, което всъщност е паметта?
Епигенетичните и „мозъчните“спомени имат едно общо нещо - постоянни промени в поведението или състоянието на системата, причинени от естествен патоген от миналото. И все пак това описание изглежда твърде общо, тъй като обхваща и процеси като увреждане на тъканите и метаболитни промени. Може би интересният въпрос тук не е дали спомените са необходими или не за когнитивна дейност, а по-скоро какви типове памет показват съществуването на основен когнитивен процес и дали растенията имат тези процеси. С други думи, вместо да разглеждаме самата „памет“, струва си да проучим по-фундаменталния въпрос за това как се придобиват, формират или научават спомени.
„Растенията помнят“, заяви поведенческият еколог Моника Галиано в скорошно радиоинтервю. "Те знаят точно какво става." В Университета на Западна Австралия Галиано изучава растения, използвайки техники за поведенческо обучение, разработени за животни. Тя твърди, че ако растенията могат да покажат резултати, които предполагат, че други живи организми могат да се учат и съхраняват спомени, ние също трябва да вземем предвид вероятността растенията също да имат тези когнитивни способности. Една от формите на обучение, които са изучавали в детайли, е адаптацията, по време на която живите организми, изложени на неочаквани, но безвредни патогени (шум, светкавица или светлина), по-късно ще демонстрират проактивен отговор, който с времето ще изчезне.
Представете си, че влизате в стая с тананикащ хладилник: в началото е досадно, но като правило свиквате и най-вероятно след известно време ще спрете дори да забелязвате този шум. Пълната адаптация предполага специфичен стимул, така че с въвеждането на отличен и потенциално опасен стимул, животното предизвиква нов защитен отговор.
Дори в шумна стая е по-вероятно да трепнете при силен удар. Това се нарича облекчаване на привикването и е това, което отличава истинското учене от другите видове промени, като умората.
През 2014 г. Галиано и колегите му тестваха способностите за учене на мимозата на срамежлив, малък, пълзящ годишен. Листата му се свиват в отговор на заплаха. Галиано и колегите му са изпуснали мимозата от височина (което по принцип не е могло да се случи с растението в еволюционната му история) и растението е научило, че е безопасно и не показва реакция на сгъване. Наблюдава се обаче реакция, когато растението внезапно се разклати. Нещо повече, учените установиха, че адаптацията на срамежливата мимоза също е контекстуално определена. Растенията се учеха по-бързо в слабо осветена среда, където затварянето на листата беше по-скъпо поради недостига на осветление и необходимостта на наблюдателя да пести енергия. (Екипът на Галиано не беше първият, който приложи подход за поведенческо обучение към растения като срамна мимоза,предишните проучвания обаче не винаги са били строго контролирани и следователно са довеждали противоречиви резултати.
Но какво да кажем за по-сложната усвояемост?
Повечето животни също са способни на обусловено и асоциативно обучение, по време на което научават, че два стимула са сдвоени помежду си. Това е, което ви позволява да научите кучето да се доближава до звука на свирката - кучето започва да свързва това поведение с лакомство или обич.
В друго проучване Галиано и колегите му тестваха дали грахът от семена може да свърже движението на въздуха с наличието на светлина. Те подредиха семената в Y-лабиринт, един от клоните на който беше задвижен по въздух - той беше и най-яркият. След това растенията бяха оставени да растат в лабиринта и учените очакваха да видят дали ще овладеят асоциацията. Резултатите са положителни: те показват, че растенията овладяват условния отговор по ситуационно определен начин.
Има все повече доказателства, че растенията притежават някои от присъщите способности за учене на животните. Защо отне толкова време, за да осъзнаем това? Можете да направите малък експеримент. Погледнете тази снимка. Какво е изобразено тук?
Повечето или ще назоват общия клас животни на снимката („динозаври“) и ще опишат какво правят („борба“, „скок“), или - ако попадне фен на динозавър - ще посочат конкретно животно („капкозавър“). Рядко ще се споменават лишеи, трева, храсти и дървета - в по-голямата си част те ще се възприемат като фон на основното събитие, „бойното поле“на животните.
През 1999 г. биолозите Джеймс Вандерзее и Елизабет Шуслер нарекоха това явление растителна слепота - тенденция да се игнорира потенциалът, поведението и уникалната активна роля на растенията в природата. Ние ги третираме като фонов елемент, а не като активни агенти на екосистемата.
В много отношения тази слепота се дължи на историята, говорим за философски остатъци от отдавна премахнати парадигми, които продължават да влияят върху нашето разбиране за природния свят. Много учени все още са повлияни от известната аристотелова концепция за scala naturae, „стълбата на съществата“, където растенията са в дъното на йерархията на способностите и ценностите, а хората са на върха. Аристотел подчерта основното концептуално разделение между неподвижния, нечувствителен растителен живот и активното и чувствително животинско царство. Според него разликата между животинското царство и човечеството е също толкова значителна; той не вярваше, че животните имат някакъв вид пълноценно мислене. След разпространението на тези идеи в Западна Европа в началото на 1200-те години и по време на Ренесанса, тази позиция на Аристотел остава в постоянна популярност.
Днес този систематичен предразсъдък срещу неживотните може да се нарече зоошавинизъм. Той е повсеместен в образователната система, учебниците по биология, тенденциите в научните публикации и в медиите. Освен това децата, които растат в градовете, рядко взаимодействат с растения, рядко се грижат за тях и като цяло не ги разбират добре.
Начинът, по който телата ни функционират - нашите системи за възприятие, внимание и познание - допринася за билковата слепота и свързаните с нея предразсъдъци. Растенията не скачат срещу нас, не представляват заплаха и поведението им не ни влияе.
Емпиричните изследвания показват, че те не се забелязват толкова често, колкото животните, те не привличат вниманието толкова бързо, колкото животните, и ние забравяме за тях по-лесно, отколкото за животните. Ние възприемаме растенията като предмети или дори изобщо не им обръщаме внимание. Освен това поведението на растенията често се причинява от химически или структурни промени, които са толкова малки, бързи или бавни, че не можем да ги наблюдаваме без специално оборудване.
Освен това, тъй като самите ние сме животни, е по-лесно да разпознаем поведението на животните. Последните открития в областта на роботиката показват, че участниците в изследването са по-склонни да приписват свойства като емоция, преднамереност и поведение на системи, които имитират човешко или животинско поведение.
Разчитаме на антропоморфни прототипи, за да се опитаме да определим дали поведението е разумно. Това обяснява нашето интуитивно нежелание да приписваме когнитивни способности на растенията.
Но предразсъдъците може би не са единствената причина, поради която отхвърлихме когнитивния потенциал на растенията. Някои учени изразиха загриженост, че понятия като „тревна слепота“просто объркват метафорите. Когато когнитивната теория се прилага към растенията по-малко абстрактно и неясно, казват те, създава се впечатлението, че растенията функционират съвсем различно от животните. Растителните механизми са сложни и изумителни, признават те, но те не са когнитивни механизми. Смята се, че ние даваме на паметта толкова широко определение, че тя губи значението си и че такива процеси като адаптация всъщност не са когнитивни механизми.
Един от начините да се изследва значението на когнитивния процес е да се изследва дали системата използва представяния. Набор от цветни линии може да образува картина на котка, представяне на котка, точно като думата "котка" в това изречение.
Мозъкът създава представяния на елементи от околната среда и по този начин ни позволява да се ориентираме в тази среда. Когато процесът на формиране на представяния се провали, можем да започнем да формираме в ума си изображения на обекти, които всъщност не са близо до нас, например, за да видим халюцинации. И понякога възприемаме света малко погрешно, изкривяваме информацията за него. Може да не съм чул текста на песента - или да потръпна, мислейки, че паяк пълзи по ръката ми, когато това е просто муха.
Възможността за неправилно тълкуване на входящата информация е сигурен знак, че системата използва натоварени с информация представителства за навигация по света. Това е когнитивната система.
Докато формираме спомени, вероятно ще задържим част от тази показана информация, за да можем по-късно да я използваме офлайн. Философът Франсиско Калво Гарсън от испанския университет в Мурсия заяви, че за да може дадено физическо свойство или механизъм да бъде наречено представително, то трябва „да може да представлява временно недостъпни обекти или събития“. Способността на представянето да отразява нещо, което не съществува, твърди той, позволява на паметта да се счита за признак на когнитивна дейност. Свойство или механизъм, които не могат да функционират офлайн, не могат да се считат за наистина познавателни.
От друга страна, някои учени признават, че някои представителства могат да функционират само онлайн, тоест представляват и проследяват елементи от околната среда в реално време. Нощната способност на слезта да предсказва къде ще изгрее слънцето, много преди да се появи, изглежда включва офлайн представления; други хелиотропни растения, които само следват слънцето, докато се движи по небето, очевидно използват някакъв вид онлайн представяне. И все пак организмите, използващи само онлайн представяния, казват учените, също могат да се считат за познавателни. Въпреки това офлайн процесите и паметта са по-убедителни доказателства, че тялото не само реагира рефлекторно на околната среда. Това е особено важно във връзка с изучаването на организми, за които ние интуитивно не сме склонни да мислим като познавателни, като например растенията.
Има ли доказателства, че растенията показват и съхраняват информация за околната среда за по-нататъшна употреба?
През деня слезът обръща листата си към слънцето, използвайки двигателната тъкан в основата на стъблото - този процес се контролира активно от промени в налягането на водата вътре в растението, това се нарича тургор. Мащабът и посоката на слънчевата светлина се кодират в светлочувствителни тъкани, разпределени по геометричния модел на вените на листата на слез и информацията за тях се съхранява до сутринта. Растението също така следи циклите на деня и нощта с вътрешния си циркаден часовник, който е чувствителен към естествените сигнали за залез и изгрев.
През нощта, разглеждайки информация от всички тези източници, слезът може да предскаже къде и кога ще изгрее слънцето на следващата сутрин. Може да не оперира с понятия като „слънце“или „зора“, но съхранява информация за вектора на слънцето и циклите на деня и нощта, които му позволяват да преориентира листата си преди зазоряване, така че повърхността им да е обърната към изгряващото слънце. Той също така позволява на растението да научи нова позиция, когато физиолозите заблуждават главата му, като променят посоката на източника на светлина. В изкуствено създаден мрак механизмът за изпреварване може да функционира и офлайн в продължение на няколко дни. Става въпрос за оптимизиране на наличните ресурси - в този случай слънчева светлина.
Може ли този механизъм да се счита за „представяне“- заместване на елементите на околния свят, които определят поведението на растението? Така мисля.
Точно както невролозите се стремят да идентифицират механизмите на нервната система, за да изследват паметта при животните, изследователите на растенията се стремят да разберат механизмите на паметта, които позволяват на растенията да съхраняват и използват информация, и също така използват тази памет, за да персонализират поведението си.
Тепърва започваме да разбираме уникалните способности на тази гъвкава и разнообразна група организми. Докато разширяваме любопитството си отвъд животинското царство и дори растителното царство, за да изследваме гъбички, бактерии и протозои, може да бъдем изненадани да открием, че много от тези организми използват същите основни поведенчески стратегии и принципи, които ние самите, включително способността за вид учене и формиране на спомени.
За да се постигне напредък, трябва да се обърне специално внимание на механизмите. Трябва ясно да разберем кога, как и защо прибягваме до алегория. Трябва да сте точни в теоретичните си твърдения. И ако доказателствата ни насочват в посока, която противоречи на общоприетата мъдрост, трябва смело да следваме къде водят. Такива изследователски програми са все още в зародиш, но със сигурност продължават да генерират нови открития, които подкопават и разширяват човешкото разбиране за растенията, размивайки обичайните граници, които разделят растителното царство от животинското.
Разбира се, опитът да се мисли какво общо може да означава мисленето в случая на тези организми е по-скоро полет на фантазията, тъй като те всъщност нямат разделение на мозък (ум) и тяло (движение).
С известни усилия обаче можем в крайна сметка да надхвърлим съществуващите понятия „памет“, „учене“и „мислене“- които първоначално движеха нашата заявка.
Виждаме, че в много случаи разсъжденията за процесите на обучение и памет в растенията се основават не само на алегорични образи, но и на сухи факти. И следващия път, когато попаднете на крайпътна слеза, треперейки в лъчите на слънчевата светлина, забавете, погледнете го с нови очи и не забравяйте, че този незабележим плевел е изпълнен с необикновени когнитивни способности.
