Na prvi pogled je rastlina malvaceae Lavatera cretica le neopazen plevel. Ta slez ima rožnate cvetove in široke, ravne liste, ki čez dan spremljajo sonce. Toda tisto, kar cvet počne ponoči, je znanstveno skupnost opozorilo na skromno rastlino. Nekaj ur pred svitom rastlina začne obračati liste v predpostavljeni smeri sončnega vzhoda. Zdi se, da se Malva spominja, kje in kdaj je sonce vzhajalo v prejšnjih dneh, in ga tam čaka.
Ko znanstveniki v laboratoriju skušajo zamenjati slez s spreminjanjem lokacije svetlobnega vira, se preprosto nauči nove smeri. Kaj pa na splošno pomeni ta izjava - da se je rastlina sposobna spominjati in učiti?
Ideja, da lahko rastline delujejo inteligentno, kaj šele, da se učijo in oblikujejo spomine, je bila do nedavnega obrobno stališče. Spomini se v osnovi štejejo za kognitivni pojav, tako da nekateri znanstveniki menijo, da je njihova prisotnost nujen in zadosten pokazatelj, da ima telo osnovne načine mišljenja. Za oblikovanje spominov so potrebni možgani, rastline pa nimajo niti osnovnega živčnega sistema, ki ga imajo žuželke in črvi.
Vendar je bilo v zadnjih desetih letih to stališče izpodbijano. Slez ni nobena izjema. Rastline niso le pasivni organski avtomati. Zdaj vemo, da lahko zaznajo in integrirajo informacije o ducatih naravnih spremenljivk in to znanje uporabljajo za prilagodljivo, prilagodljivo vedenje.
Na primer, rastline lahko prepoznajo, ali so sosednje rastline sorodne ali ne, in temu primerno prilagodijo svoje prehranjevalne strategije.
Impatiens pallida, ena izmed številnih vrst, ki je znana po tem, da večino svojih virov porabi za gojenje listov in ne za korenine v navzočnosti tujcev, taktika, očitno namenjena tekmovanju za sončno svetlobo. Obkrožen s sorodnimi rastlinami dotik ne spreminja prioritet. Poleg tega so rastline sposobne zgraditi zapleteno usmerjeno obrambo kot odziv na prepoznavanje določenih plenilcev. Majhna cvetoča Talina koza (Arabidopsis thaliana) lahko spremlja vibracije svojih prehranjevalnih gosenic in sprošča posebna olja in kemikalije za odganjanje žuželk.
Rastline komunicirajo tudi med seboj in z drugimi organizmi, kot so paraziti in mikrobi, po več kanalih - sem spadajo na primer glivična "mikorizna omrežja", ki povezujejo koreninske sisteme različnih rastlin kot nekakšen podzemni internet.
Morda torej ni vse tako presenetljivo, da se rastline lahko učijo in uporabljajo spomin za napovedovanje in odločanje.
Promocijski video:
Kaj je vključeno v pojma "učenje" in "spomin", če govorimo o rastlinah? Najbolj očiten primer v razpravi je postopek razvajanja, med katerim morajo biti nekatere rastline izpostavljene nizkim temperaturam, da bodo spomladi zacvetele. Zimski spomin pomaga rastlinam, da ločijo med pomladjo, ko so opraševalci, kot so čebele, zasedene, in jeseni, ko so proste, odločitev, da zacvetijo ob napačnem času, pa je lahko katastrofalna za razmnoževanje.
V najljubši eksperimentalni rastlini biologov, Tal's reticulatus, gen, imenovan Flowering Locus C (FLC), proizvaja kemikalijo, ki preprečuje odpiranje majhnih belih cvetov. Ko pa rastlina doživi dolgo zimo, stranski produkti drugih genov merijo, kako dolgo je izpostavljena hladnim temperaturam, in v hladnem vremenu v velikem številu celic zavirajo FLC. Ko pride pomlad in se dnevi podaljšajo, lahko rastlina z nizkim FLC zaradi mraza začne cveteti. Vendar mehanizem anti-FLC za učinkovito delovanje zahteva dolgotrajno izpostavljenost hladnemu vremenu in ne kratka obdobja nihanja temperatur.
Tu je vključen tako imenovani epigenetski spomin. Tudi po vrnitvi nanonaliziranih rastlin v tople razmere vsebnost FLC ostaja na nizki ravni zaradi preoblikovanja kromatinskih oznak. To so beljakovine in majhni radikali, ki se pritrdijo na DNA znotraj celic in vplivajo na gensko aktivnost. Preoblikovanje kromatina se lahko prenese celo na naslednje generacije ločenih celic, tako da se slednje "spomnijo" preteklih zim. Če je bila hladna sezona dovolj dolga, lahko rastline z nekaterimi celicami, ki niso bile izpostavljene mrazu, še spomladi cvetijo, ker modifikacija kromatina še naprej zavira izražanje FLC.
Toda ali je to res spomin? Botaniki, ki preučujejo epigenetski spomin, se bodo prvi strinjali, da se bistveno razlikuje od tega, kar preučujejo kognitivni znanstveniki.
Ali je ta izraz le alegorična konvencija, ki združuje znano besedo "spomin" z neznanim področjem epigenetike? Ali pa nam podobnosti med celičnimi spremembami in spomini na ravni organizma razkrivajo neznane globine, kaj spomin v resnici je?
Epigenetskim in "možganskim" spominom je skupno nekaj - nenehne spremembe v vedenju ali stanju sistema, ki jih povzroča naravni patogen iz preteklosti. Toda ta opis se zdi preveč splošen, saj zajema tudi procese, kot so poškodbe tkiva in presnovne spremembe. Morda tukaj zanimivo vprašanje ni, ali so spomini potrebni za kognitivno dejavnost ali ne, temveč katere vrste spomina kažejo na obstoj osnovnega kognitivnega procesa in ali imajo rastline te procese. Z drugimi besedami, namesto da bi gledali na "spomin", je vredno raziskati bolj temeljno vprašanje, kako spomini pridobivajo, oblikujejo ali se učijo.
"Rastline se spominjajo," je v nedavnem radijskem intervjuju dejala vedenjska ekologinja Monica Galliano. "Natančno vedo, kaj se dogaja." Na Univerzi v Zahodni Avstraliji Galliano preučuje rastline z uporabo tehnik vedenja, specifičnih za živali. Trdi, da če lahko rastline pokažejo rezultate, ki kažejo, da se lahko drugi živi organizmi učijo in shranjujejo spomine, moramo enako upoštevati tudi verjetnost, da imajo rastline tudi te kognitivne sposobnosti. Ena izmed oblik učenja, ki so jo podrobno preučevali, je prilagoditev, med katero bodo živi organizmi, izpostavljeni nepričakovanim, a neškodljivim povzročiteljem bolezni (hrupu, bliskavici ali svetlobi), pozneje pokazali proaktivni odziv, ki bo sčasoma izginil.
Predstavljajte si, da vstopite v sobo s brnečim hladilnikom: sprva je moteče, vendar se ga praviloma navadite in najverjetneje čez nekaj časa ne boste niti opazili tega hrupa. Popolna prilagoditev predpostavlja poseben dražljaj, zato žival z uvedbo drugačnega in potencialno nevarnega dražljaja sproži nov obrambni odziv.
Tudi v hrupni sobi boste bolj verjetno zdrznili ob močnem udarcu. To se imenuje razbremenitev navad in je tisto, kar loči resnično učenje od drugih vrst sprememb, kot je utrujenost.
Leta 2014 so Galliano in njegovi kolegi preizkusili sposobnosti učenja mimoze sramežljivega, majhnega, plazečega se letnika. Njeni listi se zvijejo kot odziv na grožnjo. Galliano in njegovi kolegi so mimozo spustili z višine (kar se v njeni evolucijski zgodovini načeloma ni moglo zgoditi z rastlino), rastlina pa je izvedela, da je varna in da ni pokazala zložljive reakcije. Vendar so opazili odziv, ko je rastlino nenadoma pretresel. Poleg tega so znanstveniki ugotovili, da je bila prilagoditev sramežljive mimoze tudi kontekstualno določena. Rastline so se hitreje učile v slabo osvetljenih okoljih, kjer je bilo zapiranje listov dražje zaradi pomanjkanja razsvetljave in opazovalčeve potrebe po varčevanju z energijo. (Gallianova ekipa ni bila prva, ki je uporabila pristop vedenjskega učenja za rastline, kot je sramotna mimoza,vendar prejšnje študije niso bile vedno strogo nadzorovane in so zato dale nasprotujoče si rezultate.
Kaj pa bolj zapletena učljivost?
Večina živali je sposobna tudi pogojenega in asociativnega učenja, med katerim izve, da sta dva dražljaja povezana med seboj. To je tisto, kar vam omogoča, da psa naučite pristopiti k zvoku piščalke - pes začne to vedenje povezovati s priboljškom ali naklonjenostjo.
V drugi študiji so Galliano in njegovi kolegi preizkusili, ali lahko semenski grah gibanje zraka poveže z razpoložljivostjo svetlobe. Semena so položili v labirint Y, katerega eno vejo je sprožil zrak - bila je tudi najsvetlejša. Rastline so nato pustile, da rastejo v labirintu, znanstveniki pa so pričakovali, da bodo videli, ali bodo to združenje obvladali. Rezultati so bili pozitivni: pokazali so, da so rastline pogojeno odzivnost obvladale na situacijsko določen način.
Vse več je dokazov, da imajo rastline nekatere inherentne učne sposobnosti živali. Zakaj je bilo tako dolgo, da sem to spoznal? Lahko naredite majhen eksperiment. Oglejte si to sliko. Kaj je tukaj upodobljeno?
Večina bo na sliki poimenovala splošni razred živali ("dinozavri") in opisala, kaj počnejo ("boj", "skok"), ali - če oboževalec dinozavra naleti nanjo - določila določeno žival ("driptosaurus"). Redko bodo omenjeni lišaji, trava, grmičevje in drevesa - večinoma jih bomo dojemali kot ozadje glavnega dogodka, "bojnega polja" živali.
Leta 1999 sta biologa James Wandersee in Elizabeth Schuessler ta pojav poimenovala rastlinska slepota - težnja, da se prezre potencial, vedenje in edinstveno aktivna vloga rastlin v naravi. Obravnavamo jih kot element ozadja in ne kot aktivne dejavnike ekosistema.
V mnogih pogledih je ta slepota posledica zgodovine, govorimo o filozofskih ostankih že dolgo ukinjenih paradigem, ki še naprej vplivajo na naše razumevanje naravnega sveta. Na številne znanstvenike še vedno vpliva znameniti aristotelovski koncept scala naturae, "lestev bitij", kjer so rastline na dnu hierarhije sposobnosti in vrednot, ljudje pa na vrhu. Aristotel je poudaril temeljno konceptualno delitev med nepremičnim, neobčutljivim rastlinskim svetom in aktivnim ter občutljivim živalskim kraljestvom. Po njegovem mnenju je razlika med živalskim kraljestvom in človeštvom prav tako pomembna; ni verjel, da imajo živali kakršno koli polnopravno razmišljanje. Po širjenju teh idej v zahodni Evropi v zgodnjih 1200-ih in v času renesanse je bil ta položaj Aristotela nenehno priljubljen.
Danes lahko to sistematično pristranskost do neživali imenujemo zooshavinizem. Vseprisotna je v izobraževalnem sistemu, učbenikih biologije, trendih v znanstvenih publikacijah in medijih. Poleg tega otroci, ki odraščajo v mestih, redko komunicirajo z rastlinami, redko skrbijo zanje in jih na splošno ne razumejo dobro.
Način delovanja našega telesa - naši sistemi zaznavanja, pozornosti in kognicije - prispevajo k zeliščni slepoti in s tem povezanim predsodkom. Rastline nas ne poskakujejo, ne predstavljajo grožnje in njihovo vedenje na nas ne vpliva.
Empirične raziskave kažejo, da jih niso opazili tako pogosto kot živali, ne pritegnejo pozornosti tako hitro kot živali in nanje lažje pozabimo kot na živali. Rastline dojemamo kot predmete ali pa jim sploh nismo pozorni. Poleg tega vedenje rastlin pogosto povzročajo kemične ali strukturne spremembe, ki so tako majhne, hitre ali počasne, da jih brez posebne opreme ne moremo opazovati.
Ker smo tudi sami živali, lažje prepoznamo vedenje živali. Nedavna odkritja na področju robotike kažejo, da so udeleženci raziskav bolj pripravljeni sistemom, ki posnemajo vedenje ljudi ali živali, pripisati lastnosti, kot so čustva, namernost in vedenje.
Zanašamo se na antropomorfne prototipe, da bi ugotovili, ali je vedenje razumno. To pojasnjuje našo intuitivno zadržanost, da bi kognitivne sposobnosti pripisali rastlinam.
Toda predsodki morda niso edini razlog, da smo zavrnili kognitivni potencial rastlin. Nekateri znanstveniki so izrazili zaskrbljenost, da pojmi, kot je "travna slepota", samo zmedejo metafore. Pravijo, da kognitivna teorija za rastline velja manj abstraktno in nejasno, se zdi, da rastline delujejo zelo drugače kot živali. Rastlinski mehanizmi so zapleteni in neverjetni, priznavajo, vendar niso kognitivni mehanizmi. Menijo, da dajemo spominu tako široko definicijo, da izgubi pomen in da takšni procesi, kot je prilagajanje, pravzaprav niso kognitivni mehanizmi.
Eden od načinov za raziskovanje pomena kognitivnega procesa je preučiti, ali sistem uporablja predstavitve. Nabor barvnih črt lahko tvori sliko mačke, predstavitev mačke, tako kot beseda "mačka" v tem stavku.
Možgani ustvarjajo predstavitve elementov okolja in nam tako omogočajo navigacijo v tem okolju. Ko postopek oblikovanja predstav ne uspe, lahko v mislih začnemo oblikovati podobe predmetov, ki dejansko niso v naši bližini, na primer, da vidimo halucinacije. In včasih svet zaznamo nekoliko napačno, izkrivljamo informacije o njem. Besedila pesmi lahko napačno slišim - ali se zgrozim, če pomislim, da mi pajek plazi po roki, ko je le muha.
Sposobnost napačne interpretacije dohodnih informacij je zanesljiv znak, da sistem uporablja informacijsko obremenjene predstavitve za krmarjenje po svetu. To je kognitivni sistem.
Ko ustvarjamo spomine, bomo verjetno imeli nekaj teh prikazanih informacij, da jih bomo lahko kasneje uporabljali brez povezave. Filozof Francisco Calvo Garzón s španske univerze v Murciji je izjavil, da mora biti fizična lastnost ali mehanizem reprezentativen, "mora biti sposoben predstavljati začasno nedostopne predmete ali dogodke". Trdi, da sposobnost reprezentacije odraža nekaj, kar ne obstaja, omogoča, da se spomin šteje za znak kognitivne dejavnosti. Lastnosti ali mehanizma, ki ne more delovati brez povezave, ni mogoče šteti za resnično kognitivno.
Po drugi strani pa nekateri učenjaki priznavajo, da lahko nekatere predstavitve delujejo samo prek spleta, to pomeni, da predstavljajo in spremljajo elemente okolja v realnem času. Zdi se, da nočna sposobnost sleza, da napove, kje bo sonce, še preden se bo pojavilo, vključuje predstavitve zunaj spleta; druge heliotropne rastline, ki soncu sledijo le, ko se premika po nebu, očitno uporabljajo nekakšno spletno predstavitev. A vendar lahko organizme, ki uporabljajo samo spletno predstavitev, po mnenju znanstvenikov štejemo tudi za kognitivne. Vendar so procesi brez povezave in spomin prepričljivejši dokaz, da se telo ne odziva le refleksno na okolje. To je še posebej pomembno v zvezi s preučevanjem organizmov, ki jih intuitivno nismo nagnjeni k kognitivnosti, kot so rastline.
Ali obstajajo dokazi, da rastline prikazujejo in shranjujejo informacije o okolju za kasnejšo uporabo?
Čez dan slez obrača liste proti soncu z uporabo motornega tkiva na dnu stebla - ta proces aktivno nadzorujejo spremembe vodnega tlaka v rastlini, temu pravimo turgor. Lestvica in smer sončne svetlobe sta kodirana v svetlobno občutljivih tkivih, razporejenih po geometrijskem vzorcu žil listov sleza, informacije o njih pa so shranjene do jutra. Rastlina tudi spremlja cikle dneva in noči z notranjo cirkadiansko uro, ki je občutljiva na naravne signale sončnega zahoda in sončnega vzhoda.
Ponoči lahko slez ob pregledu informacij iz vseh teh virov napove, kje in kdaj bo sonce vzhajalo naslednje jutro. Morda ne bo deloval s koncepti, kot sta "sonce" ali "zarja", vsebuje pa informacije o vektorju sonca in ciklih dneva in noči, ki mu omogočajo, da svoje liste preusmeri pred svitanjem, tako da je njihova površina obrnjena proti vzhajajočemu soncu. Rastlini omogoča tudi, da se nauči novega položaja, ko fiziologi zavajajo glavo s spreminjanjem smeri svetlobnega vira. V umetno ustvarjeni temi lahko predvidevalni mehanizem deluje tudi brez povezave več dni. Gre za optimizacijo razpoložljivih virov - v tem primeru sončne svetlobe.
Ali lahko ta mehanizem štejemo za "predstavitev" - nadomeščanje elementov okoliškega sveta, ki določajo obnašanje rastline? Jaz tako mislim.
Tako kot nevroznanstveniki skušajo prepoznati mehanizme živčnega sistema, da bi preučevali spomin pri živalih, skušajo tudi raziskovalci rastlin razumeti mehanizme spomina, ki rastlinam omogočajo shranjevanje in uporabo informacij, in s tem spominom prilagajajo svoje vedenje.
Šele začenjamo dojemati edinstvene sposobnosti te prilagodljive in raznolike skupine organizmov. Ko svojo radovednost širimo tudi izven živalskega in celo rastlinskega sveta za preučevanje gliv, bakterij in praživali, bomo morda presenečeni, ko bomo ugotovili, da številni od teh organizmov uporabljajo enake osnovne vedenjske strategije in načela, kot jih imamo tudi sami, vključno s sposobnostjo neke vrste učenje in oblikovanje spominov.
Za napredek je treba posebno pozornost nameniti mehanizmom. Jasno moramo razumeti, kdaj, kako in zakaj se zatečemo k alegoriji. V svojih teoretičnih trditvah bi morali biti natančni. In če nas dokazi usmerjajo v smer, ki je v nasprotju s splošno modrostjo, moramo pogumno slediti tja, kam vodijo. Takšni raziskovalni programi so še vedno v povojih, zagotovo pa še naprej ustvarjajo nova odkritja, ki spodkopavajo in širijo človeško razumevanje rastlin ter zabrišejo običajne meje, ki ločujejo rastlinsko kraljestvo od živalskega.
Seveda je poskušati razmišljati o tem, kaj na splošno lahko pomeni razmišljanje v primeru teh organizmov, je le potek fantazije, saj dejansko nimajo delitve na možgane (um) in telo (gibanje).
Vendar lahko z nekaj truda na koncu presežemo obstoječe koncepte "spomin", "učenje" in "razmišljanje" - ki so prvotno vodili našo zahtevo.
Vidimo, da v mnogih primerih razmišljanje o procesih učenja in spomina v rastlinah ne temelji le na alegoričnih podobah, temveč tudi na suhih dejstvih. In naslednjič, ko naletite na slez, ki drhti ob sončni svetlobi, upočasnite, poglejte ga z novimi očmi in ne pozabite, da je ta neopazen plevel poln izjemnih kognitivnih sposobnosti.