Чи є у рослин почуття? Біологи — про біль у корінцях, тріпі гороху та лісову солідарність

Ще Дарвін висунув гіпотезу, що кінчики коренів виконують у рослин роль мозку. Однак після нього ще століття ніхто не намагався вивчати рослинний аналог нервової системи. Невеликій групі сучасних біологів вдалося довести, що рослини здатні до зору, відчувають біль та наркотичне сп'яніння. Чому ця галузь знань оточена завісою мовчання та яких успіхів досягла вона останніми роками, пише журнал Nautilus.

Франтішек Балушка, професор цитології рослин із Боннського університету, разом зі Стефано Манкузо із Флорентійського університету та іншими колегами вирішили дослідити вплив наркозу на рослини. Для експерименту було обрано венерину мухоловку — рослину, яка заманює свої жертви в пастку з здвоєного листя, яке захлопується, як тільки комаха стосується волосків на їх внутрішній стороні. Половинки аркуша замикаються миттєво, утворюючи «шлунок», у якому перетравлюється їжа.

Експериментуючи з анестетиками, у тому числі застосовуваними при операціях на людях, ученим вдалося досягти припинення електричної активності всередині рослини, внаслідок чого пастка перестала реагувати на дотик. Подібним чином поводився під наркозом і горох: його вусики, які зазвичай тягнуться на всі боки в пошуках поверхонь для кріплення, перестали витягуватися і завилися на місці. Після того, як введена речовина була розщеплена, природна активність рослин відновилася.

Чи означає це, що рослини прийшли до тями так само, як люди приходять до тями після загального наркозу? Це дуже важливе питання, адже щоб прийти до тями, потрібно його мати.

«Рослини та дерева, без сумніву, можуть відчувати біль, – каже Балушка. — Будь-який живий організм потребує цього, щоб відповідним чином реагувати на те, що відбувається». Доказ того, пояснює він, можна спостерігати на молекулярному рівні.

Рослини, як і тварини, виділяють речовини, що пригнічують біль. Якби вони не відчували її, яка б у цьому була необхідність?

Балушка зробив кілька інших відкриттів. У Південній Америці росте лоза, чиє листя набуває форми листя рослини-господаря, яке вона обвиває. Логічно було б припустити, що в основі такої поведінки лежить хімічна активність: лоза виявляє запашні речовини дерева та реагує, видозмінюючи своє листя генетично зумовленим способом.

Одному з дослідників спало на думку поселити лозу на штучній рослині з пластиковим листям. В результаті вона зімітувала форму штучного листя так само, як справжніх.

Балушка вважає це доказом того, що лоза здатна бачити, адже в цьому випадку рослина-господар не виділяла хімічних речовин і не надсилала електричних сигналів. На думку Балушки, бачити можуть усі рослини.

Про те, що дерева вміють відрізняти світло від темряви, було відомо і раніше. Ми також знали, що буки можуть вимірювати тривалість дня, використовуючи світлові рецептори, які дають сигнал до пробудження. Але це все ж таки далеко від зору у значенні розпізнавання форм і кольорів.

Тут Балушка посилається на дослідження кутикули – шару тканини на поверхні рослин.У більшості їх цей шар повністю прозорий. Якщо все, що роблять рослини – це вловлюють сонячне світло для виробництва глюкози, на їх поверхні (куди потрапляє найбільше світла) повинні розміщуватись необхідні для фотосинтезу органи – хлоропласти. Відомо, що що далі від поверхні, то менше поглинається світла.

Проте кутикула прозора. Більше того, у деяких рослин вона має вигляд лінзи, тобто фокусує світло - подібно до того, як це робить рогівка ока. Якщо фотосинтез - єдине завдання листя, набагато розумніше було б просто пропускати промені, а не збирати їх. Фокусування не збільшує кількість світла, що потрапляє на аркуш.

Листя, що відіграють роль очей? Ця ідея здається особливо дивною, якщо врахувати, що щоосені дерева скидають свої «очі».

Однак шість місяців (у кліматичних умовах Європи) досить довгий термін для тваринного світу. Мухи, наприклад, користуються очима близько місяця — приблизно стільки триває їхнє життя. А поденки, чиї імаго живуть близько одного дня, мають зір менше 24 годин.

Ще один цікавий факт, пов'язаний з деревами: після того, як листя сформувалося, клітини в них не оновлюються протягом усього сезону дозрівання, тобто досить довго. Для порівняння, клітини рогівки людського ока повністю замінюються кожні 7 днів.

Здавалося б, такі відкриття, як біль та зір у рослин, мають потрясти наукову спільноту. Проте реакція була стримана. Балушка — чи не єдиний, хто серйозно займається цією темою. А отже, ця галузь науки може незабаром знову зникнути, як це вже одного разу сталося за часів Дарвіна.

Дарвін припустив, що кінчики коренів виконують функції, аналогічні до функцій мозку у простих тварин. Прірва між цими двома царствами могла бути подолана ще тоді, але дослідження припинилися на сто років. У 1973 році вийшла книга Пітера Томпкінса та Крістофера Берда «Таємне життя рослин». Вона була заснована на невідтворюваних експериментах і завдала галузі удару, від якого та не оговталася досі.

Є ще одна проблема, пояснює Балушка. Усі дослідження нервової системи, мозку та таких явищ, як біль, спочатку проводилися на людях. Тому необхідні терміни вже зайняті. Було б неправильно переносити ці поняття на рослини, в яких спостерігаються подібні процеси. Нейробіологія виявилася зарезервованою для тварин.

Досягнення рівності між різними формами життя потребує далекоглядності та наукової ясності. Дарвінівська ідея про «виживання найсильніших» не передбачає, що всі форми життя воюють один з одним і найсильніший перемагає. Йдеться швидше про здатність адаптуватися до певного середовища та успішно розмножуватися. Це означає, що види, які роблять ставку на об'єднання, також можуть досягти успіху.

Приклад дерев, вовків і людей показує, наскільки успішними бувають спільноти. Тому коректніше говорити про «виживання найбільш пристосованих», а не найсильніших та агресивніших видів.

Понад те, ранні види були примітивними і недорозвиненими, а добре пристосованими до умов свого часу. Природа мінлива, континенти рухаються, клімат змінюється, тому завдання еволюції — поліпшення організмів, а обживання нової конфігурації довкілля.

Згідно зі застарілим уявленням про розвиток форм життя, живі істоти постійно вдосконалювалися доти, доки нарешті не з'явилася людина, яка стоїть на вершині творіння. Лісничі вважають себе свого роду посередниками: вони переконані, що дерева, що належать не лише до різних, а й до одного виду, змагаються між собою за світло, воду та поживні речовини. Вважається навіть, що природні ліси не вціліли б без лісничих.

Проте деревам понад 300 мільйонів років, сучасним людям — 300 тисяч, а лісництву — лише 300. Більшість своєї історії дерева чудово справлялися без посередників — частково через те, що зовсім не суперничали один з одним.

Прикро, що останні сто років ми розглядали природу як зону бойових дій між різними видами. На думку філософа Емануеле Коччі, який нещодавно написав книгу про рослини під назвою «Коріння світу», природа — це не зона бойових дій. Навпаки, у ній панує солідарність.

Про що мовчать рослини: чи є розум і почуття у квітів та дерев

Що може вивідати з рослин детектор брехні, чому в Швейцарії за ними визнали право на самоповагу і чи можуть листки спілкуватися між собою, розповість новий випуск рубрики «Шнобелівська премія — це серйозно».

Чи розмовляли ви колись із рослинами? Мабуть, так - особливо якщо у вас є кімнатні квіти або ви затятий городник. Але чи є від цього якась користь? Як рослини сприймають навколишній світ, чи «чують» вони звуки, чи реагують на прояви турботи? Це питання цікавить людей дуже давно — як мінімум із середини ХІХ століття.

У 1848 році німецький психолог Густав Фехнер висунув теорію, за якою рослини розглядалися як високорозвинені, здатні відчувати емоції живі істоти. На думку Фехнера, якщо власник рослини розмовляв зі своєю квіткою або деревом, ласкаво з нею звертався і приділяв усіляку увагу, це позитивно позначалося на зростанні та розвитку рослини. Через кілька десятиліть, на початку ХХ століття, бенгальський вчений-енциклопедист сер Джагадіш Чандра Бос зробив величезний внесок у біофізику, продемонструвавши, що інформація про різні впливи передається в організмі рослин за допомогою електричних сигналів — раніше вважалося, що цей процес має хімічну природу. У ході численних експериментів сер Бос проводив вимірювання електричної активності рослин і, крім іншого, дійшов дуже спірних і схожих з думкою Фехнера висновків: рослини можуть відчувати біль, відчувати прихильність, а перед загибеллю по їх організму проходять електричні спазми.

Незважаючи на сумнівні висновки про чутливість рослин, внесок сера Боса не тільки в біофізику, а й у сучасну науку загалом загальновизнаний: його називають одним із «батьків» радіо та мікрохвильової оптики.

Ще одним прихильником теорії «розумних рослин» був Клів Бакстер, співробітник ЦРУ, який спеціалізувався на допитах із застосуванням поліграфа – детектора брехні. У лютому 1966 року Бакстер спробував виміряти швидкість, з якою вода піднімається від коріння філодендрону — вічнозеленої багаторічної рослини — до його листя. Оскільки поліграф може вимірювати електричний опір тканини, а воно змінюється при поливі рослини, Бакстер прикріпив датчики до листя.Співробітник ЦРУ заявив, що детектор брехні показав картину, типову для ситуації, коли людина зазнає короткої емоційної стимуляції. Після цього Бакстер знущався з філодендронів як міг — підпалював листя, занурював їх у гарячу каву і навіть змушував іншу людину ламати одну рослину «на очах» у іншої (чи варто говорити, що потім філодендрони починали «боятися» лиходія). Експериментатор уклав, що рослини реагують на емоційний стан людини та її дії, страждають побачивши загибель тварин та інших рослин і навіть можуть зчитувати думки та наміри людей. Звучить красиво, тільки інші вчені, які намагалися відтворити результати досвідів Бакстера, зазнали повної невдачі. Що ж, у цій галузі такі штуки трапляються дуже часто.

Як би там не було, дослідження, спрямовані на вивчення чутливості рослин та їх реакцію на зовнішні стимули, продовжуються і навіть знаходять відображення у державній політиці деяких країн — наприклад, лауреата Шнобелівської премії миру 2008 року. Нагороду отримав швейцарський Федеральний етичний комітет з питань біотехнологій, що не стосуються людини, а також громадяни Швейцарії з формулюванням «за ухвалення правового принципу про те, що рослини мають гідність». Гідність у цьому випадку — юридичний термін, що означає право на повагу, самоповагу та етичне звернення. У російському цивільному праві закріплено, що гідність - одне з нематеріальних благ, які належать нам від народження, а за приниження гідності і поширення хибних відомостей, що ганьблять його, можна отримати адміністративне і кримінальне покарання.Виходить, що Швейцарія визнала за рослинами такі ж права на повагу та коректне звернення, які мають люди? Давайте розберемося, що це означало.

1. Неприпустиме навмисне заподіяння шкоди рослинам, наприклад, зривання диких.
2. Ставлення до рослин як до інструментів задля досягнення будь-якої мети допустиме лише за наявності морального обгрунтування.
3. Рослини не можуть перебувати у повній власності людини, а отже, людина не має права поводитися з ними як їй завгодно. Щоправда, деякі члени Комітету висловили іншу думку: рослини можуть бути нашою власністю, і в цьому випадку ми можемо робити з ними все, що захочемо.
4. Генетична модифікація рослин не порушує їх гідність, якщо вони зберігають здатність розмножуватися і адаптуватися до нових умов. При цьому комісія припускає, що є деякі соціально-етичні обмеження на генетичну модифікацію, але це питання не обговорювалося.
5. Питання патентування рослин більшість членів комісії також віднесло до соціально-етичних проблем, що лежать поза площиною обговорення. Однак частина експертів назвала цю процедуру «порушує гідність» рослин, а отже, неприйнятною.
6. Генетична модифікація рослин завжди має бути спрямована на збереження та підтримання природних біосистем, а не на створення штучних.
7. Більшість членів Комітету вважають виправданими будь-які дії з рослинами, якщо ці дії служать збереженню людей як виду.

Але чи реальні наукові підстави вважати нові етичні норми обґрунтованими? Давайте подивимося, що думають із цього приводу спеціалісти.

А вони довели, наприклад, що рослини здатні реагувати на звуки.Але не поспішайте включати фікусу симфонії Бетховена - він не стане швидше рости. Зате звуки, що виробляються шкідливою комахою, можуть змусити квітку захищатися. У 2014 році вчені піддавали резуховидку Таля (невелика квіткова рослина сімейства капустяних) впливу звукових хвиль, що виробляються комахами-шкідниками - личинками метелика-ріпниці. У відповідь резуховидка починала виробляти речовини (глюкозинолати та антоціанін), які робили листя неїстівними для личинок. При цьому рослина спокійно поставилася до звукових хвиль, викликаних вітром або стрекотом інших комах. Вчені дійшли висновку, що резуховидка здатна відрізняти звуки, від наявності чи відсутності яких залежить її виживання, і на них реагувати.

2019 року з'ясувалося, що рослини можуть не просто відчувати небезпеку, а й попереджати про неї сусідів, обмінюючись повідомленнями за допомогою хімічних речовин — летких органічних сполук. Вчені працювали з Solidago altissima - золотарником, багаторічною трав'янистою рослиною. Виявилося, що коли він зазнає нападу жука-листоїда, його листя видає особливий запах. Сусідні рослини реагують на попереджувальні сигнали та готуються до появи комах-шкідників.

У 2018 році стало відомо ще про один спосіб спілкування рослин — стаття в журналі Science наробила багато шуму. У ній повідомлялося: листя рослини може передавати один одному «сигнали лиха» за допомогою системи хімічних сигналів, дуже схожої на систему нейромедіаторів у тварин — якщо відірвати або пошкодити один листок рослини, про це досить швидко «пізнають» стебло та інше листя.При цьому речовина, якою передають сигнали рослини, використовує як нейромедіатор і організм людини - це всім відомий глутамат.

Японські та американські вчені дійшли цього відкриття випадково, а героєм їх дослідження була вже знайома нам резуховидка. Фахівці створили спеціальний сенсор - флуоресцентна речовина, чутлива до вмісту кальцію (чим більше в тканинах кальцію, тим яскравіше воно світиться). Коли від резуховидки відрізали один листок, вміст кальцію одразу почав змінюватися: сформувався свого роду імпульс, який поширювався від пошкодженої частини по всій рослині. Світління стало дуже яскравим поблизу «рани», потім згасло, з'явилося вже трохи далі, і поступово хвиля дійшла до всіх листків.

У 2012 році новозеландська річка Уонгануї отримала статус особи, яка має юридичні права та обов'язки. Щоб річка могла користуватись цим привілеєм, їй призначили двох опікунів — одного від держави, а другого від місцевого народу маорі.

Але, незважаючи на всю важливість цих спостережень, говорити про «нервову систему» ​​рослин поки зарано: все ж у них немає ні нейронів, ні мозку, ні інших органів, завдяки яким ми маємо свідомість. Однак переоцінювати здібності рослин все ж таки схильні навіть самі вчені — так, Моніка Гальяно, старший науковий співробітник Університету Сіднея, досить давно ставить експерименти на гороху. У січні 2020 року вона заявила, що виявила у рослин ознаки наявності пам'яті. Дослідниця вирощувала горох у Y-подібному лабіринті, в одній із частин якого знаходилося джерело світла — зрозуміло, що горох ріс саме в тому напрямку. Потім Гальяно розташувала за лампою вентилятор — тепер світло супроводжувалося легким потоком повітря.На заключному етапі експерименту освітлення прибрали, а вентилятор залишили, і рослини продовжували тягнутися у його бік.

На думку вченого, це може означати, що «рослини можуть заучувати та запам'ятовувати інформацію так само, як тварини. Якщо це так, то існує ймовірність, що рослини мають свідомість». Заява спровокувала потужну хвилю критики з боку колег по цеху — так, ботанік Лінкольн Таїз з Каліфорнійського університету, по-перше, порахував представлені Гальяно дані неповними та непереконливими, а по-друге, звернув увагу фахівців на те, що рослини просто не мають необхідного для свідомості «апаратного забезпечення» - мозку чи нервових клітин. Таїз знаходить, що Гальяно «олюднює» своїх піддослідних і приписує їм невластиві рослинам якості та здібності. Крім того, серед нейробіологів немає одностайності і в питанні про те, чи є свідомість у тварин, якщо є — то в яких, та й що така свідомість — теж поки що не зрозуміло.

Таїз не самотній у своїй думці. У 2019 році вийшла стаття, в якій він та його колеги заявили: рослини абсолютно точно не мають свідомості, а також розкритикували фахівців, які займаються нейробіологією рослин. Тож суперечки на цю тему киплять навіть усередині наукової спільноти.

Головне питання зводиться до того, як ми визначаємо свідомість. Чи зумовлено воно наявністю мозку та нервової системи, чи здібностями до навчання та сприйняття, які даються мозком? Щоб зрозуміти еволюцію пізнавальних здібностей, свідомості та інтелекту, потрібно бути відкритими до ідеї, що вони можуть мати не тільки люди. Я дуже радий спостерігати за дискусіями та дебатами про не-людську свідомість — свідомість не лише ссавців, а й риб, безхребетних та рослин. Але як би там не було, я згоден з Таїзом та його колегами. Зараз немає даних, що підтверджують, що рослини – це розумні істоти. Паралелі між фізіологією рослин та нейробіологією провести можна, але все-таки це не одне й те саме.