Мисляча тростина: як рослини змінюють наші уявлення про інтелект

Відсутність мозку та нервової системи не заважає рослинам сприймати навколишній світ, вчитися та запам'ятовувати, спілкуватися один з одним та реагувати на зовнішні загрози. Це складні та високоорганізовані істоти. Як каже один із провідних дослідників рослин Іен Болдуін, «питання полягає не стільки в тому, розумні рослини чи ні, скільки в тому, чи вистачить у нас розуму, щоб їх зрозуміти».

1973 року в США стала бестселером книга «Таємне життя рослин». Її автори стверджували, що рослини можуть відрізняти рок від класичної музики, відчувати емоції та телепатично читати чужі думки. Гарбузам подобається Брамс, Шуберт і Бетховен - а якщо включити рок-н-рол, вони уповільнюють зростання і намагаються ухилитися від динаміків.

Якщо вірити Пітеру Томпкінсу і Крістоферу Берду, рослини не тільки мають витончений музичний смак, але й здатні передбачати майбутнє, відчувати небезпеку і реагувати на чужі страждання. Автори посилаються на експерименти криміналіста Кліва Бакстера, він досліджував розум рослин за допомогою поліграфу. Кущики драцени запашної впадали у стрес, коли Бакстер збирався їх підпалити. Рододендрон міг відрізнити правдиві висловлювання від брехливих. Філодендрон співчував креветкам, що гинули в окропі.

Вчені всі ці спостереження швидко спростували, але вони все-таки вплинули на культуру: люди почали розмовляти з рослинами та включати Моцарта. Як вказує ізраїльський біолог Деніел Чамовіц, «Таємне життя рослин» швидше загальмувала розвиток науки про рослинну поведінку.Будь-кого, хто починав проводити паралелі між здібностями тварин і рослин, відразу починали вважати божевільним або шарлатаном.

Фікус навряд чи вміє читати ваші думки і не впадає в депресію, коли ви вмикаєте black metal. Натомість тепер ми знаємо, що рослини відчувають силу земного тяжіння та електромагнітні поля, на великій відстані відчувають вологість та зчитують градієнти багатьох хімічних речовин. Вони спілкуються один з одним за допомогою складних хімічних сигналів та підземних кореневих сполук, відлякують шкідників та піклуються про потомство.

У рослин дійсно є «таємне життя», і воно виявилося набагато цікавішим за фантазію Томпкінса і Берда.

Що вивчає нейробіологія рослин

У 2006 році група з 36 учених оголосила про створення нового наукового спрямування – рослинної нейробіології. Його учасники доводять: незважаючи на те, що рослини не мають нейронів і центральної нервової системи, вони мають розвинені інтелектуальні здібності. Рослини активно пристосовуються до свого середовища проживання, мають пам'ять і здатність до навчання — принаймні в зародковому стані.

Рослини "думають" - звичайно, не так, як люди і тварини, але не менш ефективно. Багато сучасних дослідників визначають інтелект як здатність вирішувати проблеми. Якщо ми погодимося з цим визначенням, нам доведеться визнати, що рослини дуже інтелектуальні.

Інтелект - це властивість життя, яким володіє навіть найпримітивніший одноклітинний організм. Кожна жива істота постійно змушена вирішувати проблеми, які, по суті, не дуже відрізняються від тих, з якими стикаємося ми.

— із книги Стефано Манкузо та Алессандра Віола «Про що думають рослини?»

Чому нам важко зрозуміти рослини

Коли насіння відокремлюється від дерева, падає на землю і починає проростати, рослина, на відміну від тварин, назавжди прив'язана до свого місця проживання. Наші еволюційні шляхи розійшлися дуже давно. — Через 650 мільйонів років Не дивно, що нам так важко зрозуміти рослинне життя. Ми обрали рухливу стратегію існування, а рослини стаціонарну.

У трактаті «Про душу» Арістотель писав, що живі істоти відрізняються від неживих за двома характеристиками — рухом і почуттям. З Аристотелем цілком могли б погодитися дворічні діти. вітер, дим, хмари.

Рослини одушевити не так просто. Вони теж рухаються, але роблять це настільки повільно, що ми майже не помічаємо.

Деякі секвойі доживають до 2000 років. Дитинство і юність дерев тягнуться набагато довше за наші. Частка мілісекунди. Зв'язок між рослинними клітинами здійснюється за допомогою кальцію. та інших хімічних елементів. Електричні сигнали у них теж є, тільки проводяться вони набагато повільніше – близько сантиметра за секунду.

Але швидкість - поганий критерій розумності. Якби Землю відвідали інопланетяни, які живуть у надвисокому темпі, вони теж напевно вирішили б, що люди не сильно відрізняються від каменів або рослин.

Як вказує один з найпомітніших дослідників рослинного інтелекту Стефано Манкузо, рослини мають той же набір почуттів, що й люди: зором, нюхом, слухом, смаковими та тактильними відчуттями (вірніше, їх аналогами).

І ще як мінімум п'ятнадцятьма іншими, включаючи аналіз складу води та світлового спектру, розпізнавання патогенів, нахилу ґрунту та магнітних полів.

Саме тому, що вони все життя проводять на одному місці, рослинам дуже важливо отримати якнайбільше інформації про навколишній світ. І тому вони як взаємодіють із середовищем проживання, а й активно спілкуються друг з одним. Як і ми, рослини – соціальні істоти.

Як влаштовані рослинні угруповання

Коли жираф починає об'їдати акацію, вона за секунди збільшує вміст отруйних речовин у своєму листі. Зоолог із Південної Африки Ван Хален виявив, що акації обмінюються сигналами, попереджаючи один одного про наближення травоїдних. Жирафи це розуміють і тому не переходять до наступного дерева, а продовжують трапезу метрів за сто.

Багато рослин можуть розпізнавати ворога за складом слини і залежно від цього вибирати стратегію захисту.

Акації навчилися рекрутувати мурах, щоб захиститися від гусениць та комах. В обмін на солодкий нектар мурахи патрулюють гілки дерева та усувають можливі погрози. До нектару рослина додає нейроактивну субстанцію, на яку мурахи підсідають, як на наркотик.

Рослини передають свої сигнали як повітрям, а й під землею. Канадський еколог Сьюзен Сімард виявила, що дерева на великій відстані пов'язують один з одним підземні грибні сітки. Коріння дерев та гриби утворюють між собою симбіотичний зв'язок — мікоризу.По цій розгалуженій мережі дерева обмінюються водою, цукром, калієм та іншими поживними елементами, а також попереджають одне одного про небезпеку.

Сімард з'ясувала, що дерева можуть відрізняти споріднені види від неспоріднених. Материнські дерева формують більші з'єднання зі своїми потомством, передають їм більше вуглецю і навіть зупиняють зростання кореневої системи, щоб надати дітям більше вільного простору. Дерева часто підтримують своїх родичів, які постраждали від хвороби чи нападу травоїдних. Харчуючи через мікоризу, рослина може вижити, навіть якщо повністю позбудеться свого листя.

Рослини пов'язують одна з одною розподілені мережі - свого роду підземний інтернет.

Але це ще не все: кожна рослина теж є мережею. Як пояснює Стефано Манкузо, рослини, на відміну від тварин, мають модульну структуру — вони не мають незамінних органів. Позбавте рослину 90% частин, і вона необов'язково загине.

Відсутність нервової системи та центрального управління робить рослини дуже стійкими організмами. Інтернет влаштований саме за цими принципами. З погляду Манкузо, багато мільйонів років тому рослини винайшли наше вільне та децентралізоване майбутнє.

Чи володіють рослини інтелектом

Рослини вміють вчитися. Після особливо посушливого року дерева починають економити воду, навіть якщо зараз її надміру. Деякі рослини мають щось схоже на умовні рефлекси. Моніка Гальяно досліджувала мімозу, яка реагує на дотик, складаючи листя. Через рівні проміжки часу на них капали водою: спочатку від падіння крапель листя закривалося, але через якийсь час перестало.Мімоза «зрозуміла», що вода не становить небезпеки для неї. Ця реакція збереглася навіть за 28 днів, коли досвід провели повторно.

Якщо рослин має пам'ять, то вона повинна десь накопичуватися. Але де, як не в мозку?

Чарлз Дарвін у своїй останній роботі «Здатність до руху у рослин» припустив, що функцію мозку у рослин виконують коріння. Вони вміють оминати перешкоди, не натикаючись на них, здалеку відчувають джерела вологи та поживних сполук. Вони завжди знаходять найкоротший і оптимальний шлях росту, вміють відрізняти корисні гриби від шкідливих, споріднених рослин від сторонніх. А ще це найдовша частина рослин.

Стафано Манкузо та Франтішек Балушка виявили на кінцях коріння чутливі структури, в яких відбувається найбільш високе споживання кисню.

Тут виробляються спеціальні електричні імпульси, що нагадують імпульси в нервових клітинах. У корінні навіть містяться нейромедіатори, хоча і неясно, яку функцію вони виконують. Але проблема в тому, що кожна рослина має мільйони коренів — нічого схожого на централізовану нервову систему.

Рослини - це не маленькі зелені чоловічки, закопані в землю. Скоріше вони нагадують колонію мурах або бджіл. Окрема бджола не має інтелекту, але разом вони демонструють дуже розумну і складну поведінку. Кожна рослина - колонія коренів та листя.

Рослини змогли розвинути дуже стійкі та ефективні механізми адаптації до свого природного середовища. Щоб визнати їх інтелектуальними істотами, зовсім необов'язково наділяти рослини самосвідомістю та абстрактним мисленням.

Як і жити у світі з рослинами

У відповідь на дослідження рослинної поведінки деякі філософи та біологи стали перевизначати поняття інтелекту. Ще 1984 року чилійські вчені Умберто Матурана та Франсіско Варела прирівняли мислення до сприйняття та самоорганізації. Якщо вони мають рацію, то будь-яка жива істота має розум. Навіть бактерії дещо знають про своє оточення, інакше вони просто не змогли б у ньому вижити.

Рослини становлять близько 99% маси земної біосфери. Це свідчить, що вони дуже добре навчилися вирішувати проблеми виживання. Без нас рослини легко обійдуться, а ми без рослин — ні.

У романі «Помилкова сліпота» письменник-фантаст Пітер Уоттс зобразив інопланетян, які за технічним та інтелектуальним розвитком набагато перевершують людину, але при цьому не мають самосвідомості. Їхня цивілізація — це величезний вулик. Рослини має цю ж властивість і ще принаймні одну перевагу — вони не намагатимуться нас знищити.

Людині важко зрозуміти рослинне життя, тому що воно дуже сильно відрізняється від нашого. Але позбавляти рослини інтелектуальних здібностей тільки на підставі того, що вони не мають нервової системи — отже, впадати в недозволений зооцентризм, вважає філософ Майкл Мардер. Інтелект не виникає в певній точці, а розподілений по всьому еволюційному дереву. Перш ніж відкидати існування рослинного розуму, слід спробувати зрозуміти, що про це думають самі рослини.

У 2008 році Швейцарський федеральний комітет з етики у застосуванні біотехнологій визнав морально неприпустиме навмисне заподіяння шкоди рослинам.

Чи вважають у Швейцарії, що веганів настав час позбавити останнього обіду? Навряд.Скоріше це спроба звернути увагу на факт, що рослини існують не тільки для того, щоб задовольняти наші потреби. Вони мають своє життя, про яке ми багато чого ще не знаємо.

Почуття рослин - що і як вони бачать

Це переклад розділів з книги Даніеля Шамовиця "What a plant knows", який допоможе нам краще зрозуміти рослини. «Виходить, що поряд з нами, у нас під носом, існує світ, до якого не додумався жоден, навіть найвинахідливіший

Це переклад розділів з книги Даніеля Шамовиця "What a plant knows", який допоможе нам краще зрозуміти рослини.

«Виходить, що поряд з нами, у нас під носом, існує світ, до якого не додумався жоден, навіть найвинахідливіший письменник-фантаст. Світ безсмертних істот, які рухаються без м'язів, «їдять» сонячне світло, думають не мозком, «нервуються» без нервової системи, та ще й усе тіло у яких різного віку«.

Цимбал В.А. Рослини. Паралельний світ

Тільки уявіть: рослини можуть вас бачити! Рослини можуть побачити, коли ви наближаєтеся до них, вони знають, коли ви стоїте над ними. Вони навіть знають чи носите ви синю або червону сорочку. Вони знають кольори вашої оселі або розуміють, що їх горщик перенести з одного місця кімнати в іншу. Звичайно, вони бачать не так, як ми. Рослини не відрізнять лисого чоловіка середнього віку в окулярах від дівчинки з каштановими кучерями. Але вони бачать світло багато в чому різноманітніше, ніж ми. Рослини бачать ультрафіолетове світло, яке дає нам засмагу, та інфрачервоне світло, яке ми відчуваємо як тепло. Рослини знають про освітленість навколо — чи це світло від свічки чи полуденне сонце. Рослини знають, де знаходиться джерело світла - зліва, справа або зверху. Вони розуміють, що інша рослина, що виросла вище, загородила їм світло.Чи можна вважати це «зором»?

Словник Merriam-Webster визначає «зір» як «фізичне почуття, при якому світлові подразники, отримані рецепторами ока, інтерпретуються мозком і формуються в уявленні про положення, форму, яскравість і колір об'єктів у просторі». Ми бачимо світло так званого "видимого спектра". Світло є зрозумілим синонімом електромагнітних хвиль видимого діапазону. Тобто. світло має властивості, спільні для інших типів електричних сигналів, таких як мікро-і радіо-хвилі. Радіохвилі для радіо AM дуже довгі, майже півмилі завдовжки. Тоді як рентгенівські хвилі дуже короткі, в трильйон менше радіохвиль, і саме тому вони так легко проходять крізь наше тіло. Світлові хвилі десь посередині: між 0,0000004 і 0,0000007 м. Синє світло є найкоротшим, у той час як червоне є найдовшим, зелене, жовте і помаранчеве розташоване посередині (згадайте веселку). Ми бачимо ці електромагнітні хвилі тому, що наші очі мають спеціальні білки, які називаються фоторецепторами, які знають як сприймати цю енергію, поглинути її, схожим чином антена ловить радіохвилі. Сітківка нашого ока покрита рядами цих рецепторів, подібно до рядів світловипромінюючих діодів (LED) плоских телевізорів або сенсорів у цифрових камерах. Кожна точка сітківки має фоторецептори палички, які чутливі до світла, та колбочки, які реагують на колір. Сітківка ока людини містить близько 125 млн паличок та 6 млн колб на області, подібної за розміром з фотографією на паспорт. Це еквівалентно цифровій фотокамері з роздільною здатністю 130 мегапікселів. Така велика кількість фоторецепторів на такій невеликій площі дає нам високу чіткість зображення.Палички, чутливі до світла, дають нам змогу бачити вночі в умовах низького освітлення. Колбочки дозволяють нам бачити різні кольори при яскравому світлі, також вони бувають трьох видів, що розрізняються по світлі, що сприймається - червоному, зеленому і синьому. Основна відмінність між цими фоторецепторами - хімічні речовини, що містяться в них. Ці речовини називаються родопсини (в паличках) та фотопсини (у колбочках) мають певну структуру, що дозволяє їм поглинати світло з різними довжинами хвиль. Синє світло поглинається родопсином та синім фотопсином, червоне – родопсином та червоним фотопсином. Фіолетове світло поглинається родопсином, синім фотопсином, червоним фотопсином, але з зеленим тощо. Як тільки палички чи колбочки поглинають світло, вони надсилають сигнал у мозок, який обробляє всі сигнали від мільйонів фоторецепторів в одну цільну картину. Що тоді відбувається у рослин?

Дарвін-ботанік

Не всі знають, що Дарвін, крім робіт з еволюції тварин, також провів ряд дослідів, які й досі впливають на дослідження рослин. Дарвін був зачарований ефектом, який справляє світло на зростання рослин, як і його син Френк. У своїй останній книзі «Сила руху у рослин» Дарвін писав «Існує дуже мало рослин, які не нахиляються у бік світла». Ми й самі можемо побачити, як це відбувається у кімнатних рослин чи цибулі, що повертаються у бік променів сонця з вікна. Така поведінка називається фототропізмом. У 1864 р сучасник Дарвіна - Юліус фон Сакс - виявив, що синє світло є основним світлом, яке викликає фототропізм у рослин, у той час як до інших кольорів рослини, як правило, сліпі і не нахиляються або повертаються в їх бік.Але ніхто не знав у той час, як і чим рослини бачать світло.

У дуже простому експерименті Дарвін та його син показали, що ці рухи були обумовлені не фотосинтезом, процесом, за допомогою якого рослини перетворюють світло на енергію, а скоріше завдяки вродженій чутливості рухатися до світла. У своєму експерименті Дарвін посадив у горщик канарковий і помістив його в зовсім темну кімнату на кілька днів. Потім вони запалили дуже маленький газовий ліхтар за 3,5 метри від горщика настільки тьмяно, що вони «не могли бачити самі рослини чи олівцеву лінію на папері». Вже через 3 години рослини були вигнуті у напрямку джерела світла. Вигин завжди знаходився в одній і тій же частині молодої рослини — близько 2 см нижче за верхівку. Це наштовхнуло їх на думку про те, яка частина рослини бачить світло. Вони припустили, що «очі» рослини розташовувалися на кінчику рослини, а не на тій частині, що згинається. Вони провели досліди з фототропізмом у п'яти різних саджанців:

1. Перший саджанець був незайманий і показує, як проявляється фототропізм.
2. У другої рослини відрізали верхній кінчик.
3. Третій кінчик накрили світлонепроникною кришкою.
4. Четвертий накрили прозорим ковпачком.
5. У п'ятого середню частину закрили світлонепроникною трубкою.

Вони провели із цими саджанцями експеримент. Перший саджанець, контрольний, зігнувся до джерела світла. Також повівся і саджанець, у якого закрили середню частину світлонепроникною трубкою. Але якщо видалити верхівку втечі або закрити її світлонепроникним наконечником, рослини «сліпли» і не нахилялися до світла. Якщо ж накрити кінчик прозорим ковпачком — рослина до світла таки нахилялася.У цьому простому експерименті, опублікованому в 1880 р., Дарвіни довели, що фототропізм є результатом відчуття світла, що потрапляє на верхівку втечі, яка бачить світло і передає інформацію в середню частину, повідомляючи їй, що необхідно зігнутися в цьому напрямку. Так Дарвін успішно продемонстрував рудиментарний зір рослин.

Мерілендський мамонт: тютюн, який продовжував рости

Через кілька десятиліть, у долині південного Меріленду виникло цікаве явище біля тютюну. У цих долинах розташовувалися кілька найбільших тютюнових ферм Америки з тих часів, коли перші поселенці прибули з Європи наприкінці XVII століття. Тютюнові фермери, навчаючись у місцевих племен (таких як Саскуеханнокі), які вирощують тютюн протягом століть, садили його навесні і збирали врожай наприкінці літа. Деякі рослини залишали для насіння для наступного сезону. У 1906 р. фермери стали помічати новий варіант тютюну, який, здавалося, ніколи не перестає рости. Він міг досягати 4 м завдовжки, виробляючи майже сотню листя, і переставав рости, коли приходили морози. Здається, що такі рослини, що постійно ростуть, були б благом для тютюнових фермерів. Але, як часто буває, новий сорт, названий Мерілендський мамонт, був схожий на дволикого римського бога Януса. З одного боку він ніколи не переставав рости, а з іншого ці рослини рідко цвіли, через що фермери не могли зібрати насіння для наступного сезону.

У 1918 р. Вігтман В. Гарнер і Гаррі А. Аллард - вчені з Міністерства сільського господарства США, вирішили визначити, чому мерілендський мамонт не розумів, коли потрібно припинити рости і почати цвісти і давати насіння. Вони посадили цей тютюн у горщики та залишили деякі рослини у полі.Інша група рослин була на вулиці вдень, а на ніч їх щодня переносили в темний сарай. Просте обмеження кількості світла було достатнім, щоб викликати у мерілендського мамонта зупинку зростання та початок цвітіння. Іншими словами, якщо цей тютюн потрапляв в умови довгих літніх днів, то продовжував зростати, але якщо штучно створювати йому умови короткого дня, то починав цвісти.

Це явище - фотоперіодизм - дав нам перші свідчення того, що рослини можуть "виміряти", скільки світла вони отримують. Інші багаторічні експерименти показали, що багато рослин, як ці мамонти, цвітуть лише тоді, коли світловий день короткий, вони називаються рослини короткого дня. До них, наприклад, відносяться хризантеми та соя. Інші ж рослини потребують цвітіння у довгому світловому дні, як, наприклад, іриси та ячмінь — вони вважаються рослинами довгого дня. Це відкриття дозволило фермерам керувати цвітінням за допомогою зміни часу, за який рослина отримувала світло.

Що відбувається у короткий світловий день?

Концепція фотоперіодизму викликала хвилю активності серед учених, які порушили нові питання: Чи вимірюють рослини довжину дня чи ночі? І який колір світла вони бачать?

Під час Другої Світової війни вчені виявили, що вони можуть впливати на цвітіння рослин, просто включаючи світло посеред ночі. Вони могли взяти рослину короткого дня, наприклад, сою, і не дати їй зацвісти в короткі світлові дні, лише включаючи світло на кілька хвилин серед ночі. З іншого боку, вчені можуть змусити цвісти рослину довгого дня, як ірис, навіть у середині зими (коли день короткий і в нормі ці рослини не цвітуть), включаючи світло вночі.Ці експерименти показали, що рослини вимірюють не довжину дня, а тривалість темряви.

Використовуючи ці знання, фермери можуть захищати хризантеми від цвітіння до Дня Матері (друга субота травня), щоб отримати максимальний прибуток. Так, вирощуючи хризантеми в теплицях, вони включають світло посеред ночі восени та взимку, і припиняють це робити за два тижні до свята. Тоді… бум… усі рослини починають відразу цвісти.

Іншим ученим стало цікаво, світ якого кольору орієнтуються рослини? Те, що вони виявили, було дивно: рослини, не різниці які, відповідали тільки на спалах червоного світла вночі. Блакитні, зелені спалахи не впливали на цвітіння рослин, але лише кілька секунд червоного – і диво! Таким чином, можна сказати, що рослини розрізняють кольори: вони використовують синій колір, щоб знати, у якому напрямку схилитися і червоний для вимірювання довжини ночі.

Потім, на початку 1950-х, Гаррі Босвік (Harry Borthwick) із колегами їхньої лабораторії Міністерства сільського господарства США (там, де мерілендський мамонт був уперше вивчений) зробили ще одне дивовижне відкриття: далеке червоне світло — тобто. червоне світло з трохи довшою довжиною хвилі (ніж у яскраво-червоного) і ледве помітне в сутінках, може скасувати дію червоного світла на рослини. Тобто. якщо ви берете іриси, які зазвичай не цвітуть за довгих ночей, робите їм спалах червоного світла в середині ночі, вони зацвітуть. Але якщо ви присвітите далеким червоним світлом на них одразу після спалаху яскраво-червоного – вони не зацвітуть. Якщо потім знову присвітити яскраво-червоним – цвітіння буде. І так далі. Для цього не потрібне багато світла, вистачає буквально кілька секунд.Це як вимикач: яскраво-червоний активує цвітіння, а далекий червоний вимикає його. Якщо перемикати світло швидко – нічого не станеться. У результаті рослини запам'ятовують останнє світло, яке вони побачили.

Уоррен Л. Батлер з колегами показали, що одні фоторецептори у рослин сприймає обидва червоні світла. Вони назвали його "фітохром". У спрощеному вигляді фітохром і є вимикач. Яскраво-червоне світло активує фітохром, а далеке інактивує. Екологічно це має значення. У природі останнє світло, видиме будь-якою рослиною — червоне, що дає рослині команду «вимикання». Вранці вони бачать червоне світло і прокидаються. Таким чином, рослина вимірює, як давно вона востаннє бачила червоне світло, і регулює свій ріст відповідно.

Яка саме частина рослини бачить червоне світло для регулювання цвітіння? З досліджень фототропізму Дарвіна ми знаємо, що «очі» рослин розташовуються з його кінчику, тоді як у світ відбувається у стеблі. Можна було б припустити, що «очі» для фотоперіодизму знаходяться там же. Однак це не так. Якщо висвітлювати різні частини рослини вночі червоним світлом, ви виявите, що достатньо висвітлити лише один будь-який лист для регулювання цвітіння всієї рослини. З іншого боку, якщо обрізати все листя рослини, залишивши тільки стебло і верхівку, рослина «сліпне», навіть якщо висвітлити її повністю. Таким чином, фітохром, розташований у листі, отримує світлові сигнали та ініціює мобільний сигнал, який поширюється по всій рослині та провокує цвітіння.

Сподобалася стаття? Напишіть свою думку у коментарях.