Iš pirmo žvilgsnio Malvaceae augalas Lavatera cretica yra tik nepastebima piktžolė. Ši malva turi rausvų žiedų ir plačių, plokščių lapų, kurie dieną seka saulę. Tačiau tai, ką daro gėlė naktį, atkreipė mokslo bendruomenės dėmesį į kuklų augalą. Likus kelioms valandoms iki aušros, augalas pradeda pasukti lapus numatoma saulėtekio kryptimi. Malva, atrodo, prisimena, kur ir kada saulė tekėdavo ankstesnėmis dienomis, ir ten jo laukia.
Kai mokslininkai laboratorijoje bando supainioti malvą, keisdami šviesos šaltinio vietą, ji tiesiog sužino naują kryptį. Bet ką apskritai reiškia šis teiginys - kad augalas sugeba prisiminti ir išmokti?
Idėja, kad augalai gali veikti protingai, jau nekalbant apie mokymąsi ir atminties formavimąsi, dar visai neseniai buvo ribinis požiūris. Prisiminimai iš esmės laikomi kognityviniu reiškiniu, todėl kai kurie mokslininkai mano, kad jų buvimas yra būtinas ir pakankamas požymis, rodantis, kad kūnas turi pagrindinius mąstymo tipus. Norint susidaryti prisiminimus, reikia smegenų, o augaluose nėra net elementarios nervų sistemos, kurią turi vabzdžiai ir kirminai.
Tačiau per pastaruosius dešimt metų ši nuomonė buvo užginčyta. Malva nėra išimtis. Augalai nėra tik pasyvūs organiniai automatai. Dabar mes žinome, kad jie gali suvokti ir integruoti informaciją apie dešimtis natūralių kintamųjų ir pritaikyti šias žinias lanksčiam, adaptyviam elgesiui.
Pavyzdžiui, augalai gali atpažinti, ar kaimyniniai augalai yra susiję, ar ne, ir atitinkamai pritaikyti savo šėrimo strategijas.
„Impatiens pallida“- viena iš kelių rūšių, žinoma, kad ji išleidžia didžiąją dalį išteklių lapų, o ne šaknų auginimui pašalinių asmenų akivaizdoje - taktika, matyt, skirta konkuruoti dėl saulės šviesos. Apsuptas susijusių augalų, „neliesk manęs“perkelia prioritetus. Be to, augalai sugeba sukurti sudėtingą tikslinę gynybą, reaguodami į konkrečių plėšrūnų identifikavimą. Maža žydinti Talio guma (Arabidopsis thaliana) gali stebėti valgomų vikšrų vibraciją ir išskirti specialius aliejus bei chemikalus, atbaidančius vabzdžius.
Augalai taip pat bendrauja tarpusavyje ir su kitais organizmais, tokiais kaip parazitai ir mikrobai, naudodamiesi keliais kanalais - pavyzdžiui, grybeliniais „mikorizų tinklais“, kurie tarsi savotiškas požeminis internetas sujungia įvairių augalų šaknų sistemas.
Galbūt ne taip ir stebina tai, kad augalai geba išmokti ir naudoti atmintį spėjant ir priimant sprendimus.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Kas yra sąvoka „mokymasis“ir „atmintis“, jei kalbame apie augalus? Akivaizdžiausias diskusijos pavyzdys yra vernalizacijos procesas, kurio metu kai kurie augalai turi būti paveikti žemos temperatūros, kad žydėtų pavasarį. Žiemos atmintis padeda augalams atskirti pavasarį, kai apdulkintojai, pavyzdžiui, bitės, yra užimti, ir rudenį, kai jie yra laisvi, o sprendimas žydėti netinkamu laiku gali būti pražūtingas reprodukcijai.
Mėgstamiausiame biologų eksperimentiniame augale „Tal's reticulatus“- genas, vadinamas „Flowering Locus C“(FLC), gamina cheminę medžiagą, neleidžiančią jo mažoms baltoms gėlėms atsiverti. Tačiau kai augalas patiria ilgą žiemą, kitų genų šalutiniai produktai matuoja, kiek laiko jis veikia šaltą temperatūrą, ir šaltu oru daugelyje ląstelių slopina FLC. Atėjus pavasariui ir ilgėjant dienoms, augalas, kurio dėl šalčio FLC lygis yra žemas, gali pradėti žydėti. Tačiau norint užtikrinti efektyvų anti-FLC mechanizmą, reikia ilgalaikio šalto oro poveikio, o ne trumpų temperatūrų svyravimų.
Čia dalyvauja vadinamoji epigenetinė atmintis. Net ir sugrąžinus vernalizuotus augalus į šiltas sąlygas, FLC kiekis išlieka žemas dėl chromatino žymių pertvarkymo. Tai yra baltymai ir maži radikalai, kurie prisijungia prie DNR ląstelių viduje ir daro įtaką genų veiklai. Chromatino pertvarkymas gali būti perduotas net kitoms atskirtų ląstelių kartoms, kad pastarosios „prisimintų“praėjusias žiemas. Jei šaltasis sezonas buvo pakankamai ilgas, augalai su kai kuriomis šalčio neveikiančiomis ląstelėmis vis tiek gali žydėti pavasarį, nes chromatino modifikacija ir toliau slopina FLC išraišką.
Bet ar tai tikrai prisiminimas? Botanikai, tiriantys epigenetinę atmintį, pirmieji sutiks, kad ji iš esmės skiriasi nuo to, ką tiria kognityviniai mokslininkai.
Ar šis terminas tėra alegorinis susitarimas, jungiantis pažįstamą žodį „atmintis“su nepažįstama epigenetikos sritimi? Arba ląstelių pokyčių ir prisiminimų organizmo lygmenyje panašumai mums atskleidžia nežinomas gelmes, kas iš tikrųjų yra atmintis?
Epigenetiniai ir „smegenų“prisiminimai turi vieną bendrą bruožą - nuolatinius elgesio ar sistemos būsenos pokyčius, kuriuos sukelia praeities natūralus sukėlėjas. Vis dėlto šis apibūdinimas atrodo per daug bendras, nes jis taip pat apima tokius procesus kaip audinių pažeidimas ir medžiagų apykaitos pokyčiai. Čia galbūt įdomus klausimas yra ne tai, ar prisiminimai reikalingi pažintinei veiklai, o tai, kokie atminties tipai rodo pagrindinio kognityvinio proceso egzistavimą ir ar šie procesai egzistuoja augaluose. Kitaip tariant, užuot žiūrėjus į pačią „atmintį“, verta ištirti fundamentalesnį klausimą, kaip prisiminimai yra įgyjami, formuojami ar išmokstami.
"Augalai prisimena", - neseniai radijo interviu sakė elgesio ekologė Monica Galliano. - Jie tiksliai žino, kas vyksta. Vakarų Australijos universitete Galliano tyrinėja augalus, naudodamas gyvūnams būdingus elgesio mokymosi metodus. Ji teigia, kad jei augalai gali parodyti rezultatus, kurie rodo, kad kiti gyvi organizmai gali išmokti ir kaupti prisiminimus, turime vienodai atsižvelgti į tikimybę, kad augalai taip pat turi šiuos pažintinius gebėjimus. Viena iš jų išsamiai ištirtų mokymosi formų yra adaptacija, kurios metu gyvi organizmai, veikiami netikėtų, bet nekenksmingų ligų sukėlėjų (triukšmo, blyksnių ar šviesos), vėliau parodys proaktyvų atsaką, kuris bėgant laikui išnyks.
Įsivaizduokite, kad įeinate į kambarį su dūzgiančiu šaldytuvu: iš pradžių tai erzina, tačiau paprastai prie to priprantate ir, greičiausiai, po kurio laiko nustosite net nepastebėti šio triukšmo. Visiškas prisitaikymas reikalauja specifinio dirgiklio, todėl įvedus kitokį ir potencialiai pavojingą dirgiklį, gyvūnas sukelia naują gynybinį atsaką.
Net triukšmingame kambaryje labiau tikėtina, kad susigraudinsite garsiai trankančiu garsu. Tai vadinama pripratimo palengvėjimu ir tai skiria tikrąjį mokymąsi nuo kitų pokyčių rūšių, tokių kaip nuovargis.
2014 m. Galliano ir jo kolegos išbandė mimozos mokymosi sugebėjimus - tai nedidelis, mažas, šliaužiantis kasmetis. Jo lapai susiraukę reaguoja į grėsmę. Galliano ir jo kolegos mimozą numetė iš aukščio (kas iš esmės negalėjo atsitikti augalui jo evoliucijos istorijoje), o augalas sužinojo, kad jis yra saugus ir nerodo sulankstomos reakcijos. Tačiau staiga sukrėtus augalą buvo pastebėtas atsakas. Be to, mokslininkai nustatė, kad kontekstiniu požiūriu taip pat buvo nulemta žemiškos mimozos adaptacija. Augalai mokėsi greičiau silpnai apšviestoje aplinkoje, kur lapų uždarymas kainavo brangiau dėl nepakankamo apšvietimo ir stebėtojo poreikio taupyti energiją. (Galliano komanda nebuvo pirmoji, pritaikiusi elgesio mokymosi metodą tokiems augalams, kaip bashful mimosa,tačiau ankstesni tyrimai ne visada buvo griežtai kontroliuojami, todėl jų rezultatai buvo prieštaringi.
Bet kaip dėl sudėtingesnio mokymosi?
Daugelis gyvūnų taip pat geba sąlygiškai ir asociatyviai mokytis, kurio metu jie sužino, kad du dirgikliai yra suporuoti vienas su kitu. Tai leidžia išmokyti šunį priartėti prie švilpuko garso - šuo pradeda tokį elgesį sieti su skanėstu ar prieraišumu.
Kitame tyrime Galliano ir jo kolegos išbandė, ar sėkliniai žirniai gali susieti oro judėjimą su šviesos prieinamumu. Jie sustatė sėklas Y labirinte, kurio vieną iš šakų sukėlė oras - ji taip pat buvo ryškiausia. Tada augalai buvo palikti augti labirinte, o mokslininkai tikėjosi, ar jie įvaldys asociaciją. Rezultatai buvo teigiami: jie parodė, kad augalai valdė sąlyginį atsaką situacijos nustatymu.
Vis daugiau įrodymų, kad augalai turi tam tikrų būdingų gyvūnų mokymosi gebėjimų. Kodėl taip ilgai reikėjo tai suvokti? Galite atlikti nedidelį eksperimentą. Pažvelkite į šią nuotrauką. Kas čia pavaizduota?
Dauguma arba pavadins paveikslėlyje nurodytą bendrą gyvūnų klasę („dinozaurai“) ir apibūdins, ką jie daro („kovos“, „šuoliai“), arba, jei susidurs dinozaurų gerbėjai, paskirs konkretų gyvūną („driptosaurus“). Kerpės, žolė, krūmai ir medžiai bus paminėti retai - dažniausiai jie bus suvokiami kaip pagrindinio įvykio, gyvūnų „mūšio lauko“, fonas.
1999 m. Biologai Jamesas Wandersee ir Elizabeth Schuessler šį reiškinį pavadino augalų aklumu - tendencija ignoruoti augalų potencialą, elgesį ir unikalų aktyvų vaidmenį gamtoje. Mes juos traktuojame kaip pagrindinį elementą, o ne kaip aktyvius ekosistemos veiksnius.
Daugeliu atvejų šį aklumą lemia istorija, mes kalbame apie seniai panaikintų paradigmų filosofinius likučius, kurie ir toliau daro įtaką mūsų supratimui apie gamtos pasaulį. Daugeliui mokslininkų vis dar daro įtaką garsioji aristoteliškoji scala naturae samprata, „būtybių laiptai“, kai augalai yra galimybių ir vertybių hierarchijos apačioje, o žmonės - viršuje. Aristotelis pabrėžė esminį konceptualų pasiskirstymą tarp nejudančio, nejautraus augalų gyvenimo ir aktyvios bei jautrios gyvūnų karalystės. Jo nuomone, gyvūnų karalystės ir žmonijos skirtumas yra toks pat reikšmingas; jis netikėjo, kad gyvūnai mąsto visiškai. Po šių idėjų paplitimo Vakarų Europoje 1200-ųjų pradžioje ir Renesanso laikais ši Aristotelio pozicija nuolat populiarėjo.
Šiandien ši sisteminga išankstinė nuostata prieš gyvūnus gali būti vadinama zooshavinizmu. Jis yra visur švietimo sistemoje, biologijos vadovėliuose, mokslo publikacijų ir žiniasklaidos tendencijose. Be to, miestuose augantys vaikai retai bendrauja su augalais, retai jais rūpinasi ir paprastai jų gerai nesupranta.
Tai, kaip veikia mūsų kūnai - mūsų suvokimo, dėmesio ir pažinimo sistemos - prisideda prie žolelių aklumo ir su tuo susijusių išankstinių nuostatų. Augalai nešokinėja į mus, nekelia grėsmės, o jų elgesys mūsų neveikia.
Empiriniai tyrimai rodo, kad jie nepastebimi taip dažnai, kaip gyvūnai, jie nepritraukia dėmesio taip greitai, kaip gyvūnai, ir mes juos pamirštame lengviau nei apie gyvūnus. Mes suvokiame augalus kaip daiktus ar net visai nekreipiame į juos dėmesio. Be to, augalų elgesį dažnai lemia tokie maži, greiti ar lėti cheminiai ar struktūriniai pokyčiai, kad negalime jų stebėti be specialios įrangos.
Be to, kadangi mes patys esame gyvūnai, mums lengviau atpažinti gyvūnų elgesį. Naujausi atradimai robotikos srityje rodo, kad tyrimų dalyviai labiau linkę tokias savybes kaip emocijos, intencionalumas ir elgesys priskirti sistemoms, imituojančioms žmonių ar gyvūnų elgesį.
Mes remiamės antropomorfiniais prototipais bandydami nustatyti, ar elgesys yra sveikas. Tai paaiškina mūsų intuityvų nenorą priskirti augalams pažintinius gebėjimus.
Tačiau išankstinis nusistatymas gali būti ne vienintelė priežastis, dėl kurios atsisakėme augalų pažintinio potencialo. Kai kurie mokslininkai išreiškė susirūpinimą, kad tokios sąvokos kaip „žolinis apakimas“yra tik painios metaforos. Kai jie sako, kad kognityvinė teorija augalams taikoma mažiau abstrakčiai ir miglotai, atrodo, kad augalai veikia labai skirtingai nei gyvūnai. Augalų mechanizmai yra sudėtingi ir nuostabūs, jie pripažįsta, tačiau tai nėra pažinimo mechanizmai. Manoma, kad mes suteikiame atminčiai tokį platų apibrėžimą, kad jis praranda prasmę ir kad tokie procesai kaip adaptacija iš tikrųjų nėra pažinimo mechanizmai.
Vienas iš būdų tirti pažinimo proceso prasmę yra ištirti, ar sistema naudoja reprezentacijas. Spalvotų linijų rinkinys gali suformuoti katės vaizdą, katės vaizdą, kaip ir šiame sakinyje žodis „katė“.
Smegenys sukuria aplinkos elementų vaizdavimą ir taip leidžia mums naršyti šioje aplinkoje. Kai nepavyksta formuoti reprezentacijų, galime mintyse pradėti formuoti objektų, kurie iš tikrųjų nėra šalia mūsų, vaizdus, pavyzdžiui, pamatyti haliucinacijas. Ir kartais mes pasaulį suvokiame šiek tiek neteisingai, iškreipiame informaciją apie jį. Aš galiu klaidingai išgirsti dainos žodžius - arba šiurpti, manydamas, kad voras ropoja man palei ranką, kai tai tik musė.
Gebėjimas neteisingai interpretuoti gaunamą informaciją yra tikras ženklas, kad sistema naudojasi informacija užpildytomis reprezentacijomis, kad galėtų naršyti pasaulį. Tai yra pažintinė sistema.
Formuodami prisiminimus, greičiausiai laikysimės dalies rodomos informacijos, kad vėliau galėtume ją naudoti neprisijungę. Filosofas Francisco Calvo Garsonas iš Ispanijos Mursijos universiteto teigė, kad norint pavadinti fizinę nuosavybę ar mechanizmą reprezentatyviu, jis turi „sugebėti atstovauti laikinai nepasiekiamiems objektams ar įvykiams“. Jis teigia, kad reprezentacijos sugebėjimas atspindėti tai, ko nėra, leidžia atmintį laikyti pažintinės veiklos ženklu. Nuosavybė ar mechanizmas, kurie negali veikti neprisijungę, negali būti laikomi tikrai pažintiniais.
Kita vertus, kai kurie mokslininkai pripažįsta, kad kai kurios reprezentacijos gali veikti tik internete, tai yra, jos atspindi ir seka aplinkos elementus realiuoju laiku. Panašu, kad naktinis dedešvos gebėjimas nuspėti, kur saulė tekės, dar gerokai prieš pasirodant, apima atstovavimą neprisijungus; kiti heliotropiniai augalai, kurie seka saulę tik jai judant dangumi, akivaizdžiai naudoja tam tikrą internetinį vaizdą. Vis dėlto organizmus, naudojančius tik internetinę reprezentaciją, mokslininkai sako, taip pat galima laikyti pažintiniais. Tačiau neprisijungus vykstantys procesai ir atmintis yra įtikinamesni įrodymai, kad kūnas ne tik refleksiškai reaguoja į aplinką. Tai ypač svarbu tiriant organizmus, apie kuriuos intuityviai nesame linkę galvoti kaip apie pažintinius, pavyzdžiui, apie augalus.
Ar yra įrodymų, kad augalai rodo ir saugo informaciją apie aplinką vėlesniam naudojimui?
Dienos metu dedešla pasuka lapus link saulės, naudodama variklio audinį stiebo apačioje - šį procesą aktyviai kontroliuoja vandens slėgio pokyčiai augalo viduje, tai vadinama turgoru. Saulės spinduliai ir kryptis užkoduoti šviesai jautriuose audiniuose, išsidėsčiusiuose per dedešvos lapų gyslų geometrinį raštą, o informacija apie juos saugoma iki ryto. Augalas taip pat stebi dienos ir nakties ciklus su savo vidiniu paros laikrodžiu, kuris yra jautrus natūraliems saulėlydžio ir saulėtekio signalams.
Naktį, žiūrėdama iš visų šių šaltinių gautą informaciją, derva gali nuspėti, kur ir kada kitą rytą tekės saulė. Ji gali neveikti tokiomis sąvokomis kaip „saulė“ar „aušra“, tačiau joje kaupiama informacija apie saulės vektorių ir dienos bei nakties ciklus, kurie leidžia prieš aušrą perorientuoti lapus taip, kad jų paviršius būtų nukreiptas į kylančią saulę. Tai taip pat leidžia augalui išmokti naujos padėties, kai fiziologai apgauna galvą, keisdami šviesos šaltinio kryptį. Dirbtinai sukurtoje tamsoje numatymo mechanizmas taip pat gali veikti neprisijungęs kelias dienas. Tai yra apie turimų išteklių - šiuo atveju saulės spindulių - optimizavimą.
Ar šį mechanizmą galima laikyti „reprezentacija“, pakeičiančia aplinkinio pasaulio elementus, lemiančius augalo elgesį? Aš taip manau.
Kaip neuromokslininkai siekia nustatyti nervų sistemos mechanizmus, kad ištirtų gyvūnų atmintį, augalų tyrinėtojai siekia suprasti atminties mechanizmus, leidžiančius augalams kaupti ir naudoti informaciją, taip pat naudoti šią atmintį savo elgesiui pritaikyti.
Mes tik pradedame suvokti unikalius šios lanksčios ir įvairios organizmų grupės sugebėjimus. Plėsdami savo smalsumo akiratį už gyvūnų karalystės ir net augalų karalystės, kad galėtume tirti grybus, bakterijas ir pirmuonis, galime nustebti pastebėję, kad daugelis šių organizmų taiko tas pačias pagrindines elgsenos strategijas ir principus, kuriuos mes patys, įskaitant gebėjimą savotiškai mokytis ir formuoti prisiminimus.
Kad būtų padaryta pažanga, ypatingas dėmesys turi būti skiriamas mechanizmams. Turime aiškiai suprasti, kada, kaip ir kodėl griebiamės alegorijos. Teoriniuose teiginiuose turėtumėte būti tikslūs. Ir jei įrodymai mus nukreipia įprasta išmintimi prieštaraujančia linkme, turėtume drąsiai sekti, kur ji veda. Tokios tyrimų programos dar tik kuriamos, tačiau jos, be abejo, ir toliau generuoja naujus atradimus, kurie pakerta ir praplečia žmogaus supratimą apie augalus, ištrindami įprastas ribas, skiriančias augalų karalystę nuo gyvūnų karalystės.
Žinoma, bandymas galvoti apie tai, ką apskritai gali reikšti mąstymas šių organizmų atveju, yra greičiau fantazijos skrydis, nes jie iš tikrųjų neturi skilimo į smegenis (protą) ir kūną (judesį).
Tačiau dėdami šiek tiek pastangų galiausiai galime peržengti esamas „atminties“, „mokymosi“ir „mąstymo“sąvokas, kurios iš pradžių paskatino mūsų prašymą.
Matome, kad daugeliu atvejų augalų mokymosi ir atminties procesų samprotavimai remiasi ne tik alegoriniais vaizdais, bet ir sausais faktais. Kitą kartą, kai susidursite su kelyje esančia malva, virpančia nuo saulės šviesos, sulėtinkite greitį, pažvelkite į ją naujomis akimis ir prisiminkite, kad ši nepastebima piktžolė yra kupina nepaprastų pažintinių gebėjimų.