La prima vedere, planta Malvaceae Lavatera cretica este doar o buruiană discretă. Această nalbă are flori roz și frunze late și plate, care urmează soarele în timpul zilei. Cu toate acestea, ceea ce face floarea noaptea a atras atenția comunității științifice asupra plantei umile. Cu câteva ore înainte de zori, planta începe să-și întoarcă frunzele în direcția asumată a răsăritului. Malva pare să-și amintească unde și când a răsărit soarele în zilele anterioare și îl așteaptă acolo.
Când oamenii de știință din laborator încearcă să confunde nalba prin schimbarea locației sursei de lumină, aceasta învață pur și simplu o nouă direcție. Dar ce înseamnă această afirmație în general - că planta este capabilă să-și amintească și să învețe?
Ideea că plantele pot acționa inteligent, ca să nu mai vorbim de capacitatea de învățare și de formare a memoriei, până de curând a fost un punct de vedere marginal. Amintirile sunt considerate fundamental un fenomen cognitiv, atât de mult încât unii oameni de știință consideră prezența lor un indiciu necesar și suficient că corpul deține tipuri de bază de gândire. Este nevoie de un creier pentru a forma amintiri, iar plantele nici măcar nu au sistemul nervos rudimentar pe care îl au insectele și viermii.
Cu toate acestea, în ultimii zece ani, această opinie a fost contestată. Nalba nu face excepție. Plantele nu sunt doar automate organice pasive. Știm acum că pot simți și integra informații despre zeci de variabile naturale și pot aplica aceste cunoștințe pentru un comportament flexibil și adaptativ.
De exemplu, plantele pot recunoaște dacă plantele învecinate sunt sau nu înrudite și își pot adapta strategiile de hrănire în consecință.
Impatiens pallida, una dintre mai multe specii despre care se știe că își cheltuie cea mai mare parte a resurselor pe frunze în creștere, mai degrabă decât pe rădăcini, în prezența celor din afară, o tactică aparent menită să concureze pentru lumina solară. Înconjurat de plante înrudite, touch-me-not schimbă prioritățile. În plus, plantele sunt capabile să construiască apărări țintite sofisticate ca răspuns la identificarea unor prădători specifici. O capră Tal în floare mică (Arabidopsis thaliana) poate urmări vibrația omidelor sale și elibera uleiuri și substanțe chimice speciale pentru a respinge insectele.
Plantele comunică, de asemenea, între ele și cu alte organisme, cum ar fi paraziții și microbii, folosind mai multe canale - aceasta include, de exemplu, „rețele micorizice” fungice care leagă sistemele radiculare ale diferitelor plante, precum un fel de internet subteran.
Poate că nu este atât de surprinzător faptul că plantele sunt capabile să învețe și să folosească memoria pentru a face predicții și decizii.
Video promotional:
Ce este inclus în conceptele de „învățare” și „memorie” dacă vorbim despre plante? Cel mai evident exemplu din discuție este procesul de vernalizare, în timpul căruia unele plante trebuie expuse la temperaturi scăzute pentru a înflori primăvara. Memoria de iarnă ajută plantele să distingă primăvara când polenizatorii precum albinele sunt ocupați și toamna când sunt liberi, iar decizia de a înflori la momentul nepotrivit poate fi dezastruoasă pentru reproducere.
În planta experimentală preferată de biologi, reticulatul lui Tal, o genă numită Locul C de înflorire (FLC) produce o substanță chimică care împiedică deschiderea micilor sale flori albe. Cu toate acestea, atunci când o plantă are o iarnă lungă, produsele secundare ale altor gene măsoară cât timp este expusă la temperaturi scăzute și suprimă FLC în număr mare de celule în timpul frigului. Când vine primăvara și zilele se prelungesc, o plantă care are un FLC scăzut din cauza frigului poate începe să înflorească. Cu toate acestea, mecanismul anti-FLC necesită o expunere prelungită la vreme rece pentru a funcționa eficient, mai degrabă decât perioade scurte de temperaturi fluctuante.
Așa-numita memorie epigenetică este implicată aici. Chiar și după revenirea plantelor vernalizate în condiții calde, conținutul de FLC rămâne la un nivel scăzut datorită remodelării semnelor de cromatină. Acestea sunt proteine și radicali mici care se atașează la ADN din interiorul celulelor și afectează activitatea genelor. Remodelarea cromatinei poate fi transmisă și generațiilor ulterioare de celule separate, astfel încât acestea din urmă „să-și amintească” de iernile trecute. Dacă sezonul rece a fost suficient de lung, plantele cu unele celule care nu au fost expuse la frig pot încă să înflorească primăvara, deoarece modificarea cromatinei continuă să inhibe expresia FLC.
Dar este cu adevărat o amintire? Botanicii care studiază memoria epigenetică vor fi primii care vor fi de acord că este fundamental diferită de ceea ce studiază oamenii de știință cognitivi.
Este acest termen doar o convenție alegorică care combină cuvântul familiar „memorie” cu câmpul necunoscut al epigeneticii? Sau similitudinile dintre modificările celulare și amintirile de la nivelul organismului ne dezvăluie adâncimi necunoscute ale a ceea ce este cu adevărat memoria?
Amintirile epigenetice și „creierul” au un lucru în comun - schimbări constante în comportamentul sau starea sistemului cauzate de un agent patogen natural din trecut. Totuși, această descriere pare prea generală, deoarece acoperă și procese precum deteriorarea țesuturilor și modificările metabolice. Poate că întrebarea interesantă aici nu este dacă amintirile sunt sau nu necesare pentru activitatea cognitivă, ci mai degrabă ce tipuri de memorie indică existența unui proces cognitiv subiacent și dacă aceste procese există în plante. Cu alte cuvinte, mai degrabă decât să privim „memoria” în sine, merită să explorăm întrebarea mai fundamentală a modului în care amintirile sunt dobândite, formate sau învățate.
„Plantele își amintesc”, a spus ecologa comportamentală Monica Galliano într-un interviu recent la radio. - Știu exact ce se întâmplă. La Universitatea din Australia de Vest, Galliano studiază plantele folosind tehnici de învățare comportamentală dezvoltate pentru animale. Ea susține că, dacă plantele pot prezenta rezultate care sugerează că alte organisme vii pot învăța și stoca amintiri, trebuie să luăm în considerare, în egală măsură, probabilitatea ca plantele să aibă și aceste abilități cognitive. Una dintre formele de învățare pe care le-au studiat în detaliu este adaptarea, în timpul căreia organismele vii expuse unor agenți patogeni neașteptate, dar inofensive (zgomot, flash sau lumină) vor prezenta ulterior un răspuns proactiv care se va estompa în timp.
Imaginați-vă că intrați într-o cameră cu un frigider care zumzăie: la început este enervant, dar, de regulă, vă obișnuiți și, cel mai probabil, după un timp, nici nu veți observa acest zgomot. O adaptare completă presupune un stimul specific, astfel încât odată cu introducerea unui stimul excelent și potențial periculos, animalul declanșează un nou răspuns defensiv.
Chiar și într-o cameră zgomotoasă, sunteți mai predispus să tremurați la un sunet puternic. Aceasta se numește ameliorarea obișnuinței și este ceea ce distinge învățarea adevărată de alte tipuri de schimbare, cum ar fi oboseala.
În 2014, Galliano și colegii săi au testat abilitățile de învățare ale mimozei într-un anuar timid, mic, târâtor. Frunzele sale se curbează ca răspuns la o amenințare. Galliano și colegii săi au scăpat mimoza de la o înălțime (ceea ce, în principiu, nu i s-ar fi putut întâmpla unei plante în istoria sa evolutivă), iar planta a aflat că este sigură și nu a prezentat o reacție de pliere. Cu toate acestea, a fost observat un răspuns când planta a fost brusc agitată. Mai mult, oamenii de știință au descoperit că adaptarea mimozei timide a fost, de asemenea, determinată contextual. Plantele au învățat mai repede în medii slab iluminate, în cazul în care închiderea frunzelor a fost mai costisitoare din cauza penuriei de iluminare și a nevoii observatorului de a conserva energia. (Echipa lui Galliano nu a fost prima care a aplicat o abordare de învățare comportamentală la plante, cum ar fi mimoză timidă,cu toate acestea, studiile anterioare nu au fost întotdeauna strict controlate și, prin urmare, au dat rezultate contradictorii.
Dar cum rămâne cu învățabilitatea mai complexă?
Majoritatea animalelor sunt, de asemenea, capabile de învățare condiționată și asociativă, în timpul cărora învață că doi stimuli sunt împerecheați unul cu celălalt. Iată ce vă permite să învățați câinele să se apropie de sunetul fluierului - câinele începe să asocieze acest comportament cu o delectare sau afecțiune.
Într-un alt studiu, Galliano și colegii săi au testat dacă mazărea de semințe ar putea lega mișcarea aerului de disponibilitatea luminii. Au așezat semințele într-un labirint Y, una dintre ramurile cărora a fost pusă în mișcare de către aer - era și cea mai strălucitoare. Plantele au fost apoi lăsate să crească în labirint, iar oamenii de știință se așteptau să vadă dacă vor stăpâni asociația. Rezultatele au fost pozitive: au arătat că plantele stăpânesc răspunsul condiționat într-o manieră determinată situațional.
Există dovezi din ce în ce mai mari că plantele au unele dintre abilitățile inerente de învățare ale animalelor. De ce a durat atât de mult să realizăm acest lucru? Puteți face un mic experiment. Uitați-vă la această imagine. Ce este descris aici?
Majoritatea vor numi clasa generală a animalelor din imagine („dinozauri”) și vor descrie ceea ce fac („luptă”, „sări”), sau - dacă se întâlnește un fan al dinozaurilor - vor desemna un anumit animal („driptosaur”). Lichenii, iarba, arbuștii și copacii vor fi rareori menționați - în cea mai mare parte vor fi percepuți ca fundal al evenimentului principal, „câmpul de luptă” al animalelor.
În 1999, biologii James Wandersee și Elizabeth Schuessler au numit acest fenomen orbirea plantelor - o tendință de a ignora potențialul, comportamentul și rolul activ unic al plantelor în natură. Le tratăm ca un element de fundal și nu ca agenți activi ai ecosistemului.
În multe privințe, această orbire se datorează istoriei, vorbim despre rămășițe filozofice ale paradigmelor îndepărtate de mult, care continuă să influențeze înțelegerea noastră despre lumea naturală. Mulți oameni de știință sunt încă influențați de faimosul concept aristotelic de scala naturae, „scara ființelor”, unde plantele se află în partea de jos a ierarhiei abilităților și valorilor, iar oamenii sunt în partea de sus. Aristotel a subliniat diviziunea conceptuală fundamentală între viața plantelor imobile, insensibile și regnul animal activ și sensibil. În opinia sa, diferența dintre regnul animal și umanitate este la fel de semnificativă; nu credea că animalele au vreun fel de gândire deplină. După răspândirea acestor idei în Europa de Vest la începutul anilor 1200 și în timpul Renașterii, această poziție a lui Aristotel a rămas constant populară.
Astăzi, această prejudecată sistematică împotriva non-animalelor poate fi numită zooshavinism. Este omniprezent în sistemul educațional, manualele de biologie, tendințele în publicațiile științifice și în mass-media. În plus, copiii care cresc în orașe rareori interacționează cu plantele, rareori le îngrijesc și, în general, nu le înțeleg bine.
Modul în care funcționează corpurile noastre - sistemele noastre de percepție, atenție și cunoaștere - contribuie la orbirea pe bază de plante și la prejudecățile conexe. Plantele nu sar la noi, nu reprezintă o amenințare și comportamentul lor nu ne afectează.
Cercetările empirice sugerează că nu sunt observate la fel de des ca animalele, nu atrag atenția la fel de repede ca animalele și uităm de ele mai ușor decât de animale. Percepem plantele ca obiecte sau chiar nu le acordăm deloc atenție. În plus, comportamentul plantelor este adesea cauzat de modificări chimice sau structurale atât de mici, rapide sau lente încât nu le putem observa fără echipamente speciale.
De asemenea, din moment ce noi înșine suntem animale, ne este mai ușor să recunoaștem comportamentul animalelor. Descoperirile recente din domeniul roboticii indică faptul că participanții la cercetare sunt mai dispuși să atribuie proprietăți precum emoțiile, intenționalitatea și comportamentul sistemelor care imită comportamentul uman sau animal.
Ne bazăm pe prototipuri antropomorfe pentru a încerca să stabilim dacă comportamentul este sănătos. Acest lucru explică reticența noastră intuitivă de a atribui abilitățile cognitive plantelor.
Dar prejudecățile nu pot fi singurul motiv pentru care am dat jos din potențialul cognitiv al plantelor. Unii savanți și-au exprimat îngrijorarea că concepte precum „orbirea ierbii” sunt doar metafore confuze. Când teoria cognitivă este aplicată plantelor într-un mod mai puțin abstract și vag, spun ei, se are impresia că plantele funcționează foarte diferit de animale. Recunosc că mecanismele plantelor sunt complexe și uimitoare, dar nu sunt mecanisme cognitive. Există o părere că oferim memoriei atât de larg încât își pierde sensul și că procesele precum adaptarea, de fapt, nu sunt mecanisme cognitive.
O modalitate de a investiga semnificația procesului cognitiv este de a examina dacă sistemul folosește reprezentări. Un set de linii colorate poate forma o imagine a unei pisici, o reprezentare a unei pisici, la fel ca cuvântul „pisică” din această propoziție.
Creierul creează reprezentări ale elementelor mediului și astfel ne permite să navigăm în acest mediu. Atunci când procesul de formare a reprezentărilor eșuează, putem începe să formăm în minte imagini ale obiectelor care nu sunt cu adevărat lângă noi, de exemplu, pentru a vedea halucinații. Și uneori percepem lumea puțin greșită, distorsionăm informațiile despre ea. Poate că am auzit greșit în versurile cântecului - sau mă înfior, gândindu-mă că un păianjen se târăște de-a lungul mâinii mele, când este doar o muscă.
Capacitatea de a interpreta greșit informațiile primite este un semn sigur că sistemul folosește reprezentări încărcate de informații pentru a naviga în lume. Acesta este sistemul cognitiv.
Pe măsură ce formăm amintiri, este posibil să păstrăm unele dintre aceste informații afișate, astfel încât să le putem folosi ulterior offline. Filosoful Francisco Calvo Garson de la Universitatea Spaniolă din Murcia a declarat că pentru ca o proprietate fizică sau un mecanism să poată fi numit reprezentant, acesta trebuie „să poată reprezenta obiecte sau evenimente inaccesibile temporar”. Abilitatea reprezentării de a reflecta ceva care nu există, susține el, permite memoria să fie considerată un semn al activității cognitive. O proprietate sau un mecanism care nu poate funcționa offline nu poate fi considerat cu adevărat cognitiv.
Pe de altă parte, unii cercetători recunosc că unele reprezentări pot funcționa numai online, adică reprezintă și urmăresc elemente ale mediului în timp real. Abilitatea nocturnă a nalbei de a prezice unde va răsări soarele, cu mult înainte să apară, pare să implice reprezentări offline; alte plante heliotrope, care urmează soarele doar pe măsură ce se mișcă peste cer, folosesc în mod evident un fel de reprezentare online. Și totuși, organismele care folosesc doar reprezentare online, spun oamenii de știință, pot fi considerate și cognitive. Cu toate acestea, procesele offline și memoria sunt dovezi mai convingătoare că organismul nu răspunde doar reflex la mediul înconjurător. Acest lucru este deosebit de important în legătură cu studiul organismelor pe care intuitiv nu tindem să le considerăm cognitive, cum ar fi plantele.
Există dovezi că plantele afișează și stochează informații despre mediu pentru o utilizare ulterioară?
În timpul zilei, nalba își întoarce frunzele spre soare folosind țesutul motor de la baza tulpinii - acest proces este controlat activ de modificările presiunii apei în interiorul plantei, aceasta se numește turgor. Scara și direcția luminii solare sunt codificate în țesuturi sensibile la lumină distribuite pe modelul geometric al venelor frunzelor de nalbă, iar informațiile despre ele sunt stocate până dimineața. De asemenea, planta ține evidența ciclurilor de zi și de noapte cu ceasul său circadian intern, care este sensibil la semnalele naturale de apus și răsărit.
Noaptea, uitându-se la informații din toate aceste surse, nalba poate prezice unde și când va răsări soarele a doua zi dimineață. Este posibil să nu funcționeze cu concepte precum „soare” sau „zori”, dar stochează informații despre vectorul soarelui și ciclurile de zi și noapte, care îi permit să își reorienteze frunzele înainte de zori, astfel încât suprafața lor să fie orientată spre soarele care răsare. De asemenea, permite plantei să învețe o nouă poziție atunci când fiziologii își păcălesc capul schimbând direcția sursei de lumină. În întunericul creat artificial, mecanismul anticipator poate funcționa și offline câteva zile. Este vorba despre optimizarea resurselor disponibile - în acest caz, lumina soarelui.
Poate fi considerat acest mecanism o „reprezentare” - înlocuirea elementelor lumii înconjurătoare care determină comportamentul plantei? Așa cred.
Așa cum neurologii caută să identifice mecanismele sistemului nervos pentru a studia memoria la animale, cercetătorii în plante caută să înțeleagă mecanismele memoriei care permit plantelor să stocheze și să folosească informații și, de asemenea, să folosească această memorie pentru a-și personaliza comportamentul.
Abia începem să înțelegem abilitățile unice ale acestui grup flexibil și divers de organisme. Pe măsură ce ne lărgim orizontul de curiozitate dincolo de regnul animal și chiar regnul plantelor pentru a studia ciuperci, bacterii și protozoare, am putea fi surprinși să constatăm că multe dintre aceste organisme folosesc aceleași strategii și principii comportamentale de bază pe care le avem noi înșine, inclusiv capacitatea de a învățând și formând amintiri.
Pentru a face progrese, trebuie acordată o atenție deosebită mecanismelor. Trebuie să înțelegem clar când, cum și de ce apelăm la alegorie. Ar trebui să fii precis în afirmațiile teoretice. Și dacă dovezile ne îndreaptă către o direcție care este în contradicție cu înțelepciunea convențională, trebuie să urmăm cu îndrăzneală unde ne duce. Astfel de programe de cercetare sunt încă la început, dar cu siguranță continuă să genereze noi descoperiri care subminează și extind înțelegerea umană a plantelor, estompând granițele obișnuite care separă regnul plantelor de regnul animal.
Desigur, încercarea de a ne gândi la ce poate însemna gândirea în general în cazul acestor organisme este mai degrabă un zbor de fantezie, deoarece acestea nu au de fapt o diviziune în creier (minte) și corp (mișcare).
Cu toate acestea, cu ceva efort, putem merge în cele din urmă dincolo de conceptele existente de „memorie”, „învățare” și „gândire” - care inițial au condus solicitarea noastră.
Vedem că, în multe cazuri, raționamentul despre procesele de învățare și memorie în plante se bazează nu numai pe imagini alegorice, ci și pe fapte seci. Și data viitoare când întâlnești o nalbă pe marginea drumului care tremură în razele soarelui, încetinește, privește-o cu ochi noi și amintește-ți că această buruiană discretă este plină de capacități cognitive extraordinare.
