Na první pohled je rostlina Malvaceae Lavatera cretica jen nenápadná plevel. Tento sléz má narůžovělé květy a široké, ploché listy, které přes den sledují slunce. To, co květina dělá v noci, však upozornilo vědeckou komunitu na pokornou rostlinu. Několik hodin před úsvitem rostlina začne otáčet listy v předpokládaném směru východu slunce. Zdá se, že Malva si pamatuje, kde a kdy v minulých dnech vyšlo slunce, a čeká ho tam.
Když se vědci v laboratoři pokusí zmást sléz změnou umístění světelného zdroje, jednoduše se naučí nový směr. Co ale toto tvrzení obecně znamená - že si rostlina dokáže pamatovat a učit se?
Myšlenka, že rostliny mohou jednat inteligentně, nemluvě o učitelnosti a formování paměti, byla donedávna okrajovým hlediskem. Vzpomínky jsou v zásadě považovány za kognitivní jev, a to natolik, že někteří vědci považují jejich přítomnost za nezbytný a dostatečný údaj o tom, že tělo má základní typy myšlení. K vytvoření vzpomínek je zapotřebí mozek a rostliny nemají ani základní nervový systém, který má hmyz a červi.
Za posledních deset let však byl tento názor zpochybněn. Sléz není výjimkou. Rostliny nejsou jen pasivní organické automaty. Nyní víme, že mohou snímat a integrovat informace o desítkách přírodních proměnných a tyto znalosti použít pro flexibilní a adaptivní chování.
Rostliny například mohou rozpoznat, zda jsou sousední rostliny příbuzné nebo ne, a podle toho přizpůsobit své strategie krmení.
Impatiens pallida, jeden z několika druhů, o nichž je známo, že za přítomnosti cizinců utrácejí většinu svých zdrojů spíše pěstováním listů než kořenů, což byla taktika zjevně zaměřená na soutěž o sluneční světlo. Obklopen souvisejícími rostlinami posouvá priority nedotýkejte se mě. Rostliny jsou navíc schopné vytvářet sofistikované cílené obrany v reakci na identifikaci konkrétních predátorů. Malá kvetoucí Talova guma (Arabidopsis thaliana) dokáže sledovat vibrace jejích pojídajících housenek a uvolňovat speciální oleje a chemikálie, které odpuzují hmyz.
Rostliny také komunikují mezi sebou navzájem a s jinými organismy, jako jsou paraziti a mikroby, pomocí více kanálů - to zahrnuje například fungální „mykorhizní sítě“, které spojují kořenové systémy různých rostlin jako jakýsi podzemní internet.
Možná tedy není tak překvapivé, že rostliny jsou schopné se učit a používat paměť k předpovídání a rozhodování.
Propagační video:
Co je zahrnuto v pojmech „učení“a „paměť“, když mluvíme o rostlinách? Nejviditelnějším příkladem v debatě je proces vernalizace, během kterého musí být některé rostliny vystaveny nízkým teplotám, aby na jaře kvetly. Zimní paměť pomáhá rostlinám rozlišovat mezi jarem, kdy jsou opylovači, jako jsou včely, zaneprázdněni, a podzimem, když jsou volní, a rozhodnutí kvést ve špatnou dobu může být pro reprodukci katastrofální.
V oblíbené experimentální rostlině biologů, Tal's reticulatus, gen zvaný Flowering Locus C (FLC), produkuje chemikálii, která brání otevření jejích malých bílých květů. Když však rostlina zažije dlouhou zimu, vedlejší produkty jiných genů měří, jak dlouho je vystavena nízkým teplotám, a potlačují FLC ve velkém počtu buněk během chladného počasí. Když přijde jaro a dny se prodlužují, může začít kvést rostlina, která má kvůli chladu nízkou FLC. Mechanismus anti-FLC však vyžaduje dlouhodobé vystavení chladnému počasí, aby fungoval efektivně, spíše než krátká období kolísání teplot.
Jedná se o takzvanou epigenetickou paměť. I po návratu vernalizovaných rostlin do teplých podmínek zůstává obsah FLC na nízké úrovni v důsledku remodelace chromatinových značek. Jedná se o proteiny a malé radikály, které se připojují k DNA uvnitř buněk a ovlivňují aktivitu genů. Přestavbu chromatinu lze dokonce přenést na další generace oddělených buněk, takže si tyto „pamatují“minulé zimy. Pokud bylo chladné období dostatečně dlouhé, mohou rostliny s některými buňkami, které nebyly vystaveny chladu, na jaře stále kvést, protože modifikace chromatinu nadále inhibuje expresi FLC.
Ale je to opravdu vzpomínka? Botanici, kteří studují epigenetickou paměť, budou jako první souhlasit s tím, že se zásadně liší od toho, co studují kognitivní vědci.
Je tento termín jen alegorickou konvencí, která kombinuje známé slovo „paměť“s neznámým polem epigenetiky? Nebo nám podobnosti mezi buněčnými změnami a vzpomínkami na úrovni organismu odhalují neznámé hloubky toho, co ve skutečnosti paměť je?
Epigenetické a „mozkové“vzpomínky mají jedno společné - neustálé změny v chování nebo stavu systému způsobené přírodním patogenem z minulosti. Přesto se tento popis zdá příliš obecný, protože zahrnuje také procesy, jako je poškození tkání a metabolické změny. Možná zde není zajímavá otázka, zda jsou pro kognitivní aktivitu potřebné paměti, ale spíše to, jaké typy paměti naznačují existenci základního kognitivního procesu a zda tyto procesy existují v rostlinách. Jinými slovy, místo toho, abychom se dívali na samotnou „paměť“, stojí za to prozkoumat zásadnější otázku, jak jsou vzpomínky získávány, formovány nebo učeny.
"Rostliny si pamatují," řekla behaviorální ekologka Monica Galliano v nedávném rozhlasovém rozhovoru. „Vědí přesně, o co jde.“Na univerzitě v Západní Austrálii studuje Galliano rostliny pomocí technik chování založených na chování zvířat. Tvrdí, že pokud rostliny mohou ukázat výsledky, které naznačují, že jiné živé organismy se mohou učit a ukládat vzpomínky, musíme stejně zvážit pravděpodobnost, že rostliny mají také tyto kognitivní schopnosti. Jednou z forem studia, kterou podrobně studovali, je adaptace, během níž živé organismy vystavené neočekávaným, ale neškodným patogenům (hluk, záblesk nebo světlo) později projeví proaktivní reakci, která časem slábne.
Představte si, že vstoupíte do místnosti s hučením ledničky: zpočátku je to nepříjemné, ale zpravidla si na to zvyknete a s největší pravděpodobností si po chvíli přestanete tento hluk vůbec všimnout. Kompletní adaptace předpokládá specifický podnět, takže se zavedením vynikajícího a potenciálně nebezpečného podnětu zvíře spustí novou obrannou reakci.
I v hlučné místnosti pravděpodobně ucouvnete při hlasitém bouchnutí. Tomu se říká úleva od návyku a je tím, co odlišuje skutečné učení od jiných typů změn, jako je únava.
V roce 2014 Galliano a jeho kolegové testovali schopnosti mimózy v učení stydlivého malého plíživého ročníku. Jeho listy se stočí v reakci na hrozbu. Galliano a jeho kolegové upustili mimózu z výšky (což se v zásadě nemohlo stát s rostlinou v její evoluční historii) a rostlina se dozvěděla, že je bezpečná a nevykazuje skládací reakci. Byla však pozorována reakce, když byla rostlina náhle otřesena. Vědci navíc zjistili, že adaptace stydlivé mimózy byla také určena kontextově. Rostliny se rychleji učily ve slabě osvětlených prostředích, kde zavírání listů bylo nákladnější kvůli nedostatku osvětlení a potřebě pozorovatele šetřit energii. (Gallianův tým nebyl první, kdo použil behaviorální přístup k učení u rostlin, jako je stydlivá mimóza,předchozí studie však nebyly vždy přísně kontrolovány, a proto poskytly protichůdné výsledky.
Ale co složitější učitelnost?
Většina zvířat je také schopná podmíněného a asociativního učení, během něhož se učí, že dva podněty jsou navzájem spárovány. To je to, co vám umožní naučit psa přiblížit se k zvuku píšťalky - pes si začne toto chování spojovat s lahůdkou nebo náklonností.
V jiné studii Galliano a jeho kolegové testovali, zda by hrášek mohl spojovat pohyb vzduchu s dostupností světla. Umístili semena do Y-bludiště, jehož jedna z větví byla uvedena do pohybu vzduchem - bylo to také nejjasnější. Rostliny pak byly ponechány růst v bludišti a vědci očekávali, že si osvojí asociaci. Výsledky byly pozitivní: ukázaly, že rostliny zvládly podmíněnou reakci situačně stanoveným způsobem.
Rostou důkazy o tom, že rostliny mají některé přirozené schopnosti zvířat učit se. Proč to trvalo tak dlouho, než jsme si to uvědomili? Můžete udělat malý experiment. Podívejte se na tento obrázek. Co je zde vyobrazeno?
Většina z nich buď pojmenuje obecnou třídu zvířat na obrázku („dinosauři“) a popíše, co dělají („boj“, „skok“), nebo - pokud narazí na fanouška dinosaura - určí konkrétní zvíře („driptosaurus“). Lišejníky, tráva, keře a stromy budou zmíněny jen zřídka - většinou budou vnímány jako pozadí hlavní události, „bojiště“zvířat.
V roce 1999 biologové James Wandersee a Elizabeth Schuessler nazvali tento jev rostlinnou slepotou - tendencí ignorovat potenciál, chování a jedinečně aktivní roli rostlin v přírodě. Zacházíme s nimi jako s elementem pozadí a nikoli s aktivními činiteli ekosystému.
Tato slepota je do značné míry způsobena historií; mluvíme o filozofických zbytcích dávno zrušených paradigmat, která nadále ovlivňují naše chápání přírodního světa. Mnoho vědců je stále ovlivňováno slavným aristotelovským konceptem scala naturae, „žebříčkem bytostí“, kde jsou rostliny na spodku hierarchie schopností a hodnot a lidé na vrcholu. Aristoteles zdůraznil základní koncepční rozdělení mezi nepohyblivým, necitlivým rostlinným životem a aktivní a citlivou zvířecí říší. Podle jeho názoru je rozdíl mezi zvířecí říší a lidstvem stejně významný; nevěřil, že zvířata mají jakýkoli druh plnohodnotného myšlení. Po šíření těchto myšlenek v západní Evropě na počátku 1200. let a během renesance si tato Aristotelova pozice zůstala neustále oblíbená.
Dnes lze tuto systematickou zaujatost vůči zvířatům nazvat zooshavinismem. Je všudypřítomný ve vzdělávacím systému, učebnicích biologie, trendech ve vědeckých publikacích a v médiích. Navíc děti vyrůstající ve městech zřídka interagují s rostlinami, zřídka se o ně starají a obecně jim nerozumí dobře.
Způsob, jakým naše těla fungují - naše systémy vnímání, pozornosti a poznání - přispívají k bylinné slepotě a souvisejícím předsudkům. Rostliny na nás neskákají, nepředstavují hrozbu a jejich chování na nás nemá vliv.
Empirický výzkum naznačuje, že si je nevšimnou tak často jako zvířata, nepřitahují pozornost tak rychle jako zvířata, a zapomínáme na ně snadněji než na zvířata. Rostliny vnímáme jako objekty nebo jim vůbec nevěnujeme pozornost. Chování rostlin je navíc často způsobeno chemickými nebo strukturálními změnami, které jsou tak malé, rychlé nebo pomalé, že je bez zvláštního vybavení nemůžeme pozorovat.
Protože jsme sami zvířaty, je pro nás snazší rozpoznat chování zvířat. Nedávné objevy v oblasti robotiky naznačují, že účastníci výzkumu jsou více ochotni přisuzovat vlastnosti, jako jsou emoce, záměrnost a chování, systémům, které napodobují chování lidí nebo zvířat.
Spoléháme na antropomorfní prototypy, abychom se pokusili zjistit, zda je chování rozumné. To vysvětluje naši intuitivní neochotu přisuzovat rostlinám kognitivní schopnosti.
Předsudky však nemusí být jediným důvodem, proč jsme setřásli kognitivní potenciál rostlin. Někteří vědci vyjádřili znepokojení nad tím, že pojmy jako „travní slepota“jsou jen matoucí metafory. Když se kognitivní teorie aplikuje na rostliny méně abstraktně a vágně, vzniká dojem, že rostliny fungují velmi odlišně od zvířat. Rostlinné mechanismy jsou složité a úžasné, připouštějí, ale nejsou to kognitivní mechanismy. Předpokládá se, že dáme paměti tak širokou definici, že ztratí svůj význam, a že takové procesy jako adaptace ve skutečnosti nejsou kognitivními mechanismy.
Jedním ze způsobů, jak prozkoumat význam kognitivního procesu, je prozkoumat, zda systém používá reprezentace. Sada barevných čar může tvořit obrázek kočky, vyobrazení kočky, stejně jako slovo „kočka“v této větě.
Mozek vytváří reprezentace prvků prostředí a umožňuje nám tak v tomto prostředí navigovat. Když proces vytváření reprezentací selže, můžeme začít v mysli vytvářet obrazy objektů, které nejsou ve skutečnosti poblíž nás, například vidět halucinace. A někdy vnímáme svět trochu špatně, zkreslujeme o něm informace. Možná jsem si nevšiml textu písně - nebo se otřásl, když jsem si myslel, že mi po ruce leze pavouk, když je to jen moucha.
Schopnost dezinterpretovat příchozí informace je jistým znamením, že systém používá pro orientaci ve světě reprezentace plné informací. Toto je kognitivní systém.
Při vytváření vzpomínek pravděpodobně uchováme některé z těchto zobrazených informací, abychom je mohli později použít offline. Filozof Francisco Calvo Garzón ze Španělské univerzity v Murcii uvedl, že aby mohl být fyzický majetek nebo mechanismus nazýván reprezentativním, musí „být schopen reprezentovat dočasně nepřístupné objekty nebo události“. Tvrdí, že schopnost reprezentace odrážet něco, co neexistuje, umožňuje považovat paměť za známku kognitivní činnosti. Vlastnost nebo mechanismus, který nemůže fungovat offline, nelze považovat za skutečně kognitivní.
Na druhou stranu někteří vědci připouštějí, že některá reprezentace mohou fungovat pouze online, to znamená, že představují a sledují prvky prostředí v reálném čase. Zdá se, že noční schopnost slézu předpovídat, kde vychází slunce, dlouho předtím, než se objeví, představuje offline reprezentace; jiné rostliny heliotropu, které pouze sledují slunce, když se pohybuje po obloze, zjevně používají nějaký druh online reprezentace. Přesto vědci tvrdí, že organizmy využívající pouze online reprezentace lze považovat za kognitivní. Offline procesy a paměť jsou však přesvědčivějším důkazem toho, že tělo nereaguje pouze reflexivně na životní prostředí. To je zvláště důležité ve vztahu ke studiu organismů, které intuitivně nemáme sklon považovat za kognitivní, jako jsou rostliny.
Existují důkazy o tom, že rostliny zobrazují a ukládají informace o prostředí pro pozdější použití?
Během dne sléz obrací své listy směrem ke slunci pomocí motorické tkáně ve spodní části stonku - tento proces je aktivně řízen změnami tlaku vody uvnitř rostliny, tento jev se nazývá turgor. Stupnice a směr slunečního světla jsou zakódovány do tkání citlivých na světlo rozložených po geometrickém vzoru žil listů slézu a informace o nich jsou uloženy až do rána. Rostlina také sleduje cykly dne a noci pomocí svých vnitřních cirkadiánních hodin, které jsou citlivé na přirozené signály západu a východu slunce.
V noci může sléz na základě informací ze všech těchto zdrojů předpovědět, kde a kdy příštího rána vyjde slunce. Nemusí pracovat s pojmy jako „slunce“nebo „úsvit“, ale ukládá informace o vektoru slunce a cyklech dne a noci, které mu umožňují přeorientovat jeho listy před úsvitem tak, aby jejich povrch směřoval k vycházejícímu slunci. Umožňuje také rostlině naučit se nové pozici, když fyziologové oklamou hlavu změnou směru světelného zdroje. V uměle vytvořené tmě může předjímací mechanismus fungovat i offline několik dní. Jde o optimalizaci dostupných zdrojů - v tomto případě slunečního světla.
Lze tento mechanismus považovat za „reprezentaci“- nahrazení prvků okolního světa, které určují chování rostliny? Myslím, že ano.
Stejně jako se neurovědci snaží identifikovat mechanismy nervového systému, aby mohli studovat paměť u zvířat, snaží se vědci rostlin porozumět mechanismům paměti, které rostlinám umožňují ukládat a používat informace, a také pomocí této paměti přizpůsobit své chování.
Právě začínáme chápat jedinečné schopnosti této flexibilní a rozmanité skupiny organismů. Když rozšiřujeme naši zvědavost za hranice živočišné říše a dokonce i rostlinné říše, abychom studovali houby, bakterie a prvoky, můžeme být překvapeni, když zjistíme, že mnoho z těchto organismů používá stejné základní strategie a principy chování, které my sami, včetně schopnosti druh učení a utváření vzpomínek.
Aby bylo možné dosáhnout pokroku, je třeba věnovat zvláštní pozornost mechanismům. Musíme jasně pochopit, kdy, jak a proč se uchýlíme k alegorii. Ve svých teoretických prohlášeních byste měli být přesní. A pokud nás důkazy ukazují směrem, který je v rozporu s konvenční moudrostí, musíme směle následovat, kam vede. Takové výzkumné programy jsou stále v plenkách, ale rozhodně nepřestávají vytvářet nové objevy, které podkopávají a rozšiřují lidské chápání rostlin a stírají obvyklé hranice oddělující rostlinnou říši od živočišné říše.
Pokoušet se přemýšlet o tom, co může myslet obecně znamenat v případě těchto organismů, je samozřejmě spíše úletem fantazie, protože ve skutečnosti nemají rozdělení na mozek (mysl) a tělo (pohyb).
S určitým úsilím však nakonec můžeme jít nad rámec stávajících konceptů „paměti“, „učení“a „myšlení“- které původně řídily náš požadavek.
Vidíme, že v mnoha případech úvahy o procesech učení a paměti v rostlinách nejsou založeny pouze na alegorických obrazech, ale také na suchých faktech. A až příště narazíte na sléz, který se chvěje v paprscích slunečního světla, zpomalte, podívejte se na něj novými očima a nezapomeňte, že tato nenápadná plevel je plný mimořádných kognitivních schopností.