Pada pandangan pertama, tanaman Malvaceae Lavatera cretica hanyalah rumpai yang tidak ketara. Mallow ini mempunyai bunga berwarna merah jambu dan daun rata dan lebar yang mengikuti sinar matahari pada siang hari. Namun, apa yang dilakukan oleh bunga pada waktu malam telah menarik perhatian masyarakat saintifik kepada tanaman yang rendah hati. Beberapa jam sebelum subuh, tanaman itu mula memusingkan daunnya ke arah matahari terbit. Malva nampaknya ingat di mana dan kapan matahari terbit pada hari-hari sebelumnya, dan menunggunya di sana.
Apabila saintis di makmal cuba mengelirukan mallow dengan mengubah lokasi sumber cahaya, ia hanya mengetahui arah baru. Tetapi apa maksud pernyataan ini secara umum - bahawa tumbuhan itu dapat mengingat dan belajar?
Idea bahawa tumbuh-tumbuhan dapat bertindak dengan cerdas, apalagi belajar dan membentuk kenangan, adalah sudut pandang kecil sehingga baru-baru ini. Kenangan dianggap sebagai fenomena kognitif pada asasnya, sehingga beberapa saintis menganggap kehadiran mereka sebagai petunjuk yang diperlukan dan mencukupi bahawa tubuh mempunyai jenis pemikiran asas. Ia memerlukan otak untuk membentuk kenangan, dan tumbuhan bahkan tidak mempunyai sistem saraf dasar yang dimiliki serangga dan cacing.
Namun, selama sepuluh tahun terakhir, pandangan ini telah ditentang. Mallow tidak terkecuali. Tumbuhan bukan hanya automata organik pasif. Kami sekarang tahu bahawa mereka dapat merasakan dan mengintegrasikan maklumat mengenai puluhan pemboleh ubah semula jadi, dan menerapkan pengetahuan ini untuk tingkah laku fleksibel dan adaptif.
Sebagai contoh, tanaman dapat mengenali sama ada tanaman bersebelahan atau tidak dan menyesuaikan strategi pemberian makanannya dengan sewajarnya.
Impatiens pallida, salah satu daripada beberapa spesies yang diketahui menghabiskan sebahagian besar sumbernya untuk menanam daun dan bukannya akar di hadapan orang luar, taktik yang bertujuan bertujuan untuk bersaing dengan cahaya matahari. Dikelilingi oleh tanaman yang berkaitan, sentuh-saya-tidak beralih keutamaan. Di samping itu, tanaman dapat membina pertahanan yang disasarkan yang kompleks sebagai tindak balas kepada pengenalan pemangsa tertentu. Gula Tal berbunga kecil (Arabidopsis thaliana) dapat mengesan getaran ulat memakannya dan mengeluarkan minyak dan bahan kimia khas untuk mengusir serangga.
Tumbuhan juga berkomunikasi antara satu sama lain dan dengan organisma lain, seperti parasit dan mikroba, menggunakan pelbagai saluran - ini termasuk, sebagai contoh, "rangkaian mikorizal" kulat yang menghubungkan sistem akar pelbagai tumbuhan seperti sejenis Internet bawah tanah.
Mungkin tidak semua yang mengejutkan bahawa tumbuhan dapat belajar dan menggunakan memori untuk membuat ramalan dan keputusan.
Video promosi:
Apa yang termasuk dalam konsep "belajar" dan "ingatan" jika kita bercakap mengenai tumbuh-tumbuhan? Contoh yang paling jelas dalam perbincangan adalah proses pemalsuan, di mana sebilangan tanaman mesti terdedah kepada suhu rendah agar mekar pada musim bunga. Ingatan musim sejuk membantu tumbuh-tumbuhan membezakan antara musim bunga ketika pendebunga seperti lebah sibuk dan musim gugur ketika mereka bebas, dan keputusan untuk mekar pada masa yang salah boleh menjadi bencana untuk pembiakan.
Di kilang eksperimen kegemaran ahli biologi, Tal's reticulatus, gen yang disebut Flowering Locus C (FLC) menghasilkan bahan kimia yang menghalang bunga putih kecilnya daripada terbuka. Walau bagaimanapun, apabila tumbuhan mengalami musim sejuk yang panjang, produk sampingan gen lain mengukur berapa lama ia terdedah kepada suhu sejuk dan menekan FLC dalam sebilangan besar sel semasa musim sejuk. Apabila musim bunga tiba dan hari-hari memanjang, tanaman yang mempunyai tahap FLC rendah kerana sejuk dapat mulai mekar. Walau bagaimanapun, mekanisme anti-FLC memerlukan pendedahan yang berpanjangan terhadap cuaca sejuk agar dapat berfungsi dengan berkesan, bukan jangka pendek suhu turun naik.
Ingatan epigenetik yang disebut terlibat di sini. Walaupun selepas tanaman vernalized kembali ke keadaan hangat, kandungan FLC kekal pada tahap rendah kerana pembentukan semula tanda kromatin. Ini adalah protein dan radikal kecil yang melekat pada DNA di dalam sel dan mempengaruhi aktiviti gen. Pembentukan semula kromatin bahkan dapat diturunkan ke generasi berikutnya sel yang terpisah, sehingga yang terakhir "mengingat" musim lalu. Sekiranya musim sejuk sudah cukup lama, tanaman dengan beberapa sel yang belum terkena sejuk masih boleh mekar pada musim bunga kerana modifikasi kromatin terus menghalang ekspresi FLC.
Tetapi adakah itu benar-benar ingatan? Ahli botani yang mengkaji memori epigenetik akan menjadi yang pertama bersetuju bahawa ia pada asasnya berbeza dari apa yang dikaji oleh saintis kognitif.
Adakah istilah ini hanyalah konvensi kiasan yang menggabungkan perkataan "memori" yang tidak asing dengan bidang epigenetik yang tidak dikenali? Atau adakah persamaan antara perubahan sel dan ingatan pada tahap organisma menunjukkan kepada kita kedalaman yang tidak diketahui mengenai apa sebenarnya memori itu?
Kenangan epigenetik dan "otak" mempunyai satu kesamaan - perubahan berterusan dalam tingkah laku atau keadaan sistem yang disebabkan oleh patogen semula jadi dari masa lalu. Namun keterangan ini nampaknya terlalu umum, kerana ia juga merangkumi proses seperti kerosakan tisu dan perubahan metabolik. Mungkin persoalan yang menarik di sini bukanlah sama ada ingatan diperlukan untuk aktiviti kognitif atau tidak, tetapi jenis memori apa yang menunjukkan adanya proses kognitif yang mendasari, dan adakah proses ini wujud di dalam tumbuhan. Dengan kata lain, daripada melihat "ingatan" itu sendiri, ada baiknya kita meneroka persoalan yang lebih mendasar tentang bagaimana ingatan diperoleh, dibentuk, atau dipelajari.
"Tumbuhan ingat," kata ahli ekologi tingkah laku Monica Galliano dalam wawancara radio baru-baru ini. "Mereka tahu dengan tepat apa yang sedang berlaku." Di University of Western Australia, Galliano mengkaji tumbuhan menggunakan teknik pembelajaran tingkah laku yang dikembangkan untuk haiwan. Dia berpendapat bahawa jika tumbuhan dapat menunjukkan hasil yang menunjukkan bahawa organisma hidup lain dapat belajar dan menyimpan kenangan, kita juga harus mempertimbangkan kemungkinan bahawa tumbuhan juga memiliki kemampuan kognitif ini. Salah satu bentuk pembelajaran yang mereka pelajari secara terperinci adalah penyesuaian, di mana organisma hidup yang terdedah kepada patogen yang tidak dijangka tetapi tidak berbahaya (bunyi bising, kilat, atau cahaya) kemudian akan menunjukkan tindak balas proaktif yang akan memudar dari masa ke masa.
Bayangkan bahawa anda memasuki bilik dengan peti sejuk bersenandung: pada mulanya ia menjengkelkan, tetapi sebagai peraturan, anda terbiasa dan, kemungkinan besar, selepas beberapa ketika, anda akan berhenti walaupun tidak menyedari bunyi ini. Penyesuaian yang lengkap mengandaikan rangsangan tertentu, oleh itu, dengan adanya rangsangan yang berbeza dan berpotensi berbahaya, haiwan itu memicu tindak balas pertahanan baru.
Walaupun di dalam bilik yang bising, anda lebih cenderung tersentak dengan suara kuat. Inilah yang disebut habituation relief dan inilah yang membezakan pembelajaran sejati dengan jenis perubahan lain, seperti keletihan.
Pada tahun 2014, Galliano dan rakan-rakannya menguji kemampuan belajar mimosa dari tahunan yang memalukan, kecil dan menjalar. Daunnya melengkung sebagai tindak balas terhadap ancaman. Galliano dan rakan-rakannya menjatuhkan mimosa dari ketinggian (yang, pada dasarnya, tidak mungkin terjadi pada tanaman dalam sejarah evolusi), dan kilang itu mengetahui bahawa ia selamat dan tidak menunjukkan reaksi lipatan. Namun, tindak balas diperhatikan ketika tanaman itu tiba-tiba digoncang. Lebih-lebih lagi, para saintis mendapati bahawa penyesuaian mimosa malu juga ditentukan secara kontekstual. Tumbuhan belajar lebih cepat di persekitaran yang redup di mana penutupan daun lebih mahal kerana kekurangan pencahayaan dan keperluan pemerhati untuk menjimatkan tenaga. (Pasukan Galliano bukanlah yang pertama menerapkan pendekatan pembelajaran tingkah laku pada tanaman seperti mimosa malu,namun, kajian sebelumnya tidak selalu dikawal ketat dan oleh itu menghasilkan hasil yang bertentangan.
Tetapi bagaimana dengan pembelajaran yang lebih kompleks?
Sebilangan besar haiwan juga mampu belajar terkondisi dan bersekutu, di mana mereka belajar bahawa dua rangsangan dipasangkan antara satu sama lain. Inilah yang membolehkan anda mengajar anjing untuk mendekati bunyi wisel - anjing mula mengaitkan tingkah laku ini dengan perlakuan atau kasih sayang.
Dalam kajian lain, Galliano dan rakan-rakannya menguji sama ada kacang biji dapat mengaitkan pergerakan udara dengan ketersediaan cahaya. Mereka meletakkan biji di labirin Y, salah satu cabang yang digerakkan oleh udara - itu juga yang paling terang. Tumbuhan kemudian dibiarkan tumbuh di labirin, dan para saintis diharapkan dapat melihat apakah mereka akan menguasai persatuan tersebut. Hasilnya positif: mereka menunjukkan bahawa tanaman menguasai respons terkondisi dengan cara yang ditentukan secara situasi.
Terdapat bukti yang semakin meningkat bahawa tumbuh-tumbuhan mempunyai beberapa kemampuan belajar haiwan yang wujud. Mengapa begitu lama untuk menyedari ini? Anda boleh melakukan sedikit percubaan. Lihat gambar ini. Apa yang digambarkan di sini?
Sebilangan besar akan menamakan kelas umum haiwan dalam gambar ("dinosaur") dan menerangkan apa yang mereka lakukan ("bertarung", "melompat"), atau - jika peminat dinosaur muncul - tentukan haiwan tertentu ("driptosaurus"). Lichens, rumput, pokok renek dan pokok jarang disebut - sebahagian besarnya mereka akan dianggap sebagai latar belakang peristiwa utama, "medan perang" haiwan.
Pada tahun 1999, ahli biologi James Wandersee dan Elizabeth Schuessler menyebut kebutaan tumbuhan fenomena ini - kecenderungan untuk mengabaikan potensi, tingkah laku, dan peranan aktif tumbuhan secara unik. Kami memperlakukan mereka sebagai elemen latar belakang dan bukan sebagai agen aktif ekosistem.
Dalam banyak hal, kebutaan ini disebabkan oleh sejarah, kita berbicara mengenai sisa-sisa falsafah paradigma yang telah lama dihapuskan yang terus mempengaruhi pemahaman kita tentang dunia semula jadi. Banyak saintis masih dipengaruhi oleh konsep Aristotelian yang terkenal tentang scala naturae, "tangga makhluk", di mana tumbuh-tumbuhan berada di puncak hierarki kemampuan dan nilai, dan manusia berada di puncak. Aristoteles menekankan pembahagian konsep asas antara kehidupan tumbuhan yang tidak bergerak, tidak sensitif dan kerajaan haiwan yang aktif dan sensitif. Pada pendapatnya, perbezaan antara kerajaan binatang dan manusia sama pentingnya; dia tidak percaya bahawa haiwan mempunyai jenis pemikiran yang utuh. Setelah penyebaran idea-idea ini di Eropah Barat pada awal tahun 1200-an dan semasa Renaissance, kedudukan Aristoteles ini tetap popular.
Hari ini, bias sistematik terhadap bukan haiwan boleh disebut zooshavinism. Ini terdapat di mana-mana dalam sistem pendidikan, buku teks biologi, trend dalam penerbitan ilmiah dan di media. Di samping itu, kanak-kanak yang tumbuh di bandar jarang berinteraksi dengan tumbuh-tumbuhan, jarang merawatnya, dan secara amnya tidak memahaminya dengan baik.
Cara fungsi badan kita - sistem persepsi, perhatian, dan kognisi kita - menyumbang kepada kebutaan herba dan prasangka yang berkaitan. Tumbuhan tidak melompat ke arah kita, tidak menimbulkan ancaman dan tingkah laku mereka tidak mempengaruhi kita.
Penyelidikan empirik menunjukkan bahawa mereka tidak diperhatikan sesering haiwan, mereka tidak menarik perhatian secepat haiwan, dan kita melupakannya dengan lebih mudah daripada haiwan. Kami menganggap tanaman sebagai objek atau bahkan tidak memperhatikannya sama sekali. Di samping itu, tingkah laku tumbuhan sering disebabkan oleh perubahan kimia atau struktur yang sangat kecil, cepat atau lambat sehingga kita tidak dapat memerhatikannya tanpa peralatan khas.
Juga, kerana kita sendiri adalah haiwan, lebih mudah bagi kita untuk mengenali tingkah laku haiwan. Penemuan terbaru dalam bidang robotik menunjukkan bahawa peserta kajian lebih bersedia untuk mengaitkan sifat-sifat seperti emosi, niat, dan tingkah laku ke sistem yang meniru tingkah laku manusia atau haiwan.
Kami bergantung pada prototaip antropomorfik untuk cuba menentukan apakah tingkah laku itu waras. Ini menjelaskan keengganan intuitif kita untuk mengaitkan kebolehan kognitif dengan tumbuhan.
Tetapi prasangka mungkin bukan satu-satunya alasan kita menolak potensi kognitif tumbuhan. Sebilangan sarjana telah menyatakan kebimbangan bahawa konsep seperti "buta rumput" hanyalah kiasan yang membingungkan. Apabila teori kognitif diterapkan pada tumbuhan dengan cara yang kurang abstrak dan samar-samar, kata mereka, nampaknya tumbuhan berfungsi sangat berbeza dengan haiwan. Mekanisme tanaman kompleks dan menakjubkan, mereka mengakui, tetapi bukan mekanisme kognitif. Diyakini bahawa kita memberikan ingatan definisi yang luas sehingga kehilangan maknanya, dan bahawa proses seperti penyesuaian, sebenarnya, bukan mekanisme kognitif.
Salah satu cara untuk meneroka makna proses kognitif adalah dengan memeriksa sama ada sistem menggunakan perwakilan. Satu set garis berwarna dapat membentuk gambar kucing, representasi kucing, seperti kata "kucing" dalam kalimat ini.
Otak membuat perwakilan elemen persekitaran dan dengan itu membolehkan kita menavigasi di persekitaran ini. Apabila proses pembentukan perwakilan gagal, kita dapat mulai terbentuk dalam gambaran minda objek yang tidak benar-benar dekat kita, misalnya, untuk melihat halusinasi. Dan kadang-kadang kita melihat dunia sedikit salah, memutarbelitkan maklumat mengenainya. Saya mungkin salah mendengar lirik lagu - atau gemetar, memikirkan bahawa labah-labah merangkak di sepanjang tangan saya, ketika itu hanya terbang.
Keupayaan untuk menyalahtafsirkan maklumat yang masuk adalah tanda pasti bahawa sistem menggunakan perwakilan yang penuh dengan maklumat untuk menavigasi dunia. Ini adalah sistem kognitif.
Semasa kita membentuk kenangan, kita mungkin menyimpan beberapa maklumat yang dipaparkan ini sehingga kita kemudian dapat menggunakannya di luar talian. Ahli falsafah Francisco Calvo Garson dari Universiti Sepanyol Murcia menyatakan bahawa untuk harta benda atau mekanisme fizikal untuk dipanggil wakil, ia mesti "dapat mewakili objek atau peristiwa yang tidak dapat diakses sementara." Ia adalah kemampuan representasi untuk mencerminkan sesuatu yang tidak ada, katanya, yang memungkinkan ingatan dianggap sebagai tanda aktiviti kognitif. Properti atau mekanisme yang tidak dapat berfungsi di luar talian tidak boleh dianggap benar-benar kognitif.
Sebaliknya, sebilangan sarjana mengakui bahawa beberapa perwakilan hanya dapat berfungsi dalam talian, iaitu, mereka mewakili dan mengesan elemen persekitaran dalam waktu nyata. Keupayaan nokturnal mallow untuk meramalkan di mana matahari akan terbit, jauh sebelum muncul, nampaknya melibatkan perwakilan luar talian; tanaman heliotrope lain, yang hanya mengikuti matahari ketika bergerak melintasi langit, jelas menggunakan semacam perwakilan dalam talian. Namun, organisma yang hanya menggunakan perwakilan dalam talian, kata para saintis, juga boleh dianggap kognitif. Walau bagaimanapun, proses dan ingatan di luar talian adalah bukti yang lebih meyakinkan bahawa badan tidak hanya bertindak balas secara persekitaran secara refleks. Ini sangat penting dalam kaitannya dengan kajian organisma yang secara intuitif tidak cenderung kita anggap sebagai kognitif, seperti tumbuhan.
Adakah terdapat bukti bahawa tanaman memaparkan dan menyimpan maklumat mengenai persekitaran untuk digunakan kemudian?
Pada siang hari, mallow memusingkan daunnya ke arah sinar matahari menggunakan tisu motor di dasar batang - proses ini dikendalikan secara aktif oleh perubahan tekanan air di dalam kilang, ini disebut turgor. Skala dan arah cahaya matahari dikodekan dalam tisu sensitif cahaya yang diedarkan di atas pola geometri urat daun mallow, dan maklumat tentangnya disimpan hingga pagi. Kilang ini juga memantau siklus siang dan malam dengan jam sirkadian dalamannya, yang sensitif terhadap isyarat semula jadi matahari terbenam dan matahari terbit.
Pada waktu malam, dengan melihat maklumat dari semua sumber ini, mallow dapat meramalkan di mana dan kapan matahari akan terbit keesokan harinya. Ia mungkin tidak beroperasi dengan konsep seperti "matahari" atau "fajar", tetapi menyimpan maklumat mengenai vektor matahari dan kitaran siang dan malam, yang memungkinkannya mengubah semula daunnya sebelum subuh sehingga permukaannya menghadap matahari terbit. Ia juga membolehkan tumbuhan mempelajari kedudukan baru ketika ahli fisiologi menipu kepalanya dengan mengubah arah sumber cahaya. Dalam kegelapan yang dibuat secara buatan, mekanisme antisipasi juga dapat berfungsi di luar talian selama beberapa hari. Ini mengenai mengoptimumkan sumber yang ada - dalam kes ini, cahaya matahari.
Bolehkah mekanisme ini dianggap sebagai "perwakilan" - menggantikan unsur-unsur dunia sekitar yang menentukan tingkah laku tumbuhan? Saya rasa begitu.
Sama seperti ahli sains saraf berusaha untuk mengenal pasti mekanisme sistem saraf untuk mengkaji memori pada haiwan, para penyelidik tumbuhan berusaha memahami mekanisme memori yang membolehkan tumbuhan menyimpan dan menggunakan maklumat, dan juga menggunakan memori ini untuk menyesuaikan tingkah laku mereka.
Kami baru mula memahami kebolehan unik kumpulan organisma yang fleksibel dan pelbagai ini. Semasa kita memperluas cakerawala rasa ingin tahu kita di luar kerajaan binatang dan bahkan kerajaan tumbuhan untuk mengkaji kulat, bakteria dan protozoa, kita mungkin terkejut apabila mendapati bahawa banyak organisma ini menggunakan strategi dan prinsip tingkah laku asas yang sama seperti yang kita sendiri, termasuk kemampuan belajar dan membentuk kenangan.
Agar kemajuan dapat dicapai, perhatian khusus harus diberikan kepada mekanisme. Kita perlu memahami dengan jelas kapan, bagaimana dan mengapa kita menggunakan kiasan. Anda harus tepat dalam pernyataan teori anda. Dan jika bukti menunjukkan kita ke arah yang bertentangan dengan kebijaksanaan konvensional, kita harus berani mengikut ke mana ia memimpin. Program penyelidikan seperti itu masih dalam tahap awal, tetapi mereka pasti terus menghasilkan penemuan baru yang melemahkan dan memperluas pemahaman manusia tentang tumbuhan, mengaburkan batas biasa yang memisahkan kerajaan tumbuhan dari kerajaan binatang.
Sudah tentu, cuba memikirkan apa yang dapat difikirkan secara umum dalam pemikiran organisma ini adalah percikan fantasi, kerana mereka sebenarnya tidak mempunyai pembelahan ke dalam otak (fikiran) dan tubuh (pergerakan).
Namun, dengan beberapa usaha, akhirnya kita dapat melampaui konsep "memori", "pembelajaran" dan "pemikiran" yang ada - yang pada awalnya mendorong permintaan kita.
Kami melihat bahawa dalam banyak kes, pertimbangan mengenai proses pembelajaran dan ingatan pada tumbuhan tidak hanya berdasarkan gambar kiasan, tetapi juga pada fakta kering. Dan pada waktu berikutnya anda menjumpai mallow di pinggir jalan, bergetar di bawah sinar matahari, perlahan, melihatnya dengan mata baru dan ingat bahawa rumpai yang tidak mencolok ini penuh dengan kemampuan kognitif yang luar biasa.
