No pirmā acu uzmetiena Malvaceae augs Lavatera cretica ir tikai neuzkrītoša nezāle. Šai malvai ir sārti ziedi un platas, plakanas lapas, kas dienas laikā seko saulei. Tomēr tas, ko zieds dara naktī, ir pievērsis zinātnieku aprindu uzmanību pazemīgajam augam. Dažas stundas pirms rītausmas augs sāk pagriezt lapas pieņemtajā saullēkta virzienā. Malva, šķiet, atceras, kur un kad iepriekšējās dienās saule uzlēca, un gaida viņu tur.
Kad zinātnieki laboratorijā mēģina sajaukt malvi, mainot gaismas avota atrašanās vietu, tā vienkārši iemācās jaunu virzienu. Bet ko šis apgalvojums vispār nozīmē - ka augs spēj atcerēties un mācīties?
Ideja, ka augi var rīkoties saprātīgi, nemaz nerunājot par mācīšanos un atmiņu veidošanu, vēl nesen bija marginālais viedoklis. Atmiņas galvenokārt tiek uzskatītas par kognitīvu parādību, tik daudz, ka daži zinātnieki uzskata viņu klātbūtni par nepieciešamu un pietiekamu norādi, ka ķermenim piemīt pamata domāšanas veidi. Lai izveidotu atmiņas, ir nepieciešamas smadzenes, un augiem nav pat elementāras nervu sistēmas, kāda ir kukaiņiem un tārpiem.
Tomēr pēdējo desmit gadu laikā šis viedoklis tika apstrīdēts. Malva nav izņēmums. Augi nav tikai pasīvie organiskie automāti. Tagad mēs zinām, ka viņi var sajust un integrēt informāciju par desmitiem dabisko mainīgo un izmantot šīs zināšanas elastīgai, adaptīvai uzvedībai.
Piemēram, augi var atpazīt, vai blakus esošie augi ir vai nav saistīti, un attiecīgi pielāgot barošanas stratēģijas.
Impatiens pallida, viena no vairākām sugām, kas lielāko daļu resursu tērē lapu, nevis sakņu audzēšanai nepiederīgu cilvēku klātbūtnē, taktika acīmredzot ir vērsta uz konkurenci par saules gaismu. Apkārt ar saistītiem augiem, pieskarieties pie manis nepārsniedz prioritātes. Turklāt, reaģējot uz konkrētu plēsēju identificēšanu, augi spēj uzbūvēt sarežģītu mērķtiecīgu aizsardzību. Mazā ziedošā Talas gumija (Arabidopsis thaliana) var izsekot tās ēšanas kāpuru vibrācijai un atbrīvot īpašas eļļas un ķīmiskas vielas kukaiņu atbaidīšanai.
Augi sazinās arī savā starpā un ar citiem organismiem, piemēram, parazītiem un mikrobiem, izmantojot vairākus kanālus - tas ietver, piemēram, sēnīšu "mikorizu tīklus", kas kā sava veida pazemes internets saista dažādu augu sakņu sistēmas.
Varbūt ne tik pārsteidzoši, ka augi spēj mācīties un izmantot atmiņu, lai veiktu prognozes un lēmumus.
Reklāmas video:
Kas ir ietverts jēdzienos "mācīšanās" un "atmiņa", ja mēs runājam par augiem? Acīmredzamākais piemērs debatēs ir vernalizācijas process, kura laikā dažiem augiem ir jāpakļauj zemai temperatūrai, lai tie ziedētu pavasarī. Ziemas atmiņa palīdz augiem atšķirt pavasari, kad apputeksnētāji, piemēram, bites, ir aizņemti, un rudeni, kad tie ir brīvi, un lēmums ziedēt nepareizā laikā var būt postošs reprodukcijai.
Biologu iecienītajā eksperimentālajā augā, Tal's reticulatus, gēns, ko sauc par Ziedošo lokusu C (FLC), rada ķīmisku vielu, kas novērš tā mazo, balto ziedu atvēršanos. Tomēr, kad augam ir gara ziema, citu gēnu blakusprodukti mēra, cik ilgi tas ir pakļauts aukstai temperatūrai, un aukstā laikā nomāc FLC daudzās šūnās. Kad iestājas pavasaris un dienas pagarinās, augs, kam aukstuma dēļ ir zems FLC līmenis, var sākt ziedēt. Tomēr anti-FLC mehānisms prasa ilgstošu aukstā laika iedarbību, lai efektīvi darbotos, nevis īsus temperatūras svārstību periodus.
Šeit ir iesaistīta tā sauktā epigenētiskā atmiņa. Pat pēc vernalizēto augu atgriešanās siltos apstākļos hromatīna zīmju pārveidošanas dēļ FLC saturs saglabājas zemā līmenī. Tie ir olbaltumvielas un mazie radikāļi, kas pievienojas DNS šūnās un ietekmē gēnu aktivitāti. Hromatīna pārveidošanu pat var nodot nākamajām atdalīto šūnu paaudzēm, lai pēdējās “atcerētos” pagātnes ziemas. Ja aukstā sezona ir bijusi pietiekami ilga, augi ar dažām šūnām, kas nav pakļauti aukstumam, joprojām var ziedēt pavasarī, jo hromatīna modifikācija turpina kavēt FLC izpausmi.
Bet vai tā tiešām ir atmiņa? Botāniķi, kas pēta epigenētisko atmiņu, pirmie piekritīs, ka tā būtiski atšķiras no kognitīvo zinātnieku pētītā.
Vai šis termins ir tikai alegoriska konvencija, kas apvieno pazīstamo vārdu "atmiņa" ar nepazīstamo epigenetikas lauku? Vai arī līdzības starp šūnu izmaiņām un atmiņām organisma līmenī mums atklāj nezināmus dziļumus, kas patiesībā ir atmiņa?
Epigenētiskajām un "smadzeņu" atmiņām ir viena kopīga iezīme - pastāvīgas izmaiņas uzvedībā vai sistēmas stāvoklī, ko izraisījis pagātnes dabisks patogēns. Tomēr šis apraksts šķiet pārāk vispārīgs, jo tas aptver arī tādus procesus kā audu bojājumi un vielmaiņas izmaiņas. Varbūt interesants jautājums šeit ir nevis tas, vai izziņas darbībai ir nepieciešamas atmiņas, bet gan tas, kādi atmiņas veidi norāda uz pamatā esoša kognitīvā procesa esamību un vai augiem ir šie procesi. Citiem vārdiem sakot, tā vietā, lai aplūkotu pašu "atmiņu", ir vērts izpētīt fundamentālāku jautājumu par to, kā atmiņas tiek iegūtas, veidotas vai iemācītas.
"Augi atceras," nesenā radio intervijā sacīja uzvedības ekoloģe Monika Galjano. - Viņi precīzi zina, kas notiek. Austrālijas Rietumu universitātē Galjano pēta augus, izmantojot dzīvniekiem raksturīgas uzvedības mācīšanās metodes. Viņa apgalvo, ka, ja augi var uzrādīt rezultātus, kas liek domāt, ka citi dzīvi organismi var mācīties un uzglabāt atmiņas, mums vienlīdz jāņem vērā varbūtība, ka augiem piemīt arī šīs kognitīvās spējas. Viena no viņu sīki izpētītajām mācīšanās formām ir adaptācija, kuras laikā dzīvie organismi, kas pakļauti negaidītu, bet nekaitīgu patogēnu (trokšņa, zibspuldzes vai gaismas) iedarbībai, vēlāk izrādīs proaktīvu reakciju, kas laika gaitā izzudīs.
Iedomājieties, ka jūs ieejat istabā ar dungojošu ledusskapi: sākumā tas ir kaitinošs, bet parasti jūs pierodat un, visticamāk, pēc kāda laika jūs pārtrauksit pat pamanīt šo troksni. Pilnīgai adaptācijai ir nepieciešams īpašs stimuls, tāpēc, ieviešot citu un potenciāli bīstamu stimulu, dzīvnieks izraisa jaunu aizsardzības reakciju.
Pat trokšņainā telpā jūs, visticamāk, satricināsiet skaļu klaudzošu skaņu. To sauc par pieraduma atvieglošanu, un tas atšķir patiesu mācīšanos no cita veida izmaiņām, piemēram, noguruma.
2014. gadā Galjano un viņa kolēģi pārbaudīja mimozas mācīšanās spējas, kas ir grezna, maza, ložņājoša ikgadēja. Tās lapas saritinās, reaģējot uz draudiem. Galiano un viņa kolēģi nometa mimozu no augstuma (kas principā nevarēja notikt ar augu tā evolūcijas vēsturē), un augs uzzināja, ka tas ir drošs un neizrāda locīšanās reakciju. Tomēr atbilde tika novērota, kad augu pēkšņi satricināja. Turklāt zinātnieki atklāja, ka kontekstveidīgi tika noteikta arī greznās mimozas adaptācija. Augi mācījās ātrāk vāji apgaismotā vidē, kur lapu aizvēršana bija dārgāka apgaismojuma nepietiekamības un novērotāja enerģijas taupīšanas nepieciešamības dēļ. (Galliano komanda nebija pirmā, kas izmantoja uzvedības mācīšanās pieeju tādiem augiem kā bashful mimosa,tomēr iepriekšējie pētījumi ne vienmēr tika stingri kontrolēti, un tāpēc tie deva pretrunīgus rezultātus.
Bet kā ar sarežģītāku mācāmību?
Lielākā daļa dzīvnieku ir spējīgi arī nosacīti un asociatīvi mācīties, kuru laikā viņi uzzina, ka divi stimuli ir savienoti pārī. Tas ļauj iemācīt sunim tuvoties svilpes skaņai - suns šo uzvedību sāk saistīt ar kārumu vai pieķeršanos.
Citā pētījumā Galiano un viņa kolēģi pārbaudīja, vai sēklu zirņi var saistīt gaisa kustību ar gaismas pieejamību. Viņi ievietoja sēklas Y-labirintā, kura vienu no zariem palaida gaisā - tas bija arī visspilgtākais. Pēc tam augus atstāja augt labirintā, un zinātnieki cerēja redzēt, vai viņi apgūs asociāciju. Rezultāti bija pozitīvi: tie parādīja, ka augi apguva nosacīto reakciju situācijā noteiktā veidā.
Arvien vairāk pierādījumu liecina, ka augiem piemīt dažas no dzīvniekiem raksturīgajām mācīšanās spējām. Kāpēc pagāja tik ilgi, lai to saprastu? Jūs varat veikt nelielu eksperimentu. Apskatiet šo attēlu. Kas šeit ir attēlots?
Lielākā daļa vai nu nosauks attēlā redzamo dzīvnieku vispārējo klasi ("dinozauri") un aprakstīs, ko viņi dara ("cīnās", "lec"), vai arī - ja dinozauru ventilators sastopas - izraudzīs konkrētu dzīvnieku ("driptosaurus"). Ķērpji, zāle, krūmi un koki tiks reti pieminēti - lielākoties tie tiks uztverti kā galvenā notikuma, dzīvnieku "kaujas lauka" fons.
1999. gadā biologi Džeimss Vandersee un Elizabete Šezlere šo fenomenu nodēvēja par augu aklumu - tieksmi ignorēt augu potenciālu, uzvedību un unikāli aktīvo lomu dabā. Mēs tos uztveram kā fona elementu, nevis aktīvus ekosistēmas aģentus.
Daudzos veidos šis aklums ir saistīts ar vēsturi, mēs runājam par filozofiskām paliekām no sen atceltām paradigmām, kas turpina ietekmēt mūsu izpratni par dabas pasauli. Daudzus zinātniekus joprojām ietekmē slavenais aristoteliskais scala naturae jēdziens, “būtņu kāpnes”, kur augi atrodas spēju un vērtību hierarhijas apakšdaļā, bet cilvēki - augšpusē. Aristotelis uzsvēra fundamentālo konceptuālo dalījumu starp nekustīgo, nejūtīgo augu dzīvi un aktīvo un jutīgo dzīvnieku valstību. Pēc viņa domām, atšķirība starp dzīvnieku valstību un cilvēci ir tikpat nozīmīga; viņš neticēja, ka dzīvniekiem ir kaut kāda pilnvērtīga domāšana. Pēc šo ideju izplatīšanās Rietumeiropā 1200. gadu sākumā un renesanses laikā šī Aristoteļa nostāja saglabājās nemitīgā popularitātē.
Mūsdienās šo sistemātisko aizspriedumu pret dzīvniekiem nevar saukt par zooshavinismu. Tas ir visuresošs izglītības sistēmā, bioloģijas mācību grāmatās, zinātnisko publikāciju un plašsaziņas līdzekļu tendencēs. Turklāt bērni, kas aug pilsētās, reti mijiedarbojas ar augiem, reti tos kopj un parasti tos labi nesaprot.
Tas, kā darbojas mūsu ķermeņi - mūsu uztveres, uzmanības un izziņas sistēmas - veicina zāļu aklumu un ar to saistītos aizspriedumus. Augi mums nelec, nerada draudus, un viņu uzvedība mūs neietekmē.
Empīriskie pētījumi liecina, ka tos nepamana tik bieži kā dzīvniekus, viņi nepiesaista uzmanību tik ātri kā dzīvnieki, un mēs par viņiem aizmirstam vieglāk nekā par dzīvniekiem. Mēs augus uztveram kā priekšmetus vai pat nemaz nepievēršam tiem uzmanību. Turklāt augu uzvedību bieži izraisa ķīmiskas vai strukturālas izmaiņas, kas ir tik mazas, ātras vai lēnas, ka mēs tās nevaram novērot bez īpaša aprīkojuma.
Tā kā mēs paši esam dzīvnieki, mums ir vieglāk atpazīt dzīvnieku uzvedību. Jaunākie atklājumi robotikas jomā norāda, ka pētījuma dalībnieki vairāk vēlas tādas īpašības kā emocijas, tīšumu un uzvedību attiecināt uz sistēmām, kas atdarina cilvēku vai dzīvnieku uzvedību.
Mēs cenšamies noteikt, vai uzvedība ir saprātīga, mēs paļaujamies uz antropomorfiem prototipiem. Tas izskaidro mūsu intuitīvo nevēlēšanos piedēvēt augiem kognitīvās spējas.
Bet aizspriedumi var nebūt vienīgais iemesls, kāpēc mēs noraidījām augu kognitīvo potenciālu. Daži zinātnieki ir pauduši bažas, ka tādi jēdzieni kā "zāles aklums" tikai mulsina metaforas. Kad kognitīvā teorija augiem tiek piemērota mazāk abstraktā un neskaidrā veidā, pēc viņu domām, rodas iespaids, ka augi darbojas ļoti atšķirīgi no dzīvniekiem. Viņi atzīst, ka augu mehānismi ir sarežģīti un pārsteidzoši, taču tie nav izziņas mehānismi. Tiek uzskatīts, ka mēs piešķiram atmiņai tik plašu definīciju, ka tā zaudē nozīmi un ka tādi procesi kā adaptācija faktiski nav kognitīvi mehānismi.
Viens no veidiem, kā izpētīt kognitīvā procesa nozīmi, ir pārbaudīt, vai sistēma izmanto reprezentācijas. Krāsainu līniju kopa var veidot kaķa attēlu, kaķa attēlojumu, tāpat kā vārds "kaķis" šajā teikumā.
Smadzenes rada vides elementu attēlojumus un tādējādi ļauj mums orientēties šajā vidē. Kad reprezentāciju veidošanas process neizdodas, mēs varam sākt domās veidot tādu objektu attēlus, kas patiesībā nav mūsu tuvumā, piemēram, lai redzētu halucinācijas. Dažreiz mēs pasauli uztveram mazliet nepareizi, sagrozām informāciju par to. Es varbūt nepareizi dzirdu dziesmas tekstu - vai nodrebēju, domādams, ka zirneklis rāpo gar manu roku, kad tā ir tikai muša.
Spēja nepareizi interpretēt ienākošo informāciju ir droša zīme, ka sistēma izmanto informāciju saturošus attēlojumus, lai orientētos pasaulē. Tā ir kognitīvā sistēma.
Veidojot atmiņas, mēs, visticamāk, paturēsim daļu no šīs parādītās informācijas, lai vēlāk varētu to izmantot bezsaistē. Filozofs Fransisko Kalvo Garsons no Mursijas Spānijas universitātes paziņoja, ka, lai fizisko īpašumu vai mehānismu varētu saukt par pārstāvi, tam "jāspēj pārstāvēt īslaicīgi nepieejamus objektus vai notikumus". Viņš apgalvo, ka reprezentācijas spēja atspoguļot to, kas neeksistē, ļauj atmiņu uzskatīt par kognitīvās darbības pazīmi. Īpašību vai mehānismu, kas nevar darboties bezsaistē, nevar uzskatīt par patiesi kognitīvu.
No otras puses, daži zinātnieki atzīst, ka daži attēlojumi var darboties tikai tiešsaistē, tas ir, tie reāllaikā attēlo un izseko vides elementus. Malvas nakts spēja paredzēt, kur saule lec, ilgi pirms tās parādīšanās, šķiet, ietver bezsaistes attēlojumus; citi heliotropu augi, kas tikai seko saulei, pārvietojoties pa debesīm, acīmredzami izmanto sava veida tiešsaistes attēlojumu. Tomēr zinātniekus saka, ka organismus, kas izmanto tikai tiešsaistes attēlojumus, var uzskatīt arī par kognitīviem. Tomēr bezsaistes procesi un atmiņa ir pārliecinošāki pierādījumi tam, ka ķermenis ne tikai refleksīvi reaģē uz vidi. Tas ir īpaši svarīgi saistībā ar tādu organismu izpēti, kurus mēs intuitīvi nevēlamies uzskatīt par kognitīviem, piemēram, augus.
Vai ir pierādījumi, ka augi parāda un uzglabā informāciju par vidi vēlākai izmantošanai?
Dienas laikā malva pagriež lapas pret sauli, izmantojot motora audus stumbra pamatnē - šo procesu aktīvi kontrolē ūdens spiediena izmaiņas auga iekšienē, to sauc par turgoru. Saules gaismas skala un virziens ir kodēts gaismai jutīgos audos, kas sadalīti pa malvas lapu vēnu ģeometrisko rakstu, un informācija par tām tiek glabāta līdz rītam. Augs arī seko dienas un nakts cikliem ar savu iekšējo diennakts pulksteni, kas ir jutīgs pret saulrieta un saullēkta dabiskajiem signāliem.
Naktī, apskatot informāciju no visiem šiem avotiem, malva var paredzēt, kur un kad nākamajā rītā saule lec. Tas, iespējams, nedarbojas ar tādiem jēdzieniem kā "saule" vai "rītausma", taču tajā tiek glabāta informācija par saules vektoru un dienas un nakts cikliem, kas ļauj pārorientēt lapas pirms rītausmas tā, lai to virsma būtu vērsta pret uzlecošo sauli. Tas arī ļauj augam iemācīties jaunu pozīciju, kad fiziologi apmāna galvu, mainot gaismas avota virzienu. Mākslīgi izveidotā tumsā gaidīšanas mehānisms vairākas dienas var darboties arī bezsaistē. Tas ir par pieejamo resursu - šajā gadījumā saules gaismas - optimizēšanu.
Vai šo mehānismu var uzskatīt par "attēlojumu" - aizstājot apkārtējās pasaules elementus, kas nosaka auga uzvedību? ES tā domāju.
Tāpat kā neirozinātnieki cenšas identificēt nervu sistēmas mehānismus, lai pētītu dzīvnieku atmiņu, augu pētnieki cenšas izprast atmiņas mehānismus, kas ļauj augiem uzglabāt un izmantot informāciju, kā arī izmanto šo atmiņu, lai pielāgotu savu uzvedību.
Mēs tikai sākam saprast šīs elastīgās un daudzveidīgās organismu grupas unikālās spējas. Paplašinot ziņkārības redzesloku ārpus dzīvnieku valsts un pat augu valsts, lai pētītu sēnītes, baktērijas un vienšūņus, mēs varam būt pārsteigti, atklājot, ka daudzos no šiem organismiem tiek izmantotas tās pašas uzvedības pamatstratēģijas un principi, ko mēs paši, tostarp spēja veida mācīties un veidot atmiņas.
Lai panāktu progresu, īpaša uzmanība jāpievērš mehānismiem. Mums skaidri jāsaprot, kad, kā un kāpēc mēs izmantojam alegoriju. Teorētiskajos apgalvojumos jums jābūt precīzam. Un, ja pierādījumi norāda virzienā, kas ir pretrunā ar parasto gudrību, mums drosmīgi jāseko, kur tas ved. Šādas pētījumu programmas vēl ir tikai sākumstadijā, taču tās noteikti turpina radīt jaunus atklājumus, kas grauj un paplašina cilvēku izpratni par augiem, izplēninot parastās robežas, kas šķir augu valstību no dzīvnieku valsts.
Protams, mēģinājums domāt par to, ko domāšana kopumā var nozīmēt šo organismu gadījumā, drīzāk ir fantāzijas lidojums, jo viņiem faktiski nav iedalījuma smadzenēs (prātā) un ķermenī (kustībā).
Tomēr ar zināmām pūlēm mēs galu galā varam pārsniegt esošos jēdzienus "atmiņa", "mācīšanās" un "domāšana" - kas sākotnēji virzīja mūsu pieprasījumu.
Mēs redzam, ka daudzos gadījumos pamatojums par mācīšanās un atmiņas procesiem augos balstās ne tikai uz alegoriskiem attēliem, bet arī uz sausiem faktiem. Un nākamreiz, kad sastopaties ceļmalas malva, kas drebina saules gaismā, palēniniet ātrumu, paskatieties uz to ar jaunām acīm un atcerieties, ka šī neuzkrītošā nezāle ir saistīta ar ārkārtas izziņas spējām.