Esmapilgul on Malvaceae taim Lavatera cretica lihtsalt silmapaistmatu umbrohi. Sellel maleval on roosakad õied ja laiad lamedad lehed, mis jälgivad päeva jooksul päikest. Kuid see, mida lill teeb öösel, on teadlaskonna tähelepanu pööranud tagasihoidlikule taimele. Mõni tund enne koidikut hakkab taim oma lehti pöörama oletatavas päikesetõusu suunas. Malva näib mäletavat, kuhu ja millal päike eelmistel päevadel tõusis, ja ootab teda seal.
Kui laboratooriumi teadlased püüavad valgusallika asukohta muutes malva segi ajada, õpib see lihtsalt uue suuna. Kuid mida see väide üldiselt tähendab - et taim suudab meelde jätta ja õppida?
Idee, et taimed suudavad tegutseda arukalt, rääkimata õpitavusest ja mälu moodustamisest, oli hiljuti marginaalne vaatenurk. Mälestusi peetakse põhimõtteliselt kognitiivseks nähtuseks, sedavõrd, et mõned teadlased peavad nende kohalolekut vajalikuks ja piisavaks märgiks, et kehal on põhiline mõtlemistüüp. Mälestuste moodustamiseks on vaja aju ja taimedel pole isegi putukatel ja ussidel olevat algelist närvisüsteemi.
Viimase kümne aasta jooksul on see arvamus siiski vaidlustatud. Mallow pole erand. Taimed ei ole ainult passiivsed orgaanilised automaadid. Nüüd teame, et nad suudavad tajuda ja integreerida teavet kümnete looduslike muutujate kohta ning rakendada neid teadmisi paindliku ja kohanemisvõimelise käitumise jaoks.
Näiteks suudavad taimed ära tunda, kas naabertaimed on omavahel seotud või mitte, ja kohandavad vastavalt oma toitumisstrateegiaid.
Impatiens pallida, üks paljudest liikidest, mis on tuntud suurema osa oma ressursside kasutamisest kõrvaliste inimeste juuresolekul pigem lehtede kui juurte kasvatamiseks, on taktika, mille eesmärk on ilmselt võistelda päikesevalguse eest. Seotud taimed ümbritsevad prioriteedid. Lisaks on taimed võimelised ehitama keerukaid suunatud kaitsemehhanisme vastuseks konkreetsete kiskjate tuvastamisele. Väike õitsev Tali kumm (Arabidopsis thaliana) suudab jälgida söövate röövikute vibratsiooni ning vabastada putukate tõrjumiseks õlisid ja kemikaale.
Samuti suhtlevad taimed omavahel ja teiste organismidega, näiteks parasiitide ja mikroobidega, kasutades mitut kanalit - see hõlmab näiteks seente "mükoriisavõrke", mis ühendavad erinevate taimede juurestikke nagu mingi maa-alune internet.
Võib-olla pole see kõik nii üllatav, et taimed suudavad ennustuste ja otsuste tegemiseks õppida ja kasutada mälu.
Reklaamvideo:
Mida sisaldavad mõisted "õppimine" ja "mälu", kui räägime taimedest? Arutelu kõige ilmekam näide on vernaliseerimisprotsess, mille käigus peavad mõned taimed kevadel õitsemiseks olema madalal temperatuuril. Talvine mälu aitab taimedel eristada kevadet, kui tolmeldajad, näiteks mesilased, on hõivatud, ja sügist, kui nad on vabad, ning otsus valel ajal õitseda võib paljunemiseks olla katastroofiline.
Bioloogide lemmikkatsetaimes Tal's reticulatus toodab geen nimega Flowering Locus C (FLC) kemikaali, mis takistab selle väikeste valgete õite avanemist. Kui taimel on aga pikk talv, mõõdavad teiste geenide kõrvalsaadused külma temperatuuriga kokkupuute kestust ja pärsivad külma ilmaga suures koguses rakke FLC-d. Kui saabub kevad ja päevad pikenevad, võib taim, millel on külma tõttu madal FLC tase, õitsema hakata. Kuid FLC-vastane mehhanism eeldab tõhusaks toimimiseks pikaajalist kokkupuudet külma ilmaga, mitte lühikest temperatuuri kõikumise perioodi.
Siia on kaasatud nn epigeneetiline mälu. Isegi pärast vernaliseeritud taimede taastumist soojadesse oludesse jääb FLC sisaldus kromatiinimärkide ümberkujundamise tõttu madalale tasemele. Need on valgud ja väikesed radikaalid, mis kinnituvad rakkude sees olevale DNA-le ja mõjutavad geenide aktiivsust. Kromatiini ümberehitust saab edasi anda isegi järgnevatele eraldatud rakkude põlvkondadele, nii et viimased "mäletavad" möödunud talvi. Kui külmaperiood on olnud piisavalt pikk, võivad taimed, millel on mõned rakud, mis pole külmaga kokku puutunud, siiski kevadel õitseda, sest kromatiini modifikatsioon pärsib jätkuvalt FLC ekspressiooni.
Kuid kas see on tõesti mälestus? Epigeneetilist mälu uurivad botaanikud nõustuvad esimesena, et see erineb põhimõtteliselt sellest, mida kognitiivsed teadlased uurivad.
Kas see termin on lihtsalt allegooriline kokkulepe, mis ühendab tuttava sõna "mälu" epigeneetika tundmatu väljaga? Või paljastavad rakumuutuste ja mälestuste sarnasused organismi tasandil meile tundmatud sügavused, mis mälu tegelikult on?
Epigeneetilistel ja "aju" mäludel on üks ühine omadus - mineviku loodusliku patogeeni põhjustatud pidevad muutused käitumises või süsteemi seisundis. Kuid see kirjeldus tundub liiga üldine, kuna see hõlmab ka selliseid protsesse nagu koekahjustused ja metaboolsed muutused. Võib-olla pole siin huvitav küsimus selles, kas kognitiivse tegevuse jaoks on vaja mälestusi või mitte, vaid pigem seda, millised mälutüübid viitavad aluseks oleva kognitiivse protsessi olemasolule ja kas need protsessid on taimedes olemas. Teisisõnu, selle asemel, et vaadata "mälu" ennast, tasub uurida fundamentaalsemat küsimust, kuidas mälestusi omandatakse, moodustatakse või õpitakse.
"Taimed mäletavad," ütles käitumisökoloog Monica Galliano hiljutises raadiointervjuus. "Nad teavad täpselt, mis toimub." Lääne-Austraalia ülikoolis uurib Galliano taimi loomade jaoks välja töötatud käitumusliku õppimise tehnikate abil. Ta väidab, et kui taimed suudavad näidata tulemusi, mis viitavad sellele, et teised elusorganismid saavad õppida ja mälestusi talletada, peame võrdselt arvestama ka nende kognitiivsete võimete tõenäosusega. Üks nende üksikasjalikult uuritud õppevormidest on kohanemine, mille käigus ootamatute, kuid kahjutute patogeenidega (müra, välk või valgus) kokku puutunud elusorganismid avaldavad hiljem ennetavat vastust, mis aja jooksul kaob.
Kujutage ette, et sisenete ruumi sumiseva külmkapiga: algul on see tüütu, kuid reeglina harjute sellega ja suure tõenäosusega lakkate mõne aja pärast seda müra isegi märkamast. Täielik kohanemine eeldab konkreetset stiimulit, nii et suurepärase ja potentsiaalselt ohtliku stiimuli sissetoomisega vallandab loom uue kaitsva reaktsiooni.
Isegi mürarikkas ruumis võpatate tõenäolisemalt tugeva pauku saatel. Seda nimetatakse harjumuse leevendamiseks ja see eristab tõelist õppimist muud tüüpi muutustest, näiteks väsimusest.
2014. aastal testisid Galliano ja tema kolleegid mimoosi õppimisvõimeid, mis on karm, väike, hiiliv iga-aastane. Selle lehed kaarduvad vastusena ohule. Galliano ja tema kolleegid viskasid mimoosi kõrguselt (mida põhimõtteliselt ei saanud taimega juhtuda selle evolutsioonilises ajaloos) ning taim sai teada, et see on ohutu ega avaldanud kokkuvoldimisreaktsiooni. Kuid taime järsul raputamisel täheldati vastust. Veelgi enam, teadlased leidsid, et põgusa mimoosi kohanemine määrati ka kontekstuaalselt. Taimed õppisid kiiremini hämarates keskkondades, kus lehtede sulgemine oli kulukam valgustuse vähesuse ja vaatleja energia säästmise vajaduse tõttu. (Galliano meeskond ei olnud esimene, kes rakendas käitumusliku õppimise lähenemisviisi sellistele taimedele nagu alatu mimoos,varasemad uuringud ei olnud aga alati rangelt kontrollitud ja andsid seetõttu vastakaid tulemusi.
Aga kuidas on keerukama õpitavusega?
Enamik loomi on võimelised ka tingimuslikuks ja assotsiatiivseks õppimiseks, mille käigus õpitakse, et kaks stiimulit on omavahel paaritatud. See võimaldab teil õpetada koera lähenema vile helile - koer hakkab seda käitumist seostama maiuse või kiindumusega.
Teises uuringus katsetasid Galliano ja tema kolleegid, kas seemneherned võivad õhu liikumist seostada valguse kättesaadavusega. Nad panid seemned Y-rägastikku, mille ühe haru õhk liikuma pani - see oli ka kõige eredam. Seejärel jäeti taimed rägastikku kasvama ja teadlased eeldasid, et nad näevad, kas nad saavad koosluse hakkama. Tulemused olid positiivsed: need näitasid, et taimed valdasid konditsioneeritud vastust olukorrapõhiselt.
Üha rohkem on tõendeid selle kohta, et taimedel on mõned loomadele omased õppimisvõimed. Miks võttis selle mõistmine nii kaua aega? Võite teha väikese katse. Vaadake seda pilti. Mida siin on kujutatud?
Enamik kas nimetab pildil olevate loomade üldklassi ("dinosaurused") ja kirjeldab, mida nad teevad ("kaklevad", "hüppavad") või - kui dinosauruse fänn satub kokku - määrab konkreetse looma ("driptosaurus"). Samblikke, rohtu, põõsaid ja puid mainitakse harva - enamasti tajutakse neid põhisündmuse, loomade "lahinguvälja" taustana.
1999. aastal nimetasid bioloogid James Wandersee ja Elizabeth Schuessler seda nähtust taimepimedaks - kalduvuseks ignoreerida taimede potentsiaali, käitumist ja ainulaadselt aktiivset rolli looduses. Me käsitleme neid kui taustielementi ja mitte ökosüsteemi aktiivseid tegureid.
Suures osas on see pimedus tingitud ajaloost; me räägime ammu kaotatud paradigmade filosoofilistest jäänustest, mis mõjutavad jätkuvalt meie arusaama loodusmaailmast. Paljud teadlased on endiselt mõjutatud kuulsast aristotelesest scala naturae kontseptsioonist, “olendite redelist”, kus taimed asuvad võimete ja väärtuste hierarhia lõpus ning inimesed on tipus. Aristoteles rõhutas põhilist kontseptuaalset jaotust liikumatu, tundetu taimeelu ning aktiivse ja tundliku loomariigi vahel. Tema arvates on loomariigi ja inimkonna erinevus sama oluline; ta ei uskunud, et loomadel on mingisugune täieõiguslik mõtteviis. Pärast nende ideede levikut Lääne-Euroopas 1200ndate alguses ja renessansi ajal püsis see Aristotelese seisukoht pidevalt populaarne.
Tänapäeval võib seda süstemaatilist kallutatust loomade vastu nimetada zooshavinismiks. See on üldlevinud haridussüsteemis, bioloogiaõpikutes, teaduspublikatsioonide ja meedia suundumustes. Lisaks suhtlevad linnades kasvavad lapsed taimedega harva, hoolitsevad nende eest harva ja ei saa neist üldiselt hästi aru.
See, kuidas meie keha toimib - meie taju-, tähelepanu- ja tunnetussüsteemid - aitab kaasa taimsele pimedusele ja sellega seotud eelarvamustele. Taimed ei hüppa meie poole, ei kujuta endast ohtu ja nende käitumine ei mõjuta meid.
Empiirilised uuringud näitavad, et neid ei märgata nii tihti kui loomi, nad ei pööra tähelepanu tähelepanu nii kiiresti kui loomad ja me unustame nad kergemini kui loomad. Tajume taimi objektidena või isegi ei pööra neile üldse tähelepanu. Lisaks põhjustavad taimede käitumist sageli keemilised või struktuurimuutused, mis on nii väikesed, kiired või aeglased, et me ei saa neid ilma erivahenditeta jälgida.
Kuna oleme ise ka loomad, on meil lihtsam loomade käitumist ära tunda. Hiljutised avastused robootika valdkonnas näitavad, et uuringus osalejad on rohkem valmis omistama selliste omaduste nagu emotsioon, tahtlikkus ja käitumine süsteemidele, mis jäljendavad inimeste või loomade käitumist.
Tuginedes mõistlikule käitumisele, toetume antropomorfsetele prototüüpidele. See seletab meie intuitiivset vastumeelsust omistada taimedele kognitiivseid võimeid.
Kuid eelarvamused ei pruugi olla ainus põhjus, miks oleme taimede kognitiivse potentsiaali kõrvale jätnud. Mõned teadlased on väljendanud muret, et sellised mõisted nagu "rohupimedus" on lihtsalt segased metafoorid. Kui kognitiivset teooriat taimedele vähem abstraktsel ja ebamäärasel viisil rakendada, jääb nende sõnul mulje, et taimed toimivad loomadest väga erinevalt. Taimede mehhanismid on keerukad ja hämmastavad, tunnistavad nad, kuid need ei ole tunnetusmehhanismid. Arvatakse, et me anname mälu nii laialt, et see kaotab oma tähenduse ja et sellised protsessid nagu kohanemine ei ole tegelikult tunnetusmehhanismid.
Üks viis kognitiivse protsessi tähenduse uurimiseks on uurida, kas süsteem kasutab esitusi. Värviliste joonte komplekt võib moodustada kassi pildi, kassi kujutise, täpselt nagu selles lauses sõna "kass".
Aju loob kujutised keskkonna elementidest ja võimaldab meil selles keskkonnas liikuda. Kui esinduste moodustamise protsess ebaõnnestub, võime hakata oma mõtetes kujundama pilte objektidest, mis tegelikult meie lähedal ei ole, näiteks nägema hallutsinatsioone. Ja mõnikord tajume maailma pisut valesti, moonutame selle kohta teavet. Ma võin laulu sõnadest valesti kuulata - või värisen, arvates, et ämblik roomab mööda minu kätt, kui see on lihtsalt kärbes.
Võimalus sissetulevat teavet valesti tõlgendada on kindel märk sellest, et süsteem kasutab maailmas navigeerimiseks teabega koormatud esitusi. See on kognitiivne süsteem.
Mälestusi moodustades hoiame tõenäoliselt osa sellest kuvatud teabest kinni, et saaksime seda hiljem võrguühenduseta kasutada. Filosoof Francisco Calvo Garzón Hispaania Murcia ülikoolist teatas, et füüsilise vara või mehhanismi nimetamiseks esindajaks peab see "suutma esindada ajutiselt ligipääsmatuid objekte või sündmusi". See on võime kujutada midagi, mida pole olemas, väidab ta, et mälu võib pidada tunnetusliku tegevuse märgiks. Omadust või mehhanismi, mis ei saa võrguühenduseta toimida, ei saa pidada tõeliselt tunnetuslikuks.
Teiselt poolt tunnistavad mõned teadlased, et mõned esindused saavad toimida ainult veebis, see tähendab, et nad esindavad ja jälgivad keskkonna elemente reaalajas. Malva öine võime ennustada, kuhu päike tõuseb, ammu enne selle ilmumist näib hõlmavat võrguühenduseta kujutisi; muud heliotroopsed taimed, mis jälgivad päikest vaid taeva liikudes, kasutavad ilmselgelt mingit veebipõhist esindust. Ja siiski võib teadlasi öelda, et organisme, kes kasutavad ainult veebipõhist esindatust, võib pidada ka tunnetuslikeks. Kuid võrguühenduseta protsessid ja mälu on veenvamad tõendid selle kohta, et keha ei reageeri keskkonnale lihtsalt refleksiivselt. See on eriti oluline seoses selliste organismide uurimisega, mida me intuitiivselt ei kipu mõtlema kognitiivseteks, näiteks taimed.
Kas on tõendeid selle kohta, et taimed kuvavad ja salvestavad teavet keskkonna kohta hilisemaks kasutamiseks?
Päeval pöörab mallva oma lehed päikese poole, kasutades varre põhjas asuvat motoorset kudet - seda protsessi kontrollivad aktiivselt veesurve muutused taime sees, seda nimetatakse turgoriks. Päikesevalguse ulatus ja suund on kodeeritud valgutundlikesse kudedesse, mis on jaotatud mallva lehtede veenide geomeetrilisele mustrile, ja teave nende kohta salvestatakse hommikuni. Taim jälgib ka öö ja päeva tsükleid oma sisemise ööpäevase kellaga, mis on tundlik päikeseloojangu ja päikesetõusu looduslike signaalide suhtes.
Öösel saab kõigist nendest allikatest pärineva teabe põhjal mallow ennustada, kuhu ja millal järgmisel hommikul päike tõuseb. See ei pruugi töötada mõistetega nagu "päike" või "koidik", kuid see salvestab teavet päikese vektori ning päeva ja öö tsüklite kohta, mis võimaldavad tal enne koidikut lehed ümber suunata, nii et nende pind oleks tõusva päikese poole. Samuti võimaldab see taimel õppida uut asukohta, kui füsioloogid petavad pead valgusallika suuna muutmisega. Kunstlikult loodud pimeduses võib ennetav mehhanism toimida ka mitu päeva võrguühenduseta. See on olemasolevate ressursside - antud juhul päikesevalguse - optimeerimine.
Kas seda mehhanismi võib pidada "esituseks" - asendades ümbritseva maailma elemendid, mis määravad taime käitumise? Ma arvan küll.
Nii nagu neuroteadlased püüavad tuvastada närvisüsteemi mehhanisme loomade mälu uurimiseks, püüavad taimeuurijad mõista mälumehhanisme, mis võimaldavad taimedel teavet salvestada ja kasutada, ning kasutavad seda mälu ka oma käitumise kohandamiseks.
Oleme alles hakanud mõistma selle paindliku ja mitmekesise organismirühma ainulaadseid võimeid. Kui laiendame uudishimu silmaringi loomariigist ja isegi taimeriigist seente, bakterite ja algloomade uurimiseks, võime üllatusega tõdeda, et paljud neist organismidest kasutavad samu põhilisi käitumisstrateegiaid ja põhimõtteid nagu meie ise, sealhulgas võime omamoodi õppimine ja mälestuste kujundamine.
Edusammude saavutamiseks tuleb erilist tähelepanu pöörata mehhanismidele. Peame selgelt mõistma, millal, kuidas ja miks me allegooria poole pöördume. Teoreetilistes väidetes peaksite olema täpne. Ja kui tõendid suunavad meid tavapärase tarkusega vastuolus olevasse suunda, peame julgelt järgima, kuhu see viib. Sellised uurimisprogrammid on alles lapsekingades, kuid kindlasti jätkavad nad uute avastuste loomist, mis õõnestavad ja laiendavad inimeste arusaama taimedest, hägustades tavapäraseid piire, mis eraldavad taimeriiki loomariigist.
Muidugi on püüd mõelda sellele, mida mõtlemine nende organismide puhul võib tähendada, pigem fantaasia lend, kuna neil tegelikult pole jaotust ajuks (meeleks) ja kehaks (liikumiseks).
Mõningate jõupingutustega saame siiski lõpuks ületada olemasolevad mõisted "mälu", "õppimine" ja "mõtlemine" - mis algselt ajendas meie taotlust.
Näeme, et paljudel juhtudel ei põhine taimede õppimis- ja mäluprotsesside arutlus mitte ainult allegoorilistel piltidel, vaid ka kuivadel faktidel. Ja järgmine kord, kui satute päikesevalguses värisevasse teeäärsesse mallasse, aeglustage kiirust, vaadake seda uute silmadega ja pidage meeles, et see silmapaistmatu umbrohi on täis erakordseid tunnetuslikke võimeid.
