Познание растений или гнософизиология растений [1] - это изучение умственных способностей растений . [2] В нем исследуется идея о том, что растения способны реагировать на раздражители в своем окружении и учиться на них, чтобы выбирать и принимать решения, наиболее подходящие для обеспечения выживания. За последние годы экспериментальные данные о когнитивной природе растений быстро выросли и показали, в какой степени растения могут использовать чувства и познание, чтобы реагировать на окружающую среду. [3] Некоторые исследователи утверждают, что растения обрабатывают информацию так же, как нервная система животных . [4] [5]
История
Идея познания растений была впервые исследована Чарльзом Дарвином в конце 1800-х годов. В книге «Сила движения растений», написанной вместе со своим сыном Фрэнсисом, он использовал неврологическую метафору, чтобы признать чувствительность корней растений, когда он предположил, что кончик корней действует как мозг некоторых низших животных, поскольку они реагируют на ощущения. чтобы определить их следующее движение [6], даже если у растений нет ни мозга, ни нервов.
Независимо от того, верна ли эта неврологическая метафора или, в более общем плане, уместно современное применение терминологии и понятий нейробиологии к растениям, дарвиновская идея о кончике корня растений, функционирующем как орган, подобный мозгу (вместе с так- называется « корень - мозг гипотеза») испытывал постоянное возрождение в области физиологии растений . [7]
В то время как нейробиология растений фокусируется на физиологическом изучении растений, современное познание растений в первую очередь применяет поведенческий / экологический подход. Сегодня познание растений становится областью исследований, направленных на экспериментальную проверку когнитивных способностей растений, включая восприятие , процессы обучения , память и сознание . [8] Эта концепция имеет большое значение для нашего восприятия растений, поскольку она переопределяет традиционно проводимую границу между животными и растениями. [9]
Типы
Изучение познания растений основано на идее, что растения могут учиться и адаптироваться к окружающей среде только с помощью системы стимулов , интеграции и реагирования. Хотя доказано, что у растений действительно отсутствует мозг и функция сознательно работающей нервной системы, растения все же каким-то образом способны адаптироваться к окружающей среде и изменять путь интеграции, что в конечном итоге приводит к тому, как растение «решает» реагировать на предъявил стимул. [10] Это поднимает вопросы интеллекта растений, который определяется как способность активно адаптироваться к любым стимулам, предъявляемым видам из окружающей среды. [11] Поэтому растения ловко чувствуют раздражители окружающей среды, например молодые подсолнухи, которые смотрят на солнце для своего роста.
Память растений
В исследовании, проведенном Моникой Гальяно из Центра эволюционной биологии Университета Западной Австралии, Mimosa pudica (чувствительное растение) была проверена на привыкание к многократному отказу от нее. После нескольких падений было обнаружено, что растения в конечном итоге привыкли, открывая свои листья быстрее, чем в первый раз. [12] Хотя механизм такого поведения растений до сих пор полностью не изучен, он тесно связан с изменениями потока в кальциевых каналах . [13]
Другой пример кратковременной «памяти» растения - это мухоловка Венеры , быстрое закрытие которой срабатывает только тогда, когда по крайней мере два волоска-ловушки соприкасаются друг с другом в течение двадцати секунд. Одна из гипотез, объясняющая, как это происходит, связана с передачей электрических сигналов в растениях. Когда срабатывает один волоск-ловушка (механорецептор), достигается подпороговый потенциал. При срабатывании двух волосков ловушки достигается порог, генерирующий потенциал действия, закрывающий ловушку. [ необходима цитата ]
Ассоциативное обучение
В 2016 году исследовательская группа под руководством Моники Гальяно решила проверить, учатся ли растения реагировать на предсказанные события в их среде. Исследование показало, что растения способны изучать связь между возникновением одного события и ожиданием другого события (т. Е. Павловское обучение ). [14] Экспериментально продемонстрировав ассоциативное обучение у растений, это открытие квалифицировало растения как подходящие объекты когнитивных исследований. [14] В этом исследовании растения гороха подвергались воздействию двух разных стимулов, и была выдвинута гипотеза, что растения обладают способностью связывать один тип стимула с другим. Одним из этих стимулов было воздействие на растения гороха ветром + светом, а на другое растение - воздействие ветра без света во время фазы обучения. На стадии эксперимента растения подвергались только воздействию ветра, чтобы наблюдать реакцию растений гороха.
К концу эксперимента растения гороха, подвергнутые воздействию ветра и света, «научились» ассоциировать ветер с присутствием света, таким образом демонстрируя рост в направлении ветрового стимула. С другой стороны, растения гороха, подвергшиеся воздействию ветра без света, демонстрировали рост вдали от ветрового раздражителя. Механизм этого поведения не совсем понят, хотя предполагается, что это может иметь какое-то отношение к механорецепторам, интегрирующимся с фоторецепторами в растениях. Это объясняет, почему источник света, не являющийся источником света, вызывает реакцию роста у обученного растения гороха, которая обычно предназначена для фоторецепторов. [15]
Репликационное исследование с большим размером выборки, опубликованное в 2020 году, не обнаружило доказательств ассоциативного обучения у растений гороха. [16] Однако он также не смог повторить открытие, что свет эффективно функционировал как безусловный раздражитель. Растения гороха в этом исследовании демонстрировали лишь небольшую тенденцию, а не надежную реакцию направленного роста на ранее представленный свет. Реплицированная экспериментальная установка отличалась от оригинала наличием более высоких уровней окружающего и отраженного света, которые могли иметь несколько случайный направленный рост и препятствовать репликации. [17]
Дальнейшие исследования
В 2003 году Энтони Тревавас провел исследование, чтобы увидеть, как корни взаимодействуют друг с другом, и изучить их методы передачи сигналов. Он смог найти сходство между сигналами водного стресса у растений, влияющими на изменения в развитии, и передачей сигналов в нейронных сетях, вызывающих реакции в мышцах. [18] В частности, когда растения испытывают водный стресс, они оказывают независимое и зависящее от абсцизовой кислоты влияние на развитие. [19] Это проливает свет на дальнейшие возможности принятия решений на предприятии с учетом воздействия на него окружающей среды. Интеграция множества химических взаимодействий свидетельствует о сложности этих корневых систем. [20]
В 2012 году Пако Кальво Гарсон и Фред Кейзер предположили, что растения обладают структурами, эквивалентными (1) потенциалам действия (2) нейротрансмиттерам и (3) синапсам . Кроме того, они заявили, что большая часть жизнедеятельности растений происходит под землей, и что понятие «корневой мозг» впервые было высказано Чарльзом Дарвином в 1880 году. Они считали, что свободное движение не обязательно является критерием познания. Авторы выделили пять условий минимального познания у живых существ и пришли к выводу, что «растения обладают познавательной способностью в минимальном, воплощенном смысле, что также применимо ко многим животным и даже бактериям». [21] В 2017 году биологи из Университета Бирмингема объявили, что они обнаружили «центр принятия решений» в верхушке корня спящих семян арабидопсиса . [22]
В 2014 году Энтони Тревавас выпустил книгу под названием « Поведение и интеллект растений», в которой подчеркивается познавательная способность растения через его навыки колониальной организации, отражающие поведение роя насекомых. [23] Этот организационный навык отражает способность растения взаимодействовать с окружающей средой для повышения своей выживаемости и способность растения определять внешние факторы. Свидетельство минимального познания растениями пространственного восприятия можно увидеть в расположении их корней относительно соседних растений. [24] Было обнаружено, что организация этих корней происходит от кончиков корней растений. [25]
С другой стороны, д-р Крисп и его коллеги предложили другой взгляд на память растений в своем обзоре: память растений может быть полезной в условиях повторяющегося и предсказуемого стресса; тем не менее, сброс или забвение краткого периода стресса может быть более полезным для растений для роста, как только желаемое состояние вернется. [26]
Аффифи (2018) предложил эмпирический подход к изучению способов, которыми модель растений координирует целевое поведение и непредвиденные обстоятельства окружающей среды, как способ понимания обучения растений. [27] Согласно этому автору, ассоциативное обучение продемонстрирует интеллект только в том случае, если оно будет рассматриваться как часть телеологически интегрированной деятельности. В противном случае его можно свести к механистическому объяснению.
Раджа и др. (2020) обнаружили, что комнатные растения французской фасоли, посаженные в 30 сантиметрах от садового тростника, скорректируют свои модели роста, чтобы позволить себе использовать тростник в качестве опоры в будущем. Позже Раджа заявил, что «если движение растений контролируется и затрагивается объектами, находящимися поблизости, то мы говорим о более сложных поведенческих (а не простых) реакциях». Раджа предложил исследователям искать соответствующие когнитивные признаки. [28] [29]
Критика
Идея познания растений вызывает споры.
Амадео Альпи и 35 других ученых опубликовали в 2007 году статью под названием «Нейробиология растений: нет мозга, нет выгоды?» в тенденциях в растениеводстве . [30] В этой статье они утверждают, что, поскольку нет доказательств присутствия нейронов в растениях, идея нейробиологии и познания растений необоснованна и требует пересмотра. В ответ на эту статью Франсиско Кальво Гарсон опубликовал статью в журнале « Сигнализация и поведение растений» . [31] Он утверждает, что, хотя у растений нет «нейронов», как у животных, они обладают системой обработки информации, состоящей из клеток. Он утверждает, что эту систему можно использовать в качестве основы для обсуждения когнитивных способностей растений.
Смотрите также
- Boquila trifoliolata
- Воплощенное познание
- Восприятие растений (физиология)
- Плантоид
Рекомендации
- ^ Michmizos D, Hilioti Z (январь 2019). «Дорожная карта к функциональной парадигме обучения и памяти у растений». Журнал физиологии растений . 232 (1): 209–215. DOI : 10.1016 / j.jplph.2018.11.002 . PMID 30537608 .
- ^ Зал М (2011). Растения как личности: философская ботаника . Олбани: Государственный университет Нью-Йорка. ISBN 978-1-4384-3429-2.
- ^ Гальяно М (ноябрь 2014 г.). «В зеленом настроении: взгляды на поведенческую экологию и когнитивную природу растений» . ЗАВОДЫ AoB . 7 . DOI : 10,1093 / aobpla / plu075 . PMC 4287690 . PMID 25416727 .
- ^ Гарзон П., Кейзер Ф (2011). «Растения: адаптивное поведение, корневой мозг и минимальное познание». Адаптивное поведение . 19 (3): 155–171. DOI : 10.1177 / 1059712311409446 . S2CID 5060470 .
- ^ Карбан Р. (июль 2008 г.). «Поведение растений и общение» . Письма об экологии . 11 (7): 727–39. DOI : 10.1111 / j.1461-0248.2008.01183.x . PMID 18400016 .
- Перейти ↑ Darwin, C. (1880). Сила движения в растениях . Лондон: Джон Мюррей. Дарвин Онлайн : «Курс, который следует корешку при проникновении в землю, должен определяться кончиком корешка; следовательно, он приобрел такую разнообразную чувствительность. Вряд ли будет преувеличением сказать, что кончик корешка, наделенный таким образом и имеющий способность направлять движения соседних частей действует как мозг одного из низших животных; мозг находится внутри переднего конца тела, получает впечатления от органов чувств и управляет несколькими движениями ».
- ^ «О НАС - Сигнализация и поведение растений» . Сигнализация и поведение растений . Проверено 25 марта 2017 .
- ^ Поллан М (23 декабря 2013 г.). «Умный завод» . michaelpollan.com . Житель Нью-Йорка . Проверено 8 марта 2019 .
- ^ «Моника Гальяно - наука о поведении и сознании растений» . Моника Гальяно - наука о поведении и сознании растений . Проверено 25 марта 2017 .
- ^ Гарсон ФК (июль 2007 г.). «Поиски познания в нейробиологии растений» . Сигнализация и поведение растений . 2 (4): 208–11. DOI : 10.4161 / psb.2.4.4470 . PMC 2634130 . PMID 19516990 .
- ^ Стенхаус D (1974). «Эволюция интеллекта». Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Гальяно М., Рентон М., Депчински М., Манкузо С. (май 2014 г.). «Опыт учит растения быстрее учиться и медленнее забывать в условиях, где это важно». Oecologia . 175 (1): 63–72. Bibcode : 2014Oecol.175 ... 63G . DOI : 10.1007 / s00442-013-2873-7 . PMID 24390479 . S2CID 5038227 .
- ^ Кэхилл Дж., Бао Т., Мэлони М., Коленоски С. (4 июня 2012 г.). «Механическое повреждение листьев вызывает локальные, но не системные изменения в поведении листьев чувствительного растения, Mimosa pudica». Ботаника . DOI : 10,1139 / CJB-2012-0131 .
- ^ а б Гальяно М., Вязовский В.В., Борбели А.А., Гримонпрез М., Депчинский М. (декабрь 2016 г.). «Обучение по ассоциации в растениях» . Научные отчеты . 6 (1): 38427. Bibcode : 2016NatSR ... 638427G . DOI : 10.1038 / srep38427 . PMC 5133544 . PMID 27910933 .
- ^ Мауфланг О.И., Харшиинг Э.В. (11 июля 2017 г.). «Опосредованные фоторецепторами реакции роста растений: последствия для фоторецепторной инженерии в направлении повышения производительности сельскохозяйственных культур» . Границы науки о растениях . 8 : 1181. DOI : 10.3389 / fpls.2017.01181 . PMC 5504655 . PMID 28744290 .
- ^ Маркель К. (июнь 2020 г.). «Отсутствие доказательств ассоциативного обучения у растений гороха» . eLife . 9 : e57614. DOI : 10.7554 / eLife.57614 . PMC 7311169 . PMID 32573434 .
- ^ Гальяно, Моника; Вязовский, Владислав В; Borbély, Александр А; Депчинский, Марсиал; Рэдфорд, Бен (10.09.2020). Ли, Дэёль; Hardtke, Christian S (ред.). «Комментарий к статье« Отсутствие доказательств ассоциативного обучения у растений гороха » » . eLife . 9 : e61141. DOI : 10.7554 / eLife.61141 . ISSN 2050-084X . PMC 7556858 . PMID 32909941 .
- ^ Тревавас А. (июль 2003 г.). «Аспекты интеллекта растений» . Летопись ботаники . 92 (1): 1–20. DOI : 10.1093 / Aob / mcg101 . PMC 4243628 . PMID 12740212 .
- ^ Шинозаки К. (2000). «Молекулярные реакции на обезвоживание и низкую температуру: различия и перекрестные помехи между двумя путями передачи сигналов стресса». Текущее мнение в биологии растений . 3 (3): 217–223. DOI : 10.1016 / s1369-5266 (00) 00067-4 . PMID 10837265 .
- ^ McCully ME (июнь 1999 г.). «КОРНИ В ПОЧВЕ: раскрывая сложность корней и их ризосфер». Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений . 50 : 695–718. DOI : 10.1146 / annurev.arplant.50.1.695 . PMID 15012224 .
- ^ Гарзон П., Кейзер Ф (2011). «Растения: адаптивное поведение, корневой мозг и минимальное познание». Адаптивное поведение . 19 (3): 155–171. DOI : 10.1177 / 1059712311409446 . S2CID 5060470 .
- ^ Topham AT, Taylor RE, Yan D, Nambara E, Johnston IG, Bassel GW (июнь 2017 г.). «Изменчивость температуры интегрирована пространственно встроенным центром принятия решений, чтобы нарушить покой семян Arabidopsis» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (25): 6629–6634. DOI : 10.1073 / pnas.1704745114 . PMC 5488954 . PMID 28584126 .
- ^ Trewavas 2014 , стр. 95-96.
- ^ Кальво Гарсон П., Кейзер Ф. (июнь 2011 г.). «Растения: адаптивное поведение, корневой мозг и минимальное познание». Адаптивное поведение . 19 (3): 155–71. DOI : 10.1177 / 1059712311409446 . S2CID 5060470 .
- ^ Trewavas 2014 , стр. 140.
- ^ Крисп PA, Ganguly D, Eichten SR, Borevitz JO, Pogson BJ (февраль 2016 г.). «Пересмотр памяти растений: пересечения между восстановлением после стресса, оборотом РНК и эпигенетикой» . Наука продвигается . 2 (2): e1501340. Bibcode : 2016SciA .... 2E1340C . DOI : 10.1126 / sciadv.1501340 . PMC 4788475 . PMID 26989783 .
- ^ Аффифи Р. (2018). «Психология Дьюиана в исследованиях интеллекта растений: преобразование стимула и реакции». В Baluska F, Gagliano M, Witzany G (ред.). Память и обучение у растений . Сигнализация и коммуникация в растениях. Чам .: Springer. С. 17–33. DOI : 10.1007 / 978-3-319-75596-0_2 . ISBN 978-3-319-75595-3.
- ^ "Растения: они в сознании?" . Журнал BBC Science Focus . 5 февраля 2021 . Проверено 6 февраля 2021 года .
- ^ Раджа, Висенте; Silva, Paula L .; Holghoomi, Roghaieh; Кальво, Пако (декабрь 2020 г.). «Динамика нутации растений» . Научные отчеты . 10 (1): 19465. DOI : 10.1038 / s41598-020-76588-г .
- ^ Альпи А., Амрейн Н., Бертл А., Блатт М. Р., Блюмвальд Е., Червоне Ф. и др. (Апрель 2007 г.). «Нейробиология растений: нет мозга - нет выигрыша?». Тенденции в растениеводстве . 12 (4): 135–6. DOI : 10.1016 / j.tplants.2007.03.002 . PMID 17368081 .
- ^ Гарсон ФК (июль 2007 г.). «Поиски познания в нейробиологии растений» . Сигнализация и поведение растений . 2 (4): 208–11. DOI : 10.4161 / psb.2.4.4470 . PMC 2634130 . PMID 19516990 .
дальнейшее чтение
- Тревавас А.Дж. (2014). Поведение и интеллект растений . Оксфорд, Соединенное Королевство: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-953954-3. OCLC 890389682 .