ŁEBSKIE ROŚLINY

ŁEBSKIE ROŚLINY

Uczą się │ Pamiętają │ Podejmują decyzje

Twój ogródek jest bardziej łebski niż myślisz.

W grudniu ubiegłego roku zaprosiłem do lasu na opowieść o tym jak drzewa się komunikują wszystkich, którzy poświęcacie kilka chwil na przeczytanie moich felietonów i materiałów innych autorów, jakie tutaj prezentuję. Zainteresowanie „plotkującym” lasem okazało się wieksze niż przypuszczałem, choć bez nadmiaru komentarzy pod tekstem, a szkoda...
Tym niemniej, podzielę się z zainteresowanymi poszerzoną opowieścią o łebskich roślinach, które uczą się, pamiętaja, liczą i podejmują decyzje.

Tekst jest moim tłumaczeniem artykułu zatytuowanego
„Garden Greenery is Brainier Than You Think”, opublikowanego w majowym (2017 r.) wydaniu magazynu Discover – Science for the Curious, którego autorką jest Marta Zaraska, niezależna dziennikarka i pisarka polska, mieszkająca we Francji. Polecam nowiuteńką książkę jej autorstwa, wydaną w lutym tego roku w Polsce pod tytułem: Mięsoholicy – 2,5 miliona lat mięsożernej obsesji człowieka. Fascynująca historia, znakomicie napisana!

Źródło: news.com.au

Łebskie rośliny
Monika Gagliano, ekolog ewolucyjny z Uniwersytetu Australii Zachodniej myślała, że jej eksperyment dotyczący asoscjacyjnego uczenia się roślin nie powiódł się. Zespół, którym kierowała, usiłował zbadać czy można tresować zielony groszek podobnie jak Pawłow tresował swoje psy, ale dwutygodniowy eksperyment właśnie się zakończył bez rezultatu – przynajmniej tak sądziła. 

„Weszłam do laboratorium żeby rozmontować wszystko. I wtedy zdałam sobie sprawę, że rośliny postępowały dokładnie tak jak założyłam – a robiły to tak doskonale, tak dalece wykraczając poza moje oczekiwania, iż początkowo nawet nie dostrzegłam tego”, powiedziała.

Gagliano i jej zespół wykazali po raz pierwszy, że można rośliny uczyć w taki sam prosty sposób jak tresuje się psy. Podczas gdy psy Pawłowa uczyły się, że dźwięk dzwonka oznaczał nadchodzące jedzenie, zespół Gagliano uczył groszek ogrodowy kojarzenia przyjemności ze światłem. Badacze umieścili siewki pod labiryntem wykonanym z rurek do nawadniania. Rosnący groszek, za każdym razem kiedy natrafił na rozwidlenie rurek, musiał dokonać wyboru czy pójść w lewo czy w prawo. Trzy pierwsze dni były poświęcone treningowi. Gagliano uczyła jedną grupę siewek groszku, że podmuch powietrza z pewnej partii labiryntu oznacza, iż za moment pojawi się niebieskie światło, czyli coś za czym groszek przepada. Inna grupa siewek była uczona, że nawiew z jednej strony oznacza pojawienie się światła z przeciwnej strony. No i małe groszki nauczyły się. „Zależnie od traktowania, roślinki wiedziały dokładnie co oznaczał podmuch”, mówi Gagliano.

Bazując na badaniach zwierząt w labiryncie, będących typowym narzędziem w tego typu eksperymentach, Gagliano i jej zespół oczekiwali, że groszek będzie rozrastał się losowo, co jest podstawowym założeniem naukowym w przypadku zwierząt. Ich wstępne założenie nie uwzględniało wszakże faktu, iż groszek ma swój własny system, który sprawia, że bedzie on rósł zawsze w kierunku światła.

„Do momentu kiedy zobaczyłam jak mój groszek postępuje po swojemu, tym co dostrzegałam było standardowe, hipotetyczne założenie losowego wyboru 50/50, a co śmieszniejsze, tak postrzegała to większość badaczy ze względu na nasze własne naukowe uwarunkowanie, mówi Gagliano. „Groszek nauczył mnie jak patrzeć dalej, poza obręb mojego formalnego przygotowania i przyjętych założeń warunkowych.” Dla Gagliano ten szczególny eksperyment, opublikowany w końcu 2016 roku w Scientific Reports, wykazał że rośliny nie tylko potrafią uczyć się przez asocjację, co samo w sobie jest zdumiewające, ale także i to jak łatwo ludzie niedoceniają roślin. „Jesteśmy 'ślepi' na rośliny”, powiada badaczka.

Korzenie myślenia
W 1880 roku Karol Darwin teoretyzował, że rośliny posiadają podobne do mózgu, specjalne komórki służące procesowaniu informacji i podejmowaniu decyzji odnośnie rozrastania się korzeni. Ale dopiero w latach 1990-tych František Baluška, biolog z Uniwersytetu w Bonn, zajmujący się komórkami roślinnymi, zaczął z powodzeniem dowodzić teorię Darwina.

Baluška przyznaje, że i on sam także był kiedyś 'ślepy' na rośliny. We wczesnym okresie swojej kariery podejrzewał, iż pewna grupa komórek w korzeniach rośliny mogłaby mieć takie specjalne znaczenie. Ale dopiero lata później, on i jego koledzy odkryli, że komórki te były faktycznie swoistym centrum dowodzenia. „Są one wysoce wyspecjalizowane w zakresie testowania i procesowania informacji, a potem zarządzania rozrostem korzeni”, powiada. „I są bardzo podobne do naszych neuronów”.

W zasadzie jest to głęboko sensowne, żeby rośliny miały swoje „mózgi” w ziemi, mimo że gleba jest trudnym środowiskiem do przebywania. „Dla korzenia jest niezwykle ważnym zadaniem znalezienie tam niezbędnych odżywek”, mówi Baluška. „Parametry fizyczne, takie jak temperatura, wilgotność czy nasycenie ciężkimi metalami oraz kilkanaście dalszych, są w sposób ciągły testowane i analizowane. No i wszystkie te informacje muszą w jakiś sposób zostać przeprocesowane i skorelowane ażeby podjąć właściwą decyzję co do kierunku rozrastania się”.  Baluška uważa, że powinniśmy myśleć o roślinach jako posiadających budowę nie tak bardzo odmienną od naszej, tylko że do góry nogami, z ich głowami schowanymi w glebie oraz dolną częścią i organami seksualnymi, jakimi są kwiaty, wystawionymi w powietrze. Zobrazowanie tego może być wręcz ambarasujące, ale już Darwin miał podobny pogląd na rośliny.
Nie ma znaczenia gdzie „mózg” roślin może być ulokowany – jeśli w ogóle istnieje. Przyjmując, że zagadnienie pozostaje kontrowersyjne, wiele studiów nad zachowaniem się roślin wykazuje, iż są one dużo bardziej zmyślne niż my im to przyznajemy. Przede wszystkim, mają one pamięć. Jeśli nie podlewasz swoich domowych roślin, raczej nie okażą ci złości, ale mogą twoje uchybienie zapamiętać. Ażeby badać tę ich pamięć, naukowcy wywołują u swoich liściastych poddanych coś, co nazywają „stresem suszy”. W jednym z eksperymentów przeprowadzonych w 2015 roku, badacze wyjęli z ziemi trzytygodniowy Arabidopisis thaliana (rzodkiewnik pospolity - rodzina kapusty i ziela musztardy). Zebrali bibułą całą wodę z jego korzeni i pozwolili roślinie wysychać przez dwie godziny. Takie obchodzenie się z roślinką jest czymś czego ona nie lubi – zatem wpada w stres. Później, gdy ta młoda odrośl została z powrotem włożona do wody, wykazała brak zaufania do nowo pozyskanego nadmiaru wilgoci i zachowywała się tak jakby była gotowa na następny okres suszy, mianowicie pory na jej liściach pozostały częściowo zamknięte, ograniczając pobór wody, ale również ograniczając utratę wilgoci na wypadek następnej fazy suchej.

Potrząsane i rzucane
W 2014 roku Gagliano wybrała inny gatunek do badań pamięci u roślin, a mianowicie Mimosa pudica (mimozę wstydliwą), osławioną za swoją wrażliwość na dotyk. Liść mimozy zamknie się niemal natychmiast gdy dotkniemy go lekko palcami. Badaczka i jej koledzy z Uniwersytetu Australii Zachodniej oraz z Uniwersytetu Florenckiego zrobili z rośliną mimozy coś znacznie bardziej radykalnego niż głaskanie jej liści: pozwolili jej spadać z wysokości 15 centymetrów - dostatecznie wysoko żeby wywołać odruch zwijania się liści. Stało się tak po pierwszym upadku, i po drugim, i po trzecim. Wszakże, po czwartym upadku mimoza straciła swój typowy wigor do zamykania się. Po 60 upadkach, roślina zaczęła ignorować to doświadczenie zupełnie. Nawet miesiąc później, wciąż pamiętała, że upadek nie był szkodliwy i nie fatygowała się żeby zwijać liście. Aczkolwiek gdy badacze energicznie potrząsali mimozę zamiast ją rzucać w dół, roślina gwałtownie zamykała swoje liście żeby chronić się przed niebezpieczeństwem, wykazując iż to wcale nie zwykłe zmęczenie uczyniło ją obojętną na upadek ale właśnie pamięć tego zdarzenia.

„Typową reakcją na taki eksperyment jest pytanie: ‘przecież rośliny nie mają mózgu, zatem jak mogą to robić?’”, mówi Gagliano. „Może spójrzmy na to jednak z innej strony – one to robią. Zatem pytanie powinno raczej brzmieć: ‘jak one to robią?’”.
Naukowcy nie znają jeszcze odpowiedzi na to pytanie ale pewne nowe możliwości już się pojawiają. Mogłoby to być na przykład wahania poziomu wapnia w komórkach rośliny, które zostawiają zapis stresu w sposób podobny do tego jak jest formowana długofalowa pamięć u zwierząt. Inne badania sugeruja, że pamięć u roślin może być natury epigenetycznej (forma dziedziczności pozagenowej).  Myszy, na przykład, mogą odziedziczyć po rodzicach pamięć lękową poprzez zmiany w sposobie w jaki ich geny się manifestują, bez żadnych zmian w samym DNA. Założenie to może być również prawdziwe dla roślin. W 2015 roku grupa kanadyjskich badaczy opublikowała rezultaty eksperymentu na rzepaku (Indian colza) uprawianym w Indiach [m. in. także w Polsce – mój dopisek] dla ich bogatych w oleje nasion. Badacze wyeksponowali wielokrotnie dwu-tygodniowe siewki na bardzo wysoką temperaturę, dochodzącą do niemal 42 stopni Celsjusza. Następnie pozwolili zestresowanej roślinie rosnąć spokojnie i reprodukować w komfortowych warunkach 22 stopni Celsjusza. Jednakże, gdy tkanki następnej generacji zostały poddane testom, to okazało się, że miały geny manifestujące się w zróżnicowany sposób – oczywisty znak pamięci epigenetycznej – mimo, że same nigdy nie doświadczyły wystawienia na wysoką temperaturę.

Rośliny plotkują
Rośliny, tak jak ludzie, maja wiele sposobów na wyczuwanie tego co dzieje się w ich środowisku. O ile nie mogą one polegać na swojej pamięci w celu porównania doświadczeń, to ażeby dowiedzieć się co się dzieje mogą zawsze pogawędzić z innymi poprzez sieć mikoryzową - podziemny system korzeniowy roślin, który przesyła sygnały dzięki wplecionej w nie grzybni substratowej.  "Są to bezpośrednie linie przesyłowe od rośliny do rośliny, na podobieństwo linii telefonicznych", mówi Suzanne Simard, z Uniwersytetu Brytyjskiej Kolumbii, która zajmuje się właśnie badaniami sieci mikoryzowych.

Pierwsze studia, które jasno wykazują, że rośliny rzeczywiście rozmawiaja przez tę podziemną sieć, zostały przeprowadzone w 2013 roku przez naukowców z Anglii. Wzięli oni szczepki bobu i pdzielili je na trzy grupy.  Jedna z nich została wybrana na „nadajniki” – rośliny tej grupy pokryto mszycami, które zajadały się nieszczęśliwymi roślinami, niszcząc je kompletnie. Druga grupa bobu była wolna od mszyc ale połączona z pierwszą podziemną siecią korzeniową. A trzecia grupa, kontrolna, była zarówno wolna od mszyc jak i nie włączona w „telefoniczną” sieć korzeniową. Przesyłając pewien związek chemiczny siecią mikoryzową, „nadajniki” ostrzegły drugą grupę roślin o nadchodzącym ataku, a te w odpowiedzi zaczęły wytwarzać substancję chemiczną jaka zniechęca mszyce. Natomiast grupa nie podłączona do sieci pozostała nieświadoma zagrożenia i nie wytworzyła nieprzyjaznego mszycom środka chemicznego.

Chcąc stwierdzić czy sadzonki bobu faktycznie komunikują się poprzez system korzeniowy, badacze okryli wszystkie trzy grupy sadzonek plastikowymi torbami poliestrowymi, uniemożliwiając im komunikację poprzez uwalniane w powietrze substancje chemiczne – jeden ze znanych innych sposobów wymiany informacji.

Kiedy następnym razem wybierzecie się do lasu, mówi Suzanne Simard, weźcie głęboki wdech i wąchajcie powietrze. Zapach, który czujecie jest właśnie językiem drzew. „Możemy nawet włączyć się w niektóre ich "rozmowy" albowiem szereg lotnych substancji, używanych przez rośliny do komunikacji, posiada zapach”, dodaje badaczka. W klasycznym teście z 1983 roku, gdy liście niektórych drzew zostały uszkodzone, ich zdrowe sąsiedztwo emitowało jako odpowiedź więcej fenoli i tanin, tak jakby same zostały zaatakowane.

Oczywistym pytaniem jest zatem czy rośliny rzeczywiście rozmawiają, czy też raczej podsłuchują co dzieje się z innymi roślinami. Przecież, jeśli roślina zjadana przez insekty emituje obronne chemikalia, które są poźniej wykrywane przez inne rośliny, to niekoniecznie musi to oznaczać, iż pierwsza roślina miała zamiar ostrzeżenia innych roślin w okolicy. Naukowcy z Izraela, badając w jaki sposób ogrodowy groszek podnosi „alarm z powodu suszy”, przetestowali ostatnio to zagadnienie i odłożyli ową wątpliwość do lamusa. Okazało się bowiem, że roślina zestresowana brakiem wody, emituje substancje chemiczne, które są odbierane przez okoliczną roślinność. Odbiorcy „informacji” reagują na ostrzeżenie zamykaniem swoich aparatów szparkowych - miniaturowych otworów w liściach – i dzięki temu spowalniają utratę wilgoci. Ale łańcuch przekazywania wiadomości nie kończy się na tym. Rośliny, które zostały ostrzeżone, mimo iż same nie doznały stresu, zaczną wysyłać dalej sygnały o nadchodzącej suszy, zachęcając dalej położone rośliny do przygotowania się na ciężkie czasy. A powód, dla którego to robią niekoniecznie jest altruistyczny. W przypadku groszku, na przykład, będąc mniej wrażliwym na suszę, oznacza także bycie mniej narażonym na szkodniki, które atakują wtedy gdy roślina jest osłabiona. Jeśli wszyscy sąsiedzi są zdrowi, to zmniejsza się szanasa na zachętę do odwiedzin przez liściożernych gości – i wszyscy lepiej na tym wychodzą. „Informacja jest przesyłana od jednej do drugiej rośliny bezpośrednio, i to wywołuje zmianę ich zachowania się”, mówi profesor Simard. „U ludzi  powietrze przechodzi przez nasze struny głosowe i wynikiem tego jest dźwięk. U roślin nie jest to powietrze przechodzące przez struny głosowe lecz związki węgla uwolnione w powietrze - i to też jest język”. Tak jak u ludzi, okazuje się, że nie wszystkie rośliny mówią tym samym językiem. Różne rośliny uwalniają w powietrze różne lotne związki chemiczne – słowa – które naukowcy nazywają „sygnaturami” – odpowiednikami zdań. Im rośliny są bliższe sobie rodzinnie, tym bardziej podobne są ich języki, i tym łatwiej jest im się komunikować.

Eksperymenty przeprowadzone w 2014 roku w środowisku pewnych bylic (ok. 30 gatunków z rodziny astrowatych) wykazały, że pewne rośliny mówiły językiem zdominowanym przez związki kamforowe, podczas gdy inne używały więcej tujonu, przypadkowo to ten sam związek chemiczny, który podejrzewa się być odpowiedzialnym za rzekome efekty halucynogenne absyntu. Te postacie bylicy, które komunikują się, używając podobnych przenoszonych w powietrzu „słów”, okazały się lepsze w ostrzeganiu innych roślin o nadejściu żarłocznych pasożytów. Co więcej, rośliny dziedziczą ów język po swoich rodzicach – zatem, mówienie tym samym dialektem pomaga im także rozpoznawać krewniaków.

Rozgryzając drzewo genealogiczne rodziny
Jeśli jesteś rośliną, to jest wysoce prawdopodobne, że spędzisz całe swoje życie w otoczeniu rodziny, na dobre i złe. „Dla rośliny istnieją dwa powody ażeby rozpoznawać rodzinę”, mówi Susan Dudley, biolożka z Uniwersytetu McMaster w Ontario. „Jednym z nich jest unikanie godów w obrębie rodziny, a drugim benefity z pokrewieństwa. Konkurencja może okazać się kosztowna. Zatem komu chcesz ufać? Twoi krewni dzielą z tobą geny, zatem ich sukces jest poniekąd twoim sukcesem. W zasadzie jest to nepotyzm”. W jednym z eksperymantów Susan Duddley, jej rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana) testował związki chemiczne przychodzące z korzeni jego rodzeństwa. Z chwilą pojawienia się tych sygnatur, ów rzodkiewnik ograniczył rozrost własnych korzeni, stwarzając tym samym lepsze możliwości do wzrostu innym siewkom, coś czego nie zrobiłby gdyby wydzielina pochodziła od obcych.

Rośliny są również zdolne rozpoznawać swoich krewnych po ich budowie, która zazwyczaj jest podobna do kształtów ich samych. W serii eksperymentów opublikowanych w 2014 roku, argentyńscy biolodzy hododowali w rzędach doniczek młode rzodkiewniki pospolite (tak, naukowcy lubią tę roślinę). Zespół użył wielu różnych konfiguracji; w jednych siewki były po prostu umieszczone albo pośród krewnych albo między obcymi. W innym układzie badacze umieścili plastikowe filtry światła między roślinami, a w kolejnej grupie użyli genetycznie zmodyfikowanych roślin, które nie posiadały pewnych receptorów czułych na światło. 

Po przeanalizowaniu kompletu danych, badacze byli w stanie orzec, że siewki rozpoznawały się wzajemnie po kształcie swojej budowy: Receptory odbierające światło siewek były w stanie „czytać” profil każdej z roślin, odbierając widzialne wokół oraz odbite od innych siewek światło czerwone i niebieskie. Pomyślcie o tym w szerszym kontekście, a mianowicie, w jaki sposób dostrzegacie w tłumie przyjaciela idącego w waszym kierunku, nawet wtedy gdy światło biję wam w oczy i nie jesteście w stanie dostrzec rysów twarzy tej osoby. U roślin, jeśli podobnie ukształtowany krewniak zostaje dostrzeżony, do gry wkracza nepotyzm: Siewka skieruje rozrost swoich liści w takim kierunku, który pozwoli uniknąć ocieniania krewniaka.

W dodatku do rozmawiania ze sobą, rozpoznawania krewnych czy zdolności pamiętania stresowych sytuacji, niektóre rośliny potrafią nawet liczyć. Weźmy na przykład muchołówkę, mięsożerną bylinę występującą w naturze wyłącznie na mokradłach Północnej i Południowej Karolinny w USA. Gdy mucha wyląduje wewnątrz pułapki, liście zamykają się i roślina zaczyna proces trawienia zdobyczy. Eksperymenty opublikowane w 2016 roku dowodza, że roślina liczy ile razy ofiara dotknie czuciowe włoski na zewnętrznej stronie pułapki, żeby potwierdzić że zdobycz jest czymś co się porusza, a zatem jest jadalne. Raz, dwa i pułapka się zamyka. Trzy, cztery, pięć, i soki trawienne zaczynają płynąć. Mechanizm jest prosty, przypominający uderzająco to co zachodzi w mózgach zwierząt: Dotknięcie czuciowych włosków uruchamia elektryczny sygnał, albo „potencjał czynnościowy”, znany jako impuls nerwowy u zwierząt.

„Roślina, licząc ilość zmian potencjału czynnościowego wewnątrz pułapki, jest w stanie orzec czy wylądował w niej bezużyteczny kawałek martwej materii czy raczej została pochwycona użyteczna zwierzęca zdobycz", mówi współautor badań, Sönke Scherzer, elektofizjolog z uniwersytetu w Würzburgu. "Liczenie wymaga również pewnego rodzaju pamięci, bowiem roślina musi, przynajmniej przez pewien czas, pamiętać ile zmian potencjału czynnościowego wystąpiło poprzednio”.

Jeśli rośliny mogą liczyć, uczyć się i rorpoznawać członków rodziny, to czy możemy powiedzieć, że one faktycznie myślą? Że są inteligentne? Świadome? Odpowiedź na tego rodzaju pytania zależy w ogromnej mierze od tego jak zdefiniujemy takie pojęcia jak inteligencja lub percepcja. Trzeba jednak powiedzieć, że nasze spojrzenie na rośliny zmienia się. „Jeszcze kilka lat temu w poważnych pismach naukowych raczej nie można było używać zwrotu zachowanie się roślin, ale dzisiaj koncept ten nie jest już tak kontrowersyjny”, powiada Baluška.

Monika Gagliano uważa, że mamy skłonność do zwyczajowego nieuznawania roślin za obdarzone inteligencją, ponieważ większość z nas pozostaje nadal ślepa na rośliny: „Jeśli chcesz widzieć rośliny jako coś co nigdy nie czyni niczego celowo” powiada badaczka, „to jest to tylko tyle ile dostrzeżesz”.

Źródło: Fun Guerilla