Na prvi pogled biljka malvaceae Lavatera cretica samo je neugledni korov. Ovaj sljez ima ružičaste cvjetove i široke, ravne listove koji danju prate sunce. Međutim, ono što cvijet radi noću privuklo je pozornost znanstvene zajednice na skromnu biljku. Nekoliko sati prije zore, biljka počinje okretati lišće u pretpostavljenom smjeru izlaska sunca. Čini se da se Malva sjeća gdje je i kada izlazilo sunce prethodnih dana i tamo ga čeka.
Kad znanstvenici u laboratoriju pokušaju zbuniti sljez mijenjajući mjesto izvora svjetlosti, on jednostavno uči novi smjer. Ali što ova izjava uopće znači - da je biljka sposobna pamtiti i učiti?
Ideja da biljke mogu djelovati inteligentno, a da ne spominjemo naučenost i formiranje pamćenja, donedavno je bila marginalno gledište. Sjećanja se u osnovi smatraju kognitivnim fenomenom, toliko da neki znanstvenici smatraju da je njihova prisutnost nužan i dovoljan pokazatelj da tijelo posjeduje osnovne vrste razmišljanja. Mozak treba da stvori sjećanja, a biljke nemaju ni osnovni živčani sustav kakav imaju insekti i crvi.
Međutim, tijekom posljednjih deset godina ovo je stajalište osporavano. Sljez nije iznimka. Biljke nisu samo pasivni organski automati. Sada znamo da mogu osjetiti i integrirati informacije o desecima prirodnih varijabli i primijeniti to znanje za fleksibilno, prilagodljivo ponašanje.
Na primjer, biljke mogu prepoznati jesu li susjedne biljke srodne ili ne i u skladu s tim prilagoditi svoje strategije hranjenja.
Impatiens pallida, jedna od nekoliko vrsta za koje je poznato da većinu svojih resursa troši na uzgoj lišća, a ne na korijenje u prisutnosti stranaca, taktika koja je očito usmjerena na nadmetanje za sunčevu svjetlost. Okružen srodnim biljkama, dodir ne mijenja prioritete. Uz to, biljke su sposobne izgraditi sofisticiranu ciljanu obranu kao odgovor na identifikaciju specifičnih grabežljivaca. Mala Talova guma u procvatu (Arabidopsis thaliana) može pratiti vibracije svojih gusjenica koje jedu i ispuštati posebna ulja i kemikalije za odbijanje insekata.
Biljke također komuniciraju međusobno i s drugim organizmima, poput parazita i mikroba, koristeći više kanala - to uključuje, na primjer, gljivične "mikorizne mreže" koje povezuju korijenske sustave različitih biljaka poput svojevrsne podzemne Interneta.
Možda onda nije sve toliko iznenađujuće što su biljke sposobne učiti i koristiti memoriju za donošenje predviđanja i odluka.
Promotivni video:
Što je uključeno u koncepte "učenja" i "pamćenja" ako govorimo o biljkama? Najočitiji primjer u raspravi je postupak jarovanja, tijekom kojeg neke biljke moraju biti izložene niskim temperaturama kako bi procvjetale u proljeće. Zimsko pamćenje pomaže biljkama da razlikuju proljeće kad su oprašivači poput pčela zauzeti i jesen kad su slobodne, a odluka da procvjeta u pogrešno vrijeme može biti pogubna za razmnožavanje.
U omiljenoj eksperimentalnoj biljci biologa, Talovu mrežicu, gen nazvan Cvjetni lokus C (FLC) stvara kemikaliju koja sprječava otvaranje njegovih malih bijelih cvjetova. Međutim, kada biljka doživi dugu zimu, nusproizvodi drugih gena mjere koliko je dugo izložena hladnim temperaturama i suzbijaju FLC u velikom broju stanica tijekom hladnoće. Kada dođe proljeće i dani se produže, biljka koja ima nisku razinu FLC zbog hladnoće može početi cvjetati. Međutim, anti-FLC mehanizam zahtijeva dugotrajno izlaganje hladnom vremenu da bi djelovao učinkovito, umjesto kratkih razdoblja fluktuirajućih temperatura.
Ovdje je uključeno takozvano epigenetsko pamćenje. Čak i nakon povratka vernaliziranih biljaka u tople uvjete, sadržaj FLC-a ostaje na niskoj razini zbog preoblikovanja oznaka kromatina. To su proteini i mali radikali koji se vežu za DNA unutar stanica i utječu na aktivnost gena. Preoblikovanje kromatina može se čak prenijeti na sljedeće generacije odvojenih stanica, tako da se potonje "sjećaju" prošlih zima. Ako je sezona prehlade bila dovoljno duga, biljke s nekim stanicama koje nisu bile izložene hladnoći mogu i dalje cvjetati u proljeće jer modifikacija kromatina i dalje inhibira ekspresiju FLC.
Ali je li to doista sjećanje? Botaničari koji proučavaju epigenetsko pamćenje prvi će se složiti da se ono bitno razlikuje od onoga što proučavaju kognitivni znanstvenici.
Je li ovaj izraz samo alegorijska konvencija koja kombinira poznatu riječ "sjećanje" s nepoznatim područjem epigenetike? Ili nam sličnosti između staničnih promjena i sjećanja na razini organizma otkrivaju nepoznate dubine onoga što pamćenje zapravo jest?
Epigenetska i "moždana" sjećanja imaju jedno zajedničko - stalne promjene u ponašanju ili stanju sustava uzrokovane prirodnim patogenom iz prošlosti. Ipak, ovaj se opis čini previše općenitim, jer također obuhvaća procese poput oštećenja tkiva i metaboličkih promjena. Možda ovdje nije zanimljivo pitanje jesu li sjećanja potrebna za kognitivne aktivnosti ili ne, već koje vrste memorije ukazuju na postojanje temeljnog kognitivnog procesa i postoje li ti procesi u biljkama. Drugim riječima, umjesto da gledamo samo "sjećanje", vrijedi istražiti temeljnije pitanje kako se uspomene stječu, oblikuju ili uče.
"Biljke se sjećaju", rekla je bihevioralna ekologinja Monica Galliano u nedavnom radijskom intervjuu. "Oni točno znaju što se događa." Na Sveučilištu zapadne Australije Galliano proučava biljke koristeći se tehnikama ponašanja specifičnim za životinje. Ona tvrdi da ako biljke mogu pokazati rezultate koji sugeriraju da drugi živi organizmi mogu učiti i pohranjivati uspomene, moramo podjednako uzeti u obzir vjerojatnost da biljke također imaju te kognitivne sposobnosti. Jedan od oblika učenja koji su detaljno proučavali je prilagodba tijekom koje će živi organizmi izloženi neočekivanim, ali bezopasnim patogenima (buka, bljesak ili svjetlost) kasnije pokazati proaktivni odgovor koji će vremenom nestati.
Zamislite da u sobu uđete s pjevušućim hladnjakom: u početku je dosadno, ali u pravilu se naviknete i, najvjerojatnije, nakon nekog vremena prestat ćete čak i primijetiti ovu buku. Kompletna prilagodba pretpostavlja određeni podražaj, stoga, uvođenjem drugačijeg i potencijalno opasnog podražaja, životinja pokreće novi obrambeni odgovor.
Čak i u bučnoj sobi veća je vjerojatnost da ćete se trznuti od glasnog udaranja. To se naziva olakšanje navikavanja i ono je što istinsko učenje razlikuje od ostalih vrsta promjena, poput umora.
2014. godine Galliano i njegovi kolege testirali su sposobnosti mimoze za učenje sramotnog, malog puzavog godišnjaka. Listovi joj se uvijaju kao odgovor na prijetnju. Galliano i njegovi kolege spustili su mimozu s visine (što se u principu nije moglo dogoditi s biljkom u njezinoj evolucijskoj povijesti), a biljka je saznala da je sigurna i da nije pokazala reakciju presavijanja. Međutim, primijećen je odgovor kada je biljka iznenada protresena. Štoviše, znanstvenici su otkrili da je prilagodba sramotne mimoze također kontekstualno određena. Biljke su brže učile u slabo osvijetljenim okruženjima gdje je zatvaranje lišća bilo skuplje zbog oskudice osvjetljenja i promatračeve potrebe za uštedom energije. (Gallianov tim nije bio prvi koji je primijenio pristup bihevioralnog učenja na biljke poput sramotne mimoze,međutim, prethodne studije nisu uvijek bile strogo kontrolirane i stoga su dale oprečne rezultate.
Ali što je sa složenijom naučivošću?
Većina životinja također je sposobna za uvjetovano i asocijativno učenje, tijekom kojeg nauče da su dva podražaja uparena jedna s drugom. To je ono što vam omogućuje da naučite psa da pristupi zvuku zvižduka - pas počinje povezivati ovo ponašanje s poslasticom ili naklonošću.
U drugoj studiji Galliano i njegovi kolege testirali su mogu li grašak od sjemenki povezati kretanje zraka s dostupnošću svjetlosti. Sjeme su smjestili u Y-labirint, čija je jedna grana pokrenuta zrakom - ujedno je bila i najsvjetlija. Potom su biljke ostavljene da rastu u labirintu, a znanstvenici su očekivali hoće li svladati udrugu. Rezultati su bili pozitivni: pokazali su da biljke svladavaju uvjetovani odgovor na situacijski određen način.
Sve je više dokaza da biljke imaju neke svojstvene životne sposobnosti životinja. Zašto je trebalo toliko vremena da se to shvati? Možete napraviti mali eksperiment. Pogledajte ovu sliku. Što je ovdje prikazano?
Većina će ili nazvati opću klasu životinja na slici ("dinosauri") i opisati što rade ("borba", "skok"), ili - ako naiđe ljubitelj dinosaura - odrediti određenu životinju ("driptosaurus"). Lišajevi, trava, grmlje i drveće rijetko će se spominjati - većinom će se doživljavati kao pozadina glavnog događaja, "bojnog polja" životinja.
1999. godine biolozi James Wandersee i Elizabeth Schuessler taj su fenomen prozvali biljnom sljepoćom - tendencijom zanemarivanja potencijala, ponašanja i jedinstveno aktivne uloge biljaka u prirodi. Tretiramo ih kao pozadinski element, a ne kao aktivne agense ekosustava.
U velikoj mjeri je ovo sljepilo posljedica povijesti; govorimo o filozofskim ostacima davno ukinutih paradigmi koje i dalje utječu na naše razumijevanje prirodnog svijeta. Mnogi su znanstvenici još uvijek pod utjecajem poznatog aristotelovskog koncepta scala naturae, "ljestvice bića", gdje su biljke na dnu hijerarhije sposobnosti i vrijednosti, a ljudi na vrhu. Aristotel je naglasio temeljnu konceptualnu podjelu između nepokretnog, neosjetljivog biljnog svijeta i aktivnog i osjetljivog životinjskog carstva. Prema njegovom mišljenju, razlika između životinjskog carstva i čovječanstva jednako je značajna; nije vjerovao da životinje imaju bilo kakvo punopravno razmišljanje. Nakon širenja ovih ideja u zapadnoj Europi ranih 1200-ih i tijekom renesanse, ova je Aristotelova pozicija ostala u stalnoj popularnosti.
Danas se ova sustavna predrasuda protiv neživotinja može nazvati zooshavinizmom. Sveprisutna je u obrazovnom sustavu, udžbenicima biologije, trendovima u znanstvenim publikacijama i medijima. Uz to, djeca koja odrastaju u gradovima rijetko komuniciraju s biljkama, rijetko se brinu o njima i uglavnom ih ne razumiju dobro.
Način na koji funkcioniraju naša tijela - naši sustavi percepcije, pažnje i spoznaje - pridonosi biljnoj sljepoći i s tim povezanim predrasudama. Biljke nas ne skaču, ne predstavljaju prijetnju i njihovo ponašanje ne utječe na nas.
Empirijska istraživanja sugeriraju da ih se ne primjećuje tako često kao životinje, ne privlače pažnju tako brzo kao životinje i na njih zaboravljamo lakše nego na životinje. Biljke doživljavamo kao predmete ili čak uopće ne obraćamo pažnju na njih. Uz to, ponašanje biljaka često je uzrokovano kemijskim ili strukturnim promjenama koje su toliko male, brze ili spore da ih ne možemo promatrati bez posebne opreme.
Također, budući da smo i sami životinje, lakše nam je prepoznati ponašanje životinja. Nedavna otkrića na polju robotike ukazuju da su sudionici istraživanja spremniji sustavima koji oponašaju ponašanje ljudi ili životinja pripisati svojstva poput osjećaja, namjere i ponašanja.
Oslanjamo se na antropomorfne prototipove kako bismo pokušali utvrditi je li ponašanje zdravo razumno. To objašnjava našu intuitivnu nesklonost pripisivanju kognitivnih sposobnosti biljkama.
Ali predrasude nisu jedini razlog zbog kojeg smo odbacili kognitivni potencijal biljaka. Neki su znanstvenici izrazili zabrinutost da pojmovi poput "sljepoće na travi" samo zbunjuju metafore. Kad se kognitivna teorija primijeni na biljke na manje apstraktan i nejasan način, kažu, čini se da biljke funkcioniraju vrlo različito od životinja. Biljni mehanizmi su složeni i nevjerojatni, priznaju, ali nisu kognitivni mehanizmi. Smatra se da pamćenju dajemo toliko široko da ono gubi svoje značenje i da procesi poput adaptacije zapravo nisu kognitivni mehanizmi.
Jedan od načina istraživanja značenja kognitivnog procesa je ispitivanje koristi li sustav reprezentacije. Skup linija u boji može oblikovati sliku mačke, prikaz mačke, baš poput riječi "mačka" u ovoj rečenici.
Mozak stvara prikaze elemenata okoline i tako nam omogućuje navigaciju u tom okruženju. Kada proces formiranja predstava zakaže, možemo početi u svom umu stvarati slike predmeta koji zapravo nisu u našoj blizini, na primjer, da vidimo halucinacije. A ponekad svijet opažamo pomalo pogrešno, iskrivljujemo informacije o njemu. Možda pogrešno čujem tekst pjesme - ili zadrhtim, misleći da mi pauk puže duž ruke, a to je samo muha.
Sposobnost pogrešnog tumačenja pristiglih podataka siguran je znak da sustav koristi informacije opterećene prikazima za navigaciju svijetom. Ovo je kognitivni sustav.
Dok stvaramo uspomene, vjerojatno ćemo zadržati neke od ovih prikazanih podataka kako bismo ih kasnije mogli koristiti izvan mreže. Filozof Francisco Calvo Garzón sa španjolskog sveučilišta u Murciji izjavio je da da bi se neko fizičko svojstvo ili mehanizam moglo nazvati reprezentativnim, mora "moći predstavljati privremeno nepristupačne predmete ili događaje". Sposobnost predstavljanja da odražava nešto što ne postoji, tvrdi on, omogućuje pamćenje da se smatra znakom kognitivne aktivnosti. Svojstvo ili mehanizam koji ne može funkcionirati izvan mreže ne može se smatrati istinski kognitivnim.
S druge strane, neki znanstvenici priznaju da neke reprezentacije mogu funkcionirati samo putem interneta, odnosno predstavljaju i prate elemente okoliša u stvarnom vremenu. Čini se da noćna sposobnost sljeza da predvidi gdje će sunce izaći, mnogo prije nego što se pojavi, uključuje izvanmrežne prikaze; druge heliotropne biljke, koje samo prate sunce dok se kreće nebom, očito koriste neku vrstu mrežne reprezentacije. Ipak, organizmi koji koriste samo mrežne prikaze, kažu znanstvenici, također se mogu smatrati kognitivnima. Međutim, izvanmrežni procesi i pamćenje uvjerljiviji su dokaz da tijelo ne refleksno reagira samo na okolinu. To je posebno važno u odnosu na proučavanje organizama koje nismo intuitivno skloni smatrati kognitivnima, poput biljaka.
Postoje li dokazi da biljke prikazuju i pohranjuju informacije o okolišu za kasniju upotrebu?
Tijekom dana sljez okreće svoje lišće prema suncu koristeći motorno tkivo na dnu stabljike - taj se proces aktivno kontrolira promjenama tlaka vode unutar biljke, što se naziva turgor. Mjerilo i smjer sunčeve svjetlosti kodirani su u tkivima osjetljivim na svjetlost raspoređenim po geometrijskom uzorku vena lišća sljeza, a podaci o njima čuvaju se do jutra. Biljka također prati cikluse dana i noći svojim unutarnjim cirkadijanskim satom, koji je osjetljiv na prirodne signale zalaska i izlaska sunca.
Noću, gledajući informacije iz svih ovih izvora, sljez može predvidjeti gdje će i kada izlazak sunca sljedećeg jutra. Možda se neće operirati s konceptima poput "sunca" ili "zore", ali pohranjuje informacije o vektoru sunca i ciklusima dana i noći, koji mu omogućuju preusmjeravanje lišća prije zore tako da je njihova površina okrenuta prema izlazećem suncu. Također omogućuje biljci da nauči novi položaj kada fiziolozi zavaravaju glavu mijenjajući smjer izvora svjetlosti. U umjetno stvorenom mraku, anticipacijski mehanizam može funkcionirati i izvan mreže nekoliko dana. Radi se o optimizaciji dostupnih resursa - u ovom slučaju sunčeve svjetlosti.
Može li se ovaj mehanizam smatrati "predstavljanjem" - zamjenom elemenata okolnog svijeta koji određuju ponašanje biljke? Mislim da da.
Baš kao što neuroznanstvenici nastoje identificirati mehanizme živčanog sustava kako bi proučavali pamćenje na životinjama, istraživači biljaka nastoje razumjeti mehanizme pamćenja koji biljkama omogućuju pohranu i upotrebu podataka, a također koriste ovu memoriju za prilagodbu svog ponašanja.
Tek počinjemo shvaćati jedinstvene sposobnosti ove fleksibilne i raznolike skupine organizama. Kako širimo svoju znatiželju izvan životinjskog carstva, pa čak i biljnog carstva za proučavanje gljivica, bakterija i praživotinja, možda ćemo se iznenaditi kad utvrdimo da mnogi od tih organizama koriste iste osnovne strategije ponašanja i principe kao i mi sami, uključujući sposobnost vrste učenje i formiranje uspomena.
Da bi se postigao napredak, posebna pažnja mora se posvetiti mehanizmima. Moramo jasno razumjeti kada, kako i zašto pribjegavamo alegoriji. Trebali biste biti precizni u svojim teorijskim iskazima. A ako nas dokazi upućuju u smjeru koji se kosi s uobičajenom mudrošću, moramo hrabro slijediti kamo vode. Takvi istraživački programi još su u povojima, ali zasigurno nastavljaju stvarati nova otkrića koja potkopavaju i proširuju ljudsko razumijevanje biljaka, zamagljujući uobičajene granice koje razdvajaju biljno carstvo od životinjskog.
Naravno, pokušaj razmišljanja o tome što razmišljanje općenito može značiti u slučaju ovih organizama prije je let fantazije, jer oni zapravo nemaju podjelu na mozak (um) i tijelo (kretanje).
Međutim, uz određeni napor, u konačnici možemo prijeći postojeće koncepte "pamćenja", "učenja" i "razmišljanja" - koji su izvorno pokrenuli naš zahtjev.
Vidimo da se u mnogim slučajevima rasuđivanje o procesima učenja i pamćenja u biljkama temelji ne samo na alegorijskim slikama, već i na suhim činjenicama. I sljedeći put kad naiđete na sljez uz cestu koji podrhtava na sunčevoj svjetlosti, usporite, pogledajte ga novim očima i sjetite se da je ovaj neugledni korov ispunjen izvanrednim kognitivnim sposobnostima.
