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作者:Gareth Cook | 2012年6月5日|植物的意识如何

这是一本引人入胜的新书背后的核心问题,“工厂知道什么”,特拉维夫大学曼纳植物生物科学中心主任丹尼尔·查莫维茨,他认为,一家工厂可以看到,闻到并感觉它可以安装一个被围困时的防御,并警告其邻居在途中遇到麻烦甚至可以说植物有记忆但这是否意味着植物会想到 - 或者人们可以说花的“神经科学”

Chamovitz回答了Mind Matters编辑Gareth Cook的问题1你是如何开始对这个话题感兴趣的

20世纪90年代中期,当我在耶鲁大学邓兴旺实验室担任年轻博士后研究员时,我对植物与人类感官之间的相似之处的兴趣开始了

我有兴趣研究一种特定于植物的生物过程,并且不会与人类生物学联系起来(可能是对我家里其他六位“医生”的回应,他们都是医生)所以我被吸引到植物如何感知光来调节它们的发展的问题它已被人们所知几十年来,植物不仅使用光进行光合作用,而且还作为改变植物生长方式的信号在我的研究中,我发现了植物确定它是在光照还是在黑暗中所必需的一组独特基因当我们报道时我们的研究结果显示,这些基因对植物王国来说是独一无二的,这与我避免任何涉及人类生物学的事物的愿望非常吻合但令我惊讶并且反对我的所有计划,后来我发现了同一组基因也是人类DNA的一部分这导致了一个显而易见的问题,即这些看似“植物特异性”基因在人体中的作用多年后,我们现在知道这些相同的基因在动物的时机中很重要细胞分裂,神经元的轴突生长和免疫系统的正常运作但最令人惊讶的是,这些基因还可以调节动物对光的反应!虽然我们不像工厂那样改变我们的形状以响应光线,但是我们的内部时钟水平受到实验室的影响我们的内部生物钟使我们保持24小时的节奏,这就是为什么当我们在中途旅行时世界,我们经历时差但这个时钟可以通过光重置几年前,我与纽约大学的贾斯汀布劳合作,显示失去一些基因的突变果蝇失去了对光的反应能力换句话说,如果我们改变他们的时钟,他们仍然在时差中这让我意识到植物和动物之间的遗传差异并不像我曾经天真地认为的那样重要

因此,虽然没有积极研究这个领域,但我开始质疑植物和植物之间的相似之处

人类生物学,即使我自己的研究从研究植物对光反应到果蝇中的白血病2进化而来2人们应该怎样改变他们对植物的看法

人们必须认识到植物是生活丰富,感性生活的复杂生物你知道我们许多人将植物视为无生命的物体,与石头没有多大差别甚至许多人用丝绸花替代真正的花,或人造圣诞树一个活的,在我们与植物的关系的某种程度上是典型的你知道,我不认识任何人用毛绒狗代替真正的狗!但是,如果我们意识到所有的植物生物学都源于植物不动的“根源”的进化收缩,那么我们就可以开始欣赏叶子和花朵中非常复杂的生物学了

如果你想一想,植根就是巨大的进化约束它意味着植物无法逃脱恶劣的环境,不能在寻找食物或配偶时迁移所以植物必须开发出令人难以置信的敏感和复杂的感官机制,让它们在不断变化的环境中生存,我的意思是,如果你饥饿或口渴,你可以走到最近的水坑(或酒吧)如果你很热,你可以向北移动,如果你正在寻找伴侣,你可以去参加聚会但是植物是不动的他们需要看看他们的食物在哪里他们需要感受天气,他们需要闻到危险然后他们需要能够整合所有这些非常动态和变化的信息仅仅因为我们没有看到植物移动并不意味着那个植物内部不是一个非常丰富和充满活力的世界3你说植物有嗅觉吗

当然 但要回答这个问题,我们必须自己定义“气味”是什么当我们闻到某种东西时,我们感觉到一种溶解在空气中的挥发性化学物质,然后在某种程度上对这种气味起反应植物中最明显的例子就是果实成熟期间会发生什么

您可能听说过,如果您将成熟和未成熟的水果放在同一个袋子中,未成熟的水果会更快成熟这种情况发生,因为成熟的水果会将成熟的信息素释放到空气中,绿色的水果会闻到它然后开始成熟本身不仅发生在我们的厨房中,而且甚至主要发生在自然界当一种水果开始成熟时,它释放出这种被称为乙烯的激素,这种激素被邻近的水果感知,直到整个树木和树林或多或少地成熟为止

同步使用气味的植物的另一个例子是被称为d丝子的寄生植物如何发现它的食物D丝子不能进行光合作用,因此必须靠其他植物生活它找到它的寄主植物的方式是嗅到d丝子可以检测到邻近植物在空气中释放的微量化学物质,并且实际上会选择它发现最美味的化学物质!在一项经典实验中,科学家们表明,d丝子喜欢番茄和小麦,因为它更喜欢嗅觉3B听觉怎么样

这有点棘手,因为虽然大量的研究支持植物的观察,嗅觉,味觉和感觉,但对植物听觉能力的支持与我们关于音乐如何影响植物的方式的轶事信息的数量间接成比例

我们中的许多人都听过有关植物在古典音乐室里蓬勃发展的故事通常情况下,对于音乐和植物的大部分研究,温和地说,不是由基于科学方法的研究人员进行的,毫不奇怪,在大多数情况下这些研究中,植物在音乐中茁壮成长,实验者也更喜欢从进化的角度来看,它也可能是植物没有真正需要听到的

人类和其他动物的听觉所产生的进化优势是我们身体警告我们的一种方式潜在的危险情况我们早期的人类祖先可以听到一个危险的捕食者在森林中跟踪他们,而今天我们听到了一个启动汽车听力还可以实现个人之间和动物之间的快速交流大象可以通过发出声音在周围物体上晃动的亚音速波来远距离找到对方并且行进数英里海豚荚可以通过其遇险唧唧发现海豚在海洋中迷失的瞳孔有什么共同之处在所有这些情况下,声音可以快速传播信息和响应,这通常是从火灾中逃离,逃离攻击,寻找家庭但是植物生根,固着的生物虽然它们可以向太阳生长,他们无法逃离他们无法逃离他们无法随着季节迁移因此,也许我们在世界上习惯的声音信号与植物无关所有所说的,我必须通过指出一些最近的研究提示植物可能会对声音作出反应而不是音乐会让你感到高兴,这与植物无关,而是与某些振动有关

将会非常有趣地了解这两个植物是如何相互沟通的

在基本层面,是的但是我想它以你如何定义沟通为中心毫无疑问,植物会对来自其他植物的线索做出反应

例如,如果枫树受到虫子的攻击,它会将一种信息素释放到被拣选的空气中由邻近的树木引起接收树木开始制造化学物质,这将有助于抵御即将发生的虫子袭击所以从表面看来,这绝对是沟通但我认为我们也必须提出意图问题(如果我们甚至可以在描述植物时使用这个词,但在我拟人化的时候幽默我

树木是否在沟通,意思是被攻击的树会警告周围的树木

或者它可能更微妙

也许更有意义的是,被攻击的分支正在与同一棵树的其他分支进行通信,以便自我生存,而相邻的树,他们只是窃听并从信号中受益还有其他类型的例子

例如,最近的一项研究表明植物也通过从根传递到根的信号进行通信 在这种情况下,“说话”植物受到干旱的压力,它“告诉”其邻近的植物为缺水做准备我们知道信号通过根源,因为如果这两种植物只是在邻近的盆中,这种情况从未发生过他们必须有相邻的根5植物有记忆吗

植物肯定有几种不同形式的记忆,就像人一样

它们具有短期记忆,免疫记忆甚至跨代记忆!我知道这对于某些人来说是一个难以理解的概念,但如果内存需要形成内存(编码信息),保留内存(存储信息),并回忆内存(检索信息),那么植物肯定会记住例如金星Fly Trap需要让它的叶子上的两根毛发被一个虫子接触才能关闭,所以它记得第一个被触摸了但是这只持续了大约20秒,然后它忘记了小麦幼苗记得他们已经在它们开始开花和制作种子之前经历了一个冬天和一些受压的植物产生了对同一压力更具抵抗力的后代,这种类型的跨代记忆最近也出现在动物体内,而金星中的短期记忆飞行陷阱是基于电的,很像神经活动,长期记忆基于表观遗传学 - 基因活动的变化,不需要改变DNA代码,正如突变所做的那样,仍然从父母传给后代6那么你会说植物“思考”吗

不,我不会,但也许这就是我自己思想的局限!对我来说,思考和信息处理是两种不同的结构,我必须要小心,因为这真的接近于哲学,但我认为有目的的思维需要高度发达的大脑和自主神经,或至少是新的意识,植物展现了一种意识形态的元素在我的理解中,不包括思考能力正如植物在没有大脑的情况下不会遭受主观痛苦一样,我也不认为它认为7你是否认为植物之间存在任何类比人脑是做什么的

可以有神经科学的植物,减去神经元吗

首先,冒着冒犯我的一些最亲密朋友的风险,我认为植物神经生物学这个术语就像人类花卉生物学一样荒谬植物没有神经元就像人类没有花一样!但是你不需要神经元来进行细胞与细胞的通信和信息存储和处理即使在动物中,也不是所有信息都只在大脑中处理或存储大脑在更复杂的动物中处于高阶处理的主导地位,但是不是简单的工厂的不同部分相互沟通,交换有关细胞,生理和环境状态的信息

例如,根系生长取决于在芽的尖端产生并运输到生长根部的激素信号,而枝条发育部分地依赖于在根中产生的信号叶子向拍摄尖端发送信号告诉他们开始制作花朵这样,如果你真的想要做一些主要的手挥动,整个植物类似于大脑但是虽然植物没有神经元,但植物都会产生并受到神经活性化学物质的影响!例如,谷氨酸受体是记忆形成和学习所必需的人脑中的神经受体

虽然植物没有神经元,但它们确实具有谷氨酸受体,并且令人着迷的是,抑制人谷氨酸受体的相同药物也会影响植物

在植物中研究这些蛋白质,科学家们已经了解了谷氨酸受体如何介导细胞与细胞之间的交流所以如果可能存在人类植物学,减去花朵,那么可能应该向神经生物学家提出这个问题!达尔文,伟大的植物研究人员之一,提出了所谓的“根脑”假说,达尔文提出根尖,我们称之为分生组织的部分,就像大脑在低等动物中所做的那样,接受感官输入和指导运动几个现代研究小组正在跟进这一研究 您是专门研究神经科学,认知科学或心理学的科学家吗

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请将建议发送给Mind Matters编辑Gareth Cook,他是波士顿环球报的普利策奖获奖记者

他可以通过garethideas at gmailcom或Twitter @garethideas与他联系