Нейроны есть у растений

Мыслящий тростник: как растения меняют наши представления об интеллекте

Отсутствие мозга и нервной системы не мешает растениям воспринимать окружающий мир, учиться и запоминать, общаться друг с другом и реагировать на внешние угрозы. Это сложные и высокоорганизованные существа. Как говорит один из ведущих исследователей растений Иэн Болдуин, «вопрос заключается не столько в том, умны растения или нет, сколько в том, хватит ли у нас ума, чтобы их понять».

В 1973 году в США стала бестселлером книга «Тайная жизнь растений». Ее авторы утверждали, что растения могут отличать рок от классической музыки, чувствовать эмоции и телепатически читать чужие мысли. Тыквам нравится Брамс, Шуберт и Бетховен — а если включить рок-н-ролл, они замедляют рост и пытаются уклониться от динамиков.

Если верить Питеру Томпкинсу и Кристоферу Берду, растения не только обладают утонченным музыкальным вкусом, но и способны предсказывать будущее, чувствовать опасность и реагировать на чужие страдания. Авторы ссылаются на эксперименты криминалиста Клива Бакстера, он исследовал разум растений с помощью полиграфа. Кустики драцены душистой впадали в стресс, когда Бакстер собирался их поджечь. Рододендрон мог отличить правдивые высказывания от лживых. Филодендрон сочувствовал погибающим в кипятке креветкам.

Ученые все эти наблюдения быстро опровергли, но они всё-таки повлияли на культуру: люди стали разговаривать с растениями и включать им Моцарта. Как указывает израильский биолог Дэниел Чамовиц, «Тайная жизнь растений» скорее затормозила развитие науки о растительном поведении. Любого, кто начинал проводить параллели между способностями животных и растений, тут же начинали считать сумасшедшим или шарлатаном.

Фикус вряд ли умеет читать ваши мысли и не впадает в депрессию, когда вы включаете black metal. Зато теперь мы знаем, что растения чувствуют силу земного притяжения и электромагнитные поля, на большом расстоянии ощущают влажность и считывают градиенты многих химических веществ. Они общаются друг с другом с помощью сложных химических сигналов и подземных корневых соединений, отпугивают вредителей и заботятся о потомстве.

У растений действительно есть «тайная жизнь», и она оказалась гораздо интереснее фантазий Томпкинса и Берда.

Что изучает нейробиология растений

В 2006 году группа из 36 ученых объявила о создании нового научного направления — растительной нейробиологии. Его участники доказывают: несмотря на то, что у растений нет нейронов и центральной нервной системы, они обладают развитыми интеллектуальными способностями. Растения активно приспосабливаются к своей среде обитания, обладают памятью и способностью к обучению — по крайней мере, в зачаточном состоянии.

Растения «думают» — конечно, не так, как люди и животные, но не менее эффективно. Многие современные исследователи определяют интеллект как способность решать проблемы. Если мы согласимся с этим определением, то нам придется признать, что растения очень интеллектуальны.

Но скорость — плохой критерий разумности. Если бы Землю посетили инопланетяне, которые живут в сверхвысоком темпе, они бы тоже наверняка решили, что люди не сильно отличаются от камней или растений.

Как указывает один из самых заметных исследователей растительного интеллекта Стефано Манкузо, растения обладают тем же набором чувств, что и люди: зрением, обонянием, слухом, вкусовыми и тактильными ощущениями (вернее, их аналогами).

И еще как минимум пятнадцатью другими, включая анализ состава воды и светового спектра, распознавание патогенов, наклона почвы и магнитных полей.

Именно потому, что они всю жизнь проводят на одном месте, растениям очень важно получить как можно больше информации об окружающем мире. Для этого они не только взаимодействуют со средой обитания, но и активно общаются друг с другом. Как и мы, растения — социальные существа.

Как устроены растительные сообщества

Когда жираф начинает объедать акацию, она за секунды увеличивает содержание ядовитых веществ в своих листьях. Зоолог из Южной Африки Ван Хален обнаружил, что акации обмениваются сигналами, предупреждая друг друга о приближении травоядных. Жирафы это понимают и потому не переходят к следующему дереву, а продолжают трапезу метров через сто.

Многие растения могут распознавать неприятеля по составу слюны и в зависимости от этого выбирать стратегию защиты.

Акации научились рекрутировать муравьев, чтобы защититься от гусениц и насекомых. В обмен на сладкий нектар муравьи патрулируют ветви дерева и устраняют возможные угрозы. В нектар растение добавляет нейроактивную субстанцию, на которую муравьи подсаживаются, как на наркотик.

Растения передают свои сигналы не только по воздуху, но и под землей. Канадский эколог Сьюзен Симард обнаружила, что деревья на большом расстоянии связывают друг с другом подземные грибные сети. Корни деревьев и грибы образуют между собой симбиотическую связь — микоризу. По этой разветвленной сети деревья обмениваются водой, сахаром, калием и другими питательными элементами, а также предупреждают друг друга об опасности.

Симард выяснила, что деревья могут отличать родственные виды от неродственных. Материнские деревья формируют более обширные соединения со своим потомством, передают им больше углерода и даже приостанавливают рост корневой системы, чтобы предоставить детям больше свободного пространства. Деревья часто поддерживают своих родственников, которые пострадали от болезни или нападения травоядных. Питаясь через микоризу, растение может выжить, даже если полностью лишится своих листьев.

Растения связывают друг с другом распределенные сети — своего рода подземный интернет.

Но это еще не всё: каждое растение тоже представляет собой сеть. Как объясняет Стефано Манкузо, растения, в отличие от животных, имеют модульную структуру — у них нет незаменимых органов. Лишите растение 90 % частей, и оно необязательно погибнет.

Отсутствие нервной системы и центрального управления делает растения очень устойчивыми организмами. Интернет устроен именно по этим принципам. С точки зрения Манкузо, много миллионов лет назад растения изобрели наше свободное и децентрализованное будущее.

Обладают ли растения интеллектом

Растения умеют учиться. После особенно засушливого года деревья начинают экономить воду, даже если сейчас ее в избытке. У некоторых растений есть что-то похожее на условные рефлексы. Моника Гальяно исследовала мимозу, которая реагирует на прикосновения, складывая листья. Через равные промежутки времени на них капали водой: поначалу от падения капель листья закрывались, но спустя какое-то время перестали. Мимоза «поняла», что вода не представляет для нее опасности. Эта реакция сохранилась даже спустя 28 дней, когда опыт провели повторно.

Если у растений есть память, то она должна где-то накапливаться. Но где, если не в мозге?

Чарлз Дарвин в своей последней работе «Способность к движению у растений» предположил, что функцию мозга у растений выполняют корни. Они умеют обходить препятствия, не натыкаясь на них, издалека чувствуют источники влаги и питательных соединений. Они всегда находят самый короткий и оптимальный путь роста, умеют отличать полезные грибы от вредных, родственные растения от посторонних. А еще это самая долговечная часть растений.

Стафано Манкузо и Франтишек Балушка обнаружили на концах корней чувствительные структуры, в которых происходит наиболее высокое потребление кислорода.

Здесь вырабатываются особые электрические импульсы, напоминающие импульсы в нервных клетках. В корнях даже содержатся нейромедиаторы, хотя и неясно, какую функцию они выполняют. Но проблема в том, что у каждого растения есть миллионы корней — ничего похожего на централизованную нервную систему.

Растения — это не маленькие зеленые человечки, зарытые в землю. Скорее, они напоминают колонию муравьев или пчел. Отдельная пчела не обладает интеллектом, но вместе они демонстрируют весьма разумное и сложное поведение. Каждое растение — колония корней и листьев.

Растения смогли развить очень устойчивые и эффективные механизмы адаптации к своей природной среде. Чтобы признать их интеллектуальными существами, совсем необязательно наделять растения самосознанием и абстрактным мышлением.

Как и жить в мире с растениями

В ответ на исследования растительного поведения некоторые философы и биологи стали переопределять понятие интеллекта. Еще в 1984 году чилийские ученые Умберто Матурана и Франсиско Варела приравняли мышление к восприятию и самоорганизации. Если они правы, то любое живое существо обладает разумом. Даже бактерии кое-что знают о своем окружении, иначе они просто не смогли бы в нем выжить.

Растения составляют около 99 % массы земной биосферы. Это говорит о том, что они очень хорошо научились решать проблемы выживания. Без нас растения легко обойдутся, а вот мы без растений — нет.

В романе «Ложная слепота» писатель-фантаст Питер Уоттс изобразил инопланетян, которые по техническому и интеллектуальному развитию намного превосходят человека, но при этом не обладают самосознанием. Их цивилизация — это огромный улей. Растения обладает этим же свойством и еще по крайней мере одним преимуществом — они не будут пытаться нас уничтожить.

Человеку трудно понять растительную жизнь, потому что она очень сильно отличается от нашей. Но лишать растения интеллектуальных способностей только на основании того, что они не обладают нервной системой — значит впадать в непозволительный зооцентризм, считает философ Майкл Мардер. Интеллект не возникает в какой-то определенной точке, а распределен по всему эволюционному древу. Прежде чем отвергать существование растительного разума, следует попытаться понять, что об этом думают сами растения.

В 2008 году Швейцарский федеральный комитет по этике в применении биотехнологий признал морально недопустимым преднамеренное причинение вреда растениям.

Считают ли в Швейцарии, что веганов пора лишить последнего обеда? Вряд ли. Скорее, это попытка обратить внимание на факт, что растения существуют не только для того, чтобы удовлетворять наши потребности. У них есть своя жизнь, о которой мы многого еще не знаем.

Источник

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 106: нервная система у растений?

Считается, что специализированная нервная ткань, позволяющая проводить электрические сигналы по всему телу, есть только у животных. Ключевую роль в передаче электрических сигналов играют маленькие молекулы – нейромедиаторы, которые выделяются активированными нейронами и возбуждают другие нейроны. В нервной системе позвоночных главным возбуждающим нейромедиатором является глутамат (о ней подробнее – в нашей статье). Кстати, именно на нём основана работа памяти.

CREDIT: SIMON GILROY/UW-MADISON

У растений нет нейронов и, как долгое время считалось, нейромедиаторов и нервной системы вообще. Тем не менее, у многих растений уже много лет известны защитные реакции, чем-то похожие на передачу сигналов в нервной системе. Например, повреждение листьев травоядными животными в одной части растения запускает образование защитного гормона жасмоновой кислоты, ядов и разнообразных «невкусных» веществ во всех листьях растения. Удивительно, но, как сообщается в новой статье в Science, в передаче защитных сигналов у растений тоже принимает участие глутамат! Каким же образом он это делает?

Оказалось, что при различных повреждениях – например, когда листья поедаются гусеницей или режутся ножницами, в месте повреждения в клетках быстро повышается концентрация кальция. Через короткое время концентрация кальция увеличивается в клетках других листьев, даже удалённых. Распространение кальциевого сигнала связано с перемещением по апопласту (системе межклетников) молекул глутамата, которые связываются на клетках-мишенях с особыми белками – глутаматподобными рецепторами (англ. Glutamate-like receptors, GLR), напоминающими глутаматные рецепторы позвоночных.

CREDIT: SIMON GILROY/UW-MADISON

У растения экспрессируются несколько видов GLR, причём разные виды приурочены к разным тканям: GLR одного вида образуются клетками корня, флоэмы листа, паренхимы ксилемы. Глутамат высвобождается из повреждённых клеток и вызывает открытие кальциевых каналов в клетках, экспрессирующих GLR, из-за чего кальций входит в них и вызывает изменения в экспрессии генов, например, запускает образование токсинов.

Нетрудно заметить, что принцип глутаматной передачи у растений очень похож на работу нервной системы животных: глутамат связывается с клетками-мишенями посредством особых рецепторов и изменяет их электрический потенциал, вызывая вход кальция в клетки и изменяя клеточный метаболизм. Поэтому очень хочется назвать глутаматную систему растений неким подобием нервной системы животных. Однако нам предстоит ещё очень многое узнать о роли электрических сигналов в физиологии растений, прежде чем делать такие далеко идущие выводы.

Текст: Елизавета Минина

Toyota, M., Spencer, D., Sawai-Toyota, S., Jiaqi, W., Zhang, T., Koo, A. J., … Gilroy, S. (2018). Glutamate triggers long-distance, calcium-based plant defense signaling. Science, 361(6407), 1112–1115. doi:10.1126/science.aat7744

Источник