Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →
Zwierzęta są znacznie wygodniejszym materiałem do badań, bo „coś robią” – zmienia się ich zachowanie, poruszają się. Możemy zobaczyć, jak podejmują decyzje, skręcając w labiryncie, i zapamiętują lepsze oraz gorsze wybory, gdy ponownie znajdą się w tym samym labiryncie kolejnego dnia. W naturze pomaga im to mierzyć się z przeciwnościami losu, uciekać w cień podczas skwaru i chować się do ciepłej nory, gdy zapada zmrok. Ale rośliny też borykają się z różnymi problemami, więc i one powinny „coś robić”, aby zapamiętywać i lepiej przygotowywać się na czekające wyzwania. Dobór naturalny jest bowiem bezlitosnym sitem, które w toku ewolucji wyeliminowałoby niedostatecznie przygotowane organizmy.
Aby rozstrzygnąć, czy rośliny rzeczywiście potrafią się uczyć i zmieniać swoje reakcje, potrzebny będzie eksperyment. Już w latach 60. XX w. zaobserwowano, że mimoza, znana z błyskawicznego składania liści w odpowiedzi na dotyk, przestaje reagować na powtarzające się szturchnięcia. Czy można to nazwać przyzwyczajeniem się do bodźca – a więc formą nauki – czy tylko wymęczeniem organizmu? Aby to sprawdzić, zastosowano kilka bodźców. Początkowo mimozę stymulowano, zraszając ją kroplami wody, a gdy przestawała reagować, poszturchiwano ją palcem. Okazało się, że na nowy bodziec roślina reagowała. W 2014 r. Monica Gagliano z Uniwersytetu Krzyża Południa w Nowej Południowej Walii przyjrzała się temu zjawisku jeszcze dokładniej. Trenowała swoje mimozy, przyzwyczajając je do szturchnięć. I odkryła, że nawet po miesiącu od ostatniej stymulacji rośliny nie reagowały na taki sam dotyk. Powinni o tym pamiętać właściciele tych kwiatów – jeśli zbyt często będą zmuszać je do demonstrowania swoich umiejętności, to te w końcu przestaną reagować.
Mimozy mogą najprawdopodobniej rozpoznawać i klasyfikować różne rodzaje bodźców, czasem bardzo precyzyjnie. Udało się ustalić, że roślina ta z czasem przestaje reagować na gwałtowne szarpnięcie w dół, jednak nawet wtedy zwija liście, gdy z równą siłą poruszy się nią w bok.
Wiele wskazuje więc na to, że rośliny nie tylko reagują na bodźce, ale także klasyfikują je jako groźne lub nie i długo o tym pamiętają. Mimoza nie jest wyjątkiem. W serii eksperymentów groch musiał pokonać drogę w labiryncie (dla naukowców labiryntem jest także pojedyncze rozwidlenie korytarza w kształcie Y). Zwierzęta uczą się precyzyjnego nawigowania, jeśli czeka na nie na końcu jakiś smakołyk. Dla rośliny nagrodą jest światło, napędzające fotosyntezę. W tych eksperymentach okazało się, że groch można uwarunkować. Z kierunku padania światła zawsze dmuchano na roślinę strumieniem powietrza. Wykonano więc podobne doświadczenia jak ze słynnymi psami Pawłowa – „jedzenie” łączono z neutralnym bodźcem. I analogicznie jak psy, wytrenowane rośliny wybierały tę odnogę labiryntu – rosnąc w odpowiednią stronę – z której padał podmuch powietrza, nawet jeśli później nie były już oświetlane. To zdaje się potwierdzać istnienie u roślin podstawowego mechanizmu uczenia się i obecność odruchu warunkowego.
Prąd w łodydze
Jak to jednak możliwe, że rośliny potrafią cokolwiek odczuwać? Badania molekularne pomogły zrozumieć, że dysponują całym arsenałem receptorów – np. światła. Rozróżniają światło czerwone, niebieskie, a także reagują na ultrafiolet i niektóre zakresy podczerwieni.
Rośliny reagują też na temperaturę oraz na dotyk, nacisk czy rozciąganie (wąsy czepne ogórka czy dyni muszą „wiedzieć”, że dotykają podpory, o którą należy się zaczepić). Odpowiedzialne za wyczuwanie tych bodźców receptory znajdziemy u wszystkich roślin. Kanianka, pasożytnicza roślina spokrewniona z powojem, reaguje na wydzielane przez swoje ofiary cząsteczki zapachowe – potrafi rosnąć i wyginać swoje bezlistne pędy bezbłędnie w kierunku sadzonek pomidorów.
Często jednak jedyną reakcją, jaką możemy wykryć u roślin, jest zmiana aktywności genów. Wzrost temperatury w upalny dzień nie sprawi, że ucieknie ona do cienia – zamiast tego zacznie produkować więcej przeciwutleniaczy, więcej białek naprawiających uszkodzenia i barwniki działające jak krem z filtrem UV. Żerowanie gąsienic powoduje drgania i dźwięki odbierane za pomocą włosków (trichomów) na liściach rzodkiewnika – te dźwięki uruchamiają produkcję związków obronnych. Roślina może także zapamiętać porę, gdy wystawiona jest na atak (co można zademonstrować w laboratorium, nakładając głodne larwy na liście o wybranej godzinie) – i uruchamiać procesy obronne dokładnie na czas. Zaobserwowano także, że buczenie zapylaczy stymuluje wydzielanie nektaru.
Wiemy też, że korzenie roślin wydają dźwięki, i odkryliśmy całą gamę precyzyjnie wydzielanych hormonów, regulujących wzrost, obronę przed patogenami, a nawet wydzielanych w formie gazowej – zatem potencjalnie mogących odgrywać rolę w komunikacji pomiędzy osobnikami. W ostatnich latach stwierdzono występowanie w roślinach zjawisk elektrofizjologicznych, czyli możliwość przesyłania sygnałów elektrycznych pomiędzy komórkami, oraz występowanie tzw. potencjałów czynnościowych, przypominających te obserwowane w neuronach zwierząt.
W odkryciu tym wykorzystano mszyce, które wbijały swój narząd ssący precyzyjnie w komórki łyka – roślinnej tkanki przewodzącej. Mszycę odcinano następnie laserem, a do wbitej w roślinę owadziej rurki podpinano elektrody miernika. Rośliny transportują również wodę i sole mineralne w tkance zwanej drewnem – mamy tu więc do czynienia z przewodzącym prąd elektrolitem. Okazuje się, że sygnały elektryczne przekazywane są tą drogą na dalekie odległości, w kilka-kilkanaście minut mogą pobudzić całe drzewo, a do rozpoczęcia sygnalizacji wystarczy czasem podrażnienie jednego z liści. Falę elektrycznego szoku może wyzwalać przypalenie płomieniem lub kropla bardzo zimnej wody. To właśnie takie sygnały elektryczne inicjują opadanie liści mimozy czy zamykanie się pułapek muchołówki.
PRZECZYTAJ TAKŻE:
Prywatne życie roślin jest jeszcze bardziej złożone – mają one własny zegar biologiczny, wykazują rytmy dobowe i związane z nimi czas spoczynku oraz wzmożonej aktywności. Do tego dochodzi fascynujące spektrum interakcji, w jakie wchodzą z mikroorganizmami. Zwykle kojarzy się je z mikoryzą (związkiem partnerskim z grzybami), ale wydzielając do gleby m.in. aminokwasy, rośliny mogą stymulować namnażanie się korzystnych dla siebie bakterii glebowych, tworząc całe sieci zależności.
Jak zwierzę
O tym, jak złożone potrafią być zachowania roślin, można się przekonać, oglądając filmy poklatkowe nakręcone przez zespół Františka Baluški z Uniwersytetu w Bonn. Można na nich zobaczyć korzenie roślin wykonujące robakowate ruchy w poszukiwaniu wszelkich szczelin, w które mogłyby się wcisnąć – trudno nie odnieść wrażenia, że patrzy się na zwierzę. Ale Baluška idzie o krok dalej. Dostrzega w tych ruchach znacznie więcej i jest zdania, że rośliny dysponują inteligencją, a nawet świadomością. Uważa, że w korzeniach (trwałych, zimujących organach) należy szukać mózgu roślin, używając przy tym określenia „neurobiologia roślin”. Wskazuje, że komórki roślin produkują szereg neurotransmiterów – substancji, które w ludzkim mózgu służą do komunikacji między neuronami.
Wielu naukowców odrzuca jednak propagowany przez Baluškę pogląd, iż rośliny mają uczucia, są wrażliwe na ból czy też bawią się z sobą jak młode ssaki czy ptaki. Znany autor podręczników akademickich Lincoln Taiz zwraca uwagę, że takie tezy nie wynikają wprost z zebranych danych i mogą być nadinterpretacjami, podczas gdy na naukowcu ciąży odpowiedzialność za słowa. Stąd samo pojęcie „neurobiologia roślin” jest dla niego kontrowersyjne – wszak rośliny nie mają neuronów ani tym bardziej mózgu, a neurotransmitery wydzielane także w tkankach zwierząt działają w nich po prostu jak hormony.
Prawo do uczuć
Może dziwić, że naukowcy kłócą się o interpretacje, a nie o same fakty, ale prosty przykład pozwala zrozumieć istotę tego sporu. W latach 90. XX w. Wouter Van Hoven badał problem zagadkowej masowej śmierci antylop kudu. W jednym sezonie padło nawet trzy tysiące zwierząt, a wszystko za sprawą suszy i etylenu – gazowego hormonu roślin, wydzielanego m.in. podczas żerowania roślinożerców. Obgryzana z liści kępa drzew akacji, znakomicie radzących sobie podczas suszy, rozpylała tę substancję, wywołującą nagromadzenie w liściach toksycznych dla zwierząt tanin. Etylen rozwiewany z wiatrem docierał do kolejnych, odległych drzew akacji, uruchamiając w nich produkcję toksyn. Wkrótce na całym obszarze nie pozostało już wiele jadalnych liści. Od ponad trzech dekad to spektakularny przykład komunikacji między osobnikami roślin – zaatakowana wszczyna alarm i jej pobratymcy się mobilizują. To możliwa interpretacja, ale równie prawdopodobne jest, że produkcja etylenu zachodzi tylko na użytek jej producenta – ta metoda działa szybciej niż transport hormonu przez tkanki, a alarmowanie innych osobników odbywa się przypadkiem, gdy „pomyłkowo” odczytują one obcy sygnał jak własny.
PRZECZYTAJ TAKŻE:
NOBLE 2022: CO TEGOROCZNE NAGRODY MÓWIĄ NAM O NAUCE >>>>
Nie jesteśmy w stanie tego rozstrzygnąć, bo nie możemy się wczuć w stan rośliny – ale przecież nie możemy również spojrzeć na świat oczami innego zwierzęcia.
Wielu neurobiologów odmawia możności czucia bólu choćby karpiowi, którego układ nerwowy nie zawiera obszarów koniecznych dla odczuwania bólu u człowieka. Na tej samej podstawie odmawia się roślinom możliwości czucia i bycia świadomymi, gdyż wydaje się, że do tego potrzebny jest mózg, którego są pozbawione. Naukowcy przypisujący ból rybom często po prostu odhaczają z listy współwystępujące z bólem fenomeny (np. wrażliwość na anestetyki, znoszące przewodnictwo elektryczne u zwierząt – ale co ciekawe także u roślin) i na podstawie określonej ich liczby przypisują zwierzęciu prawo do czucia.
Wiemy jednak na pewno, że rośliny nie są biernym elementem krajobrazu, zielonym dywanem, po którym przechadzamy się w parku, ale aktywnym bytem, prowadzącym bujne życie pod naszymi stopami. ©
Autor jest doktorem biologii, pracuje na Wydziale Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ. Członek Stowarzyszenia Rzecznicy Nauki.
