Познание растений
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
растений Познание или гнозофизиология растений [1] - это изучение обучения и памяти растений, исследуя идею, что не только животные способны обнаруживать, реагировать и учиться на внутренних и внешних стимулах, чтобы выбирать и принимать решения, наиболее подходящие для обеспечения выживания. За последние годы экспериментальные данные о когнитивной природе растений быстро расширились и показали, в какой степени растения могут использовать чувства и познание, чтобы реагировать на окружающую среду. [2] Некоторые исследователи утверждают, что растения обрабатывают информацию так же, как нервная система животных . [3] [4] Последствия оспариваются; обладают ли растения сознанием или являются просто одушевленными объектами.
История
[ редактировать ]Идея познания растений была впервые исследована Чарльзом Дарвином в конце 1800-х годов в книге «Сила движения растений» , написанной в соавторстве с его сыном Фрэнсисом. Используя неврологическую метафору, он описал чувствительность корней растений, предположив, что кончики корней действуют как мозг некоторых низших животных. Это включает в себя реакцию на ощущения, чтобы определить следующее движение. [5] хотя у растений нет ни мозга, ни нервов.
Независимо от того, правильна ли эта неврологическая метафора или, в более общем смысле, современное применение нейробиологической уместно терминологии и концепций к растениям, дарвиновская идея о кончике корня растений функционирует как «мозгоподобный» орган (вместе с так называемыми «мозгоподобными» органами). называемая « гипотезой корня и мозга »), пережила постоянное возрождение в физиологии растений . [6]
» растений В то время как « нейробиология фокусируется на физиологическом изучении растений, современное познание растений в первую очередь применяет поведенческий /экологический подход. Сегодня познание растений развивается как область исследований, направленная на экспериментальную проверку когнитивных способностей растений, включая восприятие , обучения процессы , память и сознание . [7] Эта концепция имеет значительные последствия для того, как мы воспринимаем растения, поскольку она переопределяет традиционно проводимую границу между животными и растениями. [8]
Типы
[ редактировать ]Изучение когнитивных способностей растений основано на идее о том, что растения способны учиться и адаптироваться к окружающей среде, используя только систему стимулов , интеграции и реагирования. Хотя доказано, что растениям действительно не хватает мозга и функции сознательно работающей нервной системы, растения все же каким-то образом способны адаптироваться к окружающей среде и изменить путь интеграции, что в конечном итоге приведет к тому, как растение «решит» реагировать на представленный стимул. [9] Это поднимает вопросы интеллекта растений, который определяется как способность активно адаптироваться к любому стимулу, предъявляемому виду из окружающей среды. [10] [ не удалось пройти проверку ] Поэтому растения хорошо чувствуют стимулы окружающей среды, например, молодые подсолнухи, которые растут лицом к солнцу.
Память растений
[ редактировать ]В исследовании, проведенном Моникой Гальяно из Центра эволюционной биологии Университета Западной Австралии, Mimosa pudica (чувствительное растение) была проверена на привыкание к неоднократному падению. Было обнаружено, что после нескольких падений растения в конечном итоге привыкли, открывая листья быстрее по сравнению с первым разом, когда их роняли. [11] Хотя механизм такого поведения растений до сих пор не до конца понятен, он тесно связан с изменениями потока внутри кальциевых каналов . [12]
Другой пример кратковременной «памяти» растения можно найти в венериной мухоловке , быстрое закрытие которой срабатывает только тогда, когда по крайней мере два волоска-ловушки соприкасаются с разницей в двадцать секунд. Одна из гипотез, объясняющих, как это происходит, связана с передачей электрических сигналов в растениях. При срабатывании одного волоска-ловушки (механорецептора) достигается подпороговый потенциал. Когда срабатывают два волоска-ловушки, достигается порог, генерирующий потенциал действия, который закрывает ловушку. [ нужна ссылка ]
Ассоциативное обучение
[ редактировать ]В 2016 году исследовательская группа под руководством Моники Гальяно решила проверить, учатся ли растения реагировать на предсказанные события в окружающей среде. Исследование показало, что растения способны обучаться взаимосвязи между возникновением одного события и ожиданием другого события (т. е. обучение по Павлову ). [13] Экспериментально продемонстрировав ассоциативное обучение у растений, мы обнаружили, что растения являются подходящим объектом когнитивных исследований. [13] В этом исследовании была выдвинута гипотеза, что растения обладают способностью связывать один тип стимула с другим. Чтобы проверить эту гипотезу, растения гороха подвергали воздействию двух разных стимулов. На этапе обучения одна группа растений гороха подвергалась воздействию ветра и света, а другая группа растений подвергалась воздействию ветра без света в качестве контроля. На экспериментальном этапе растения подвергались только ветровому воздействию. Растения гороха, которые когда-либо подвергались воздействию ветра только без света, росли вдали от ветра как на тренировочном, так и на экспериментальном этапе. Напротив, растения гороха, подвергшиеся воздействию как ветра, так и света на этапе обучения, демонстрировали рост в направлении ветрового стимула без присутствия света, демонстрируя очевидную выученную связь между ветром и светом. Механизм этой реакции не совсем понятен, хотя предполагается, что сенсорные сигналы от механорецепторов и фоторецепторов каким-то образом интегрированы в растения. Это объясняет, почему несветовой стимул вызывает реакцию роста у тренированного растения гороха, которая обычно запускается только активацией фоторецепторов. [14]
Репликационное исследование с большим размером выборки, опубликованное в 2020 году, не обнаружило никаких доказательств ассоциативного обучения у растений гороха. [15] Однако им также не удалось повторить открытие о том, что свет эффективно действует как безусловный раздражитель. Растения гороха в этом исследовании продемонстрировали лишь небольшую тенденцию, а не надежную направленную реакцию роста на ранее представленный свет. Воспроизведенная экспериментальная установка отличалась от оригинала наличием более высоких уровней окружающего и отраженного света, что могло несколько рандомизировать направленный рост и препятствовать репликации. [16]
Дальнейшие исследования
[ редактировать ]В 2003 году Энтони Тревавас провел исследование, чтобы увидеть, как корни взаимодействуют друг с другом, и изучить методы передачи сигналов. Ему удалось выявить сходство между водного стресса сигналами у растений, влияющими на изменения в развитии, и передачей сигналов в нейронных сетях, вызывающей реакцию в мышцах. [17] В частности, когда растения испытывают водный стресс, абсцизовая кислота оказывает на развитие зависимое и независимое воздействие. [18] Это выявляет дополнительные возможности принятия решений заводом на основе экологических стрессов. Интеграция множества химических взаимодействий свидетельствует о сложности этих корневых систем. [19]
В 2012 году Пако Кальво Гарсон и Фред Кейзер предположили, что растения обладают структурами, эквивалентными (1) потенциалам действия, (2) нейротрансмиттерам и (3) синапсам . Кроме того, они заявили, что большая часть деятельности растений происходит под землей и что понятие «корневого мозга» впервые было выдвинуто Чарльзом Дарвином в 1880 году. Они считали, что свободное передвижение не обязательно является критерием познания. Авторы выделили пять условий минимального познания у живых существ и пришли к выводу, что «растения обладают когнитивными способностями в минимальном, телесном смысле, который также применим ко многим животным и даже бактериям». [3] В 2017 году биологи из Бирмингемского университета объявили, что обнаружили «центр принятия решений» в кончике корня спящих семян арабидопсиса . [20]
В 2014 году Энтони Тревавас выпустил книгу под названием « Поведение и интеллект растений» , в которой подчеркиваются когнитивные способности растений посредством их навыков колониальной организации, отражающих поведение роя насекомых. [21] Этот организационный навык отражает способность растения взаимодействовать с окружающей средой для повышения своей выживаемости, а также способность растения распознавать внешние факторы. Доказательства минимального понимания растениями пространственного восприятия можно увидеть в расположении их корней относительно соседних растений. [22] Было обнаружено, что организация этих корней берет свое начало в кончике корня растений. [23]
С другой стороны, доктор Крисп и его коллеги в своем обзоре предложили другой взгляд на память растений: память растений может быть полезна в условиях повторяющегося и предсказуемого стресса; однако сброс или забвение о коротком периоде стресса может быть более полезным для растений, поскольку они растут, как только вернутся желаемые условия. [24]
Аффифи (2018) предложил эмпирический подход к изучению того, как модель растений координирует целевое поведение с непредвиденными обстоятельствами окружающей среды , как способ понимания обучения растений. [25] По мнению этого автора, ассоциативное обучение продемонстрирует интеллект только в том случае, если оно рассматривается как часть телеологически интегрированной деятельности. В противном случае его можно свести к механистическому объяснению.
Раджа и др. (2020) обнаружили, что растения французской фасоли в горшках, посаженные на расстоянии 30 сантиметров от садового тростника, изменят структуру своего роста, чтобы в будущем они могли использовать тростник в качестве опоры. Позже Раджа заявил, что «если движение растений контролируется объектами, находящимися поблизости, и на них влияют, то мы говорим о более сложных поведенческих (а не простых) реакциях». Раджа предложил исследователям искать соответствующие когнитивные сигнатуры. [26] [27]
В 2017 году Йокава К. и др. обнаружили, что под воздействием анестетиков ряд растений потеряли как автономные движения, так и движения, вызванные прикосновением. Венерины мухоловки больше не генерируют электрические сигналы, их ловушки остаются открытыми при прикосновении к триггерным волоскам, а растущие усики гороха прекращают свои автономные движения и обездвиживаются в свернувшейся форме. [28]
Критика
[ редактировать ]Идея познания растений является источником противоречий.
Амадео Альпи и еще 35 ученых опубликовали в 2007 году статью под названием «Нейробиология растений: нет мозга, нет выгоды?» в «Тенденциях в науке о растениях» . [29] В этой статье они утверждают, что, поскольку нет доказательств наличия нейронов в растениях, идея нейробиологии и познания растений необоснованна и нуждается в переопределении. В ответ на эту статью Франсиско Кальво Гарсон опубликовал статью в журнале Plant Signaling and Behavior . [9] Он утверждает, что, хотя у растений нет «нейронов», как у животных, у них есть система обработки информации, состоящая из клеток. Он утверждает, что эту систему можно использовать как основу для обсуждения когнитивных способностей растений.
См. также
[ редактировать ]- Познание животных
- Трехлистный мундштук
- Воплощенное познание
- Восприятие растений (физиология)
- Плантоид
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мичмизос, Димитриос; Хилиоти, Зоя (январь 2019 г.). «Дорожная карта к функциональной парадигме обучения и памяти у растений». Журнал физиологии растений . 232 : 209–215. Бибкод : 2019JPPhy.232..209M . дои : 10.1016/j.jplph.2018.11.002 . ПМИД 30537608 . S2CID 56178258 .
- ^ Гальяно М (ноябрь 2014 г.). «В зеленом настроении: взгляды на поведенческую экологию и когнитивную природу растений» . Растения АОБ . 7 . дои : 10.1093/aobpla/plu075 . ПМК 4287690 . ПМИД 25416727 .
- ^ Jump up to: а б Гарсон П., Кейзер Ф. (2011). «Растения: адаптивное поведение, корневой мозг и минимальное познание» (PDF) . Адаптивное поведение . 19 (3): 155–171. дои : 10.1177/1059712311409446 . S2CID 5060470 .
- ^ Карбан Р. (июль 2008 г.). «Поведение и общение растений» . Экологические письма . 11 (7): 727–39. Бибкод : 2008EcolL..11..727K . дои : 10.1111/j.1461-0248.2008.01183.x . ПМИД 18400016 .
- ^ Дарвин, К. (1880). Сила движения растений . Лондон: Джон Мюррей. Darwin Online : «Путь, по которому корешок проникает в землю, должен определяться кончиком; поэтому он приобрел столь разнообразные виды чувствительности. Едва ли будет преувеличением сказать, что кончик корешка наделен таким образом и обладает способность управлять движениями прилегающих частей действует подобно мозгу одного из низших животных; мозг расположен в переднем конце тела, получает впечатления от органов чувств и направляет различные движения».
- ^ «О НАС - Сигнализация и поведение растений» . Сигнализация и поведение растений . Проверено 25 марта 2017 г.
- ^ Поллан М (23 декабря 2013 г.). «Интеллектуальный завод» . michaelpollan.com . Житель Нью-Йорка . Проверено 08 марта 2019 г.
- ^ «Моника Гальяно — наука о поведении и сознании растений» . Моника Гальяно — наука о поведении и сознании растений . Проверено 25 марта 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Гарсон (июль 2007 г.). «В поисках познания в нейробиологии растений» . Сигнализация и поведение растений . 2 (4): 208–11. Бибкод : 2007PlSiB...2..208C . дои : 10.4161/psb.2.4.4470 . ПМЦ 2634130 . ПМИД 19516990 .
- ^ Стенхаус, Дэвид (1974) [1973]. Эволюция интеллекта: общая теория и некоторые ее последствия . Нью-Йорк: Джордж Аллен и Анвин (Barnes & Noble Books). стр. 364–365. ISBN 006496518X . ОСЛК 1057540 .
- ^ Гальяно М., Рентон М., Депчински М., Манкузо С. (май 2014 г.). «Опыт учит растения учиться быстрее и медленнее забывать в тех средах, где это важно». Экология . 175 (1): 63–72. Бибкод : 2014Оэкол.175...63Г . дои : 10.1007/s00442-013-2873-7 . ПМИД 24390479 . S2CID 5038227 .
- ^ Кэхилл Дж., Бао Т., Мэлони М., Коленоски С. (4 июня 2012 г.). «Механическое повреждение листьев вызывает локальные, а не системные изменения в поведении листьев чувствительного растения Mimosa pudica». Ботаника . дои : 10.1139/cjb-2012-0131 .
- ^ Jump up to: а б Гальяно М., Вязовский В.В., Борбели А.А., Гримонпрез М., Депчинский М. (декабрь 2016 г.). «Обучение растений путем ассоциации» . Научные отчеты . 6 (1): 38427. Бибкод : 2016НацСР...638427Г . дои : 10.1038/srep38427 . ПМК 5133544 . ПМИД 27910933 .
- ^ Мауфланг О.И., Харшиинг Е.В. (11 июля 2017 г.). «Реакция роста растений, опосредованная фоторецепторами: значение фоторецепторной инженерии для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур» . Границы в науке о растениях . 8 : 1181. doi : 10.3389/fpls.2017.01181 . ПМК 5504655 . ПМИД 28744290 .
- ^ Маркель К. (июнь 2020 г.). «Отсутствие доказательств ассоциативного обучения у растений гороха» . электронная жизнь . 9 : е57614. дои : 10.7554/eLife.57614 . ПМЦ 7311169 . ПМИД 32573434 .
- ^ Гальяно, Моника; Вязовский Владислав В; Борбели, Александр А; Депчинский, Боевой; Рэдфорд, Бен (10 сентября 2020 г.). Ли, Дэёль; Хардтке, Кристиан С. (ред.). «Комментарий к статье «Отсутствие доказательств ассоциативного обучения у растений гороха» » . электронная жизнь . 9 : е61141. doi : 10.7554/eLife.61141 . ISSN 2050-084X . ПМЦ 7556858 . ПМИД 32909941 .
- ^ Тревавас А. (июль 2003 г.). «Аспекты интеллекта растений» . Анналы ботаники . 92 (1): 1–20. дои : 10.1093/aob/mcg101 . ПМЦ 4243628 . ПМИД 12740212 .
- ^ Шинозаки К. (2000). «Молекулярные реакции на обезвоживание и низкую температуру: различия и перекрестные помехи между двумя путями передачи сигналов стресса». Современное мнение в области биологии растений . 3 (3): 217–223. дои : 10.1016/s1369-5266(00)00067-4 . ПМИД 10837265 .
- ^ Маккалли М.Э. (июнь 1999 г.). «КОРНИ В ПОЧВЕ: раскрытие сложностей корней и их ризосфер». Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений . 50 : 695–718. doi : 10.1146/annurev.arplant.50.1.695 . ПМИД 15012224 .
- ^ Топхэм А.Т., Тейлор Р.Э., Ян Д., Намбара Э., Джонстон И.Г., Бассель Г.В. (июнь 2017 г.). «Изменчивость температуры интегрируется пространственно встроенным центром принятия решений, чтобы вывести семена арабидопсиса из состояния покоя» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (25): 6629–6634. Бибкод : 2017PNAS..114.6629T . дои : 10.1073/pnas.1704745114 . ПМЦ 5488954 . ПМИД 28584126 .
- ^ Тревавас 2014 , с. 95-96.
- ^ Кальво Гарсон П., Кейзер Ф. (июнь 2011 г.). «Растения: адаптивное поведение, корневой мозг и минимальное познание» (PDF) . Адаптивное поведение . 19 (3): 155–71. дои : 10.1177/1059712311409446 . S2CID 5060470 .
- ^ Тревавас 2014 , с. 140.
- ^ Крисп П.А., Гангули Д., Эйхтен С.Р., Боревитц Дж.О., Погсон Б.Дж. (февраль 2016 г.). «Переосмысление памяти растений: взаимосвязь между восстановлением после стресса, оборотом РНК и эпигенетикой» . Достижения науки . 2 (2): e1501340. Бибкод : 2016SciA....2E1340C . дои : 10.1126/sciadv.1501340 . ПМЦ 4788475 . ПМИД 26989783 .
- ^ Аффифи Р (2018). «Психология Дьюи в исследованиях интеллекта растений: преобразование стимула и реакции». В Балуска Ф., Гальяно М., Вицани Дж. (ред.). Память и обучение у растений . Сигнализация и связь у растений. Чам.: Спрингер. стр. 17–33. дои : 10.1007/978-3-319-75596-0_2 . ISBN 978-3-319-75595-3 .
- ^ «Растения: они в сознании?» . Журнал BBC Science Focus . 5 февраля 2021 г. Проверено 6 февраля 2021 г.
- ^ Раджа, Висенте; Сильва, Паула Л.; Холгуми, Рогайе; Кальво, Пако (декабрь 2020 г.). «Динамика нутации растений» . Научные отчеты . 10 (1): 19465. Бибкод : 2020NatSR..1019465R . дои : 10.1038/s41598-020-76588-z . ПМЦ 7655864 . ПМИД 33173160 .
- ^ Йокава, К; Кагениши, Т; Павлович, А; Галл, С; Вейланд, М; Манкузо, С; Балушка, Ф (11 декабря 2017 г.). «Анестетики останавливают различные движения органов растений, влияют на рециркуляцию эндоцитарных везикул и гомеостаз АФК, а также блокируют потенциалы действия венериных мухоловок» . Анналы ботаники . 122 (5): 747–756. дои : 10.1093/aob/mcx155 . ПМК 6215046 . ПМИД 29236942 .
- ^ Альпи А., Амрайн Н., Бертл А., Блатт М.Р., Блюмвальд Э., Червоне Ф. и др. (апрель 2007 г.). «Нейробиология растений: нет мозга, нет выгоды?». Тенденции в науке о растениях . 12 (4): 135–6. Бибкод : 2007TPS....12..135A . doi : 10.1016/j.tplants.2007.03.002 . ПМИД 17368081 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Шлангер, Зоя (2024). Пожиратели света: как невидимый мир растительного интеллекта предлагает новое понимание жизни на Земле . Нью-Йорк: Харпер. ISBN 9780063073852 . OCLC 1421933387 . Архивировано из оригинала 16 апреля 2024 года . Проверено 6 мая 2024 г.
- Тревавас А.Дж. (2014). Поведение и интеллект растений . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-953954-3 . OCLC 890389682 .