Jak rostliny cítí bolest?

Co dokáže detektor lži zjistit z rostlin, proč jim ve Švýcarsku uznali právo na sebeúctu a zda spolu mohou listy komunikovat, vám prozradí nové číslo sekce „Ig Nobelova cena je vážná“. .

Mluvili jste někdy s rostlinami? Pravděpodobně ano – zvláště pokud máte pokojové rostliny nebo jste vášnivým zahradníkem. Má to ale nějakou výhodu? Jak rostliny vnímají svět kolem sebe, „slyší“ zvuky, reagují na projevy péče? Tato otázka zajímala lidi velmi dlouho – minimálně od poloviny 19. století.

V roce 1848 německý psycholog Gustav Fechner předložil teorii, která považovala rostliny za vysoce vyvinuté živé bytosti schopné prožívat emoce. Podle Fechnera, pokud majitel rostliny mluvil se svou květinou nebo stromem, choval se k ní laskavě a věnoval veškerou pozornost, mělo to pozitivní vliv na růst a vývoj rostliny. O několik desetiletí později, na začátku dvacátého století, měl bengálský polyhistor Sir Jagadish Chandra Bose obrovský přínos pro biofyziku tím, že prokázal, že informace o různých vlivech se v těle rostlin přenášejí pomocí elektrických signálů – proces, který se dříve považoval za chemické povahy. Sir Bos v průběhu četných experimentů měřil elektrickou aktivitu rostlin a mimo jiné došel k velmi kontroverzním závěrům podobným Fechnerovu názoru: rostliny dokážou pociťovat bolest, zažít pocit náklonnosti a před smrtí projdou elektrické křeče. jejich tělo.

Navzdory jeho pochybným závěrům o citlivosti rostlin jsou přínosy sira Bose nejen v biofyzice, ale i v moderní vědě jako celku obecně uznávány: je nazýván jedním z „otců“ rádiové a mikrovlnné optiky.

Dalším zastáncem teorie „inteligentních rostlin“ byl Cleve Baxter, důstojník CIA, který se specializoval na výslechy pomocí polygrafu – detektoru lži. V únoru 1966 se Baxter pokusil změřit rychlost, jakou voda stoupá z kořenů filodendronu, stálezelené trvalky, k jeho listům. Protože polygraf dokáže měřit elektrický odpor tkáně – který se mění, když je rostlina zalévána – Baxter připojil senzory k listům. Představitel CIA uvedl, že detektor lži ukázal vzorec typický pro situaci, kdy je člověk vystaven krátké emocionální stimulaci. Poté se Baxter posmíval filodendronům, jak nejlépe uměl – zapálil listy, namočil je do horké kávy a dokonce donutil jinou osobu, aby jednu rostlinu zlomila „před“ druhou (netřeba dodávat, že filodendrony pak začaly „bát se“ padoucha). Experimentátor dospěl k závěru, že rostliny reagují na emocionální stav člověka a jeho činy, trpí při pohledu na smrt zvířat a jiných rostlin a dokonce dokážou číst myšlenky a záměry lidí. Zní to dobře, ale další vědci, kteří se pokusili reprodukovat výsledky Baxterových experimentů, zcela selhali. No, v této oblasti jsou takové věci velmi běžné.

Ať je to jak chce, výzkumy zaměřené na studium citlivosti rostlin a jejich reakce na vnější podněty pokračují a promítají se i do veřejné politiky některých zemí – například nositele Ig Nobelovy ceny za mír z roku 2008. Cenu převzal švýcarský federální etický výbor pro nehumánní biotechnologie a také švýcarskí občané se zněním „za přijetí právního principu, že rostliny mají důstojnost“. Důstojnost je v tomto případě právní pojem, který odkazuje na právo na respekt, sebeúctu a etické zacházení. Ruské občanské právo stanoví, že důstojnost je jedním z nehmotných statků, které nám náleží od narození, a za ponižování důstojnosti a šíření nepravdivých informací, které ji diskreditují, mohou být postihovány správní a trestní sankce. Takže Švýcarsko uznalo, že rostliny mají stejná práva na respekt a spravedlivé zacházení jako lidé? Pojďme zjistit, co to znamenalo.

Úmyslné poškozování rostlin, jako je škubání divokých, je nepřijatelné.
Zacházet s rostlinami jako s nástroji k dosažení nějakého cíle je přípustné pouze tehdy, pokud existuje morální ospravedlnění.
Rostliny nemohou být úplným majetkem člověka, což znamená, že člověk nemá právo s nimi zacházet, jak se mu zlíbí. Pravda, někteří členové výboru vyjádřili jiný názor: rostliny mohou být naším majetkem, v takovém případě si s nimi můžeme dělat, co chceme.
Genetická modifikace rostlin nenarušuje jejich důstojnost, pokud si zachovají schopnost reprodukce a adaptace na nové podmínky. Komise zároveň připouští, že existují určitá sociální a etická omezení genetických modifikací, ale tato otázka nebyla projednána.
Většina členů komise také považovala otázku patentování rostlin za společenský a etický problém, který leží mimo rámec diskuse. Někteří odborníci však tento postup označili za „porušení důstojnosti“ rostlin, a proto je nepřijatelný.
Genetická modifikace rostlin by měla vždy směřovat k zachování a udržení přirozených biosystémů, nikoli k vytváření umělých.
Většina členů komise považovala jakékoli akce s rostlinami za oprávněné, pokud tyto akce slouží k zachování člověka jako druhu.

Existují však skutečné vědecké důvody, proč považovat nové etické standardy za oprávněné? Pojďme se podívat, co si o tom myslí odborníci.

A dokázali například, že rostliny jsou schopny reagovat na zvuky. Ale nespěchejte se zařazením fíkusu do Beethovenovy symfonie – nebude růst rychleji. Ale zvuky vydávané škodlivým hmyzem mohou květinu přimět, aby se bránila. V roce 2014 vědci vystavili můru Talovu (malou kvetoucí rostlinu z čeledi zelí) zvukovým vlnám produkovaným hmyzím škůdcem nazývaným larvy můry. V reakci na to hmyzí můra začala produkovat látky (glukosinoláty a anthokyany), díky kterým byly listy pro larvy nepoživatelné. Rostlina přitom klidně reagovala na zvukové vlny způsobené větrem nebo cvrlikáním jiného hmyzu. Vědci dospěli k závěru, že můra je schopna rozlišovat zvuky, jejichž přítomnost nebo nepřítomnost určuje jeho přežití, a podle toho na ně reagovat.

V roce 2019 se ukázalo, že rostliny dokážou nebezpečí nejen vycítit, ale také před ním varovat sousedy a vyměňovat si zprávy pomocí chemikálií – těkavých organických sloučenin. Vědci pracovali s Solidago altissima – zlatobýl, vytrvalá bylina. Ukázalo se, že když je napaden listovým broukem, jeho listy vydávají zvláštní zápach. Sousední rostliny reagují na varovné signály a připravují se na příchod škodlivého hmyzu.

V roce 2018 vešel ve známost další způsob komunikace rostlin – článek v časopise Science vyvolal velký hluk. Uvádí: listy rostliny si mohou navzájem přenášet „nouzové signály“ pomocí systému chemických signálů velmi podobných systému neurotransmiterů u zvířat – pokud je jeden list rostliny utržen nebo poškozen, stonek a další listy“ dozvědět se o tom poměrně rychle. Látka, kterou rostliny přenášejí signály, je přitom lidským tělem využívána jako neurotransmiter – jde o známý glutamát.

Japonští a američtí vědci přišli k tomuto objevu náhodou a hrdinou jejich výzkumu byl již známý oddenek. Odborníci vytvořili speciální senzor – fluorescenční látku, která je citlivá na obsah vápníku (čím více vápníku je v tkáních, tím jasněji svítí). Při odříznutí jednoho listu z oddenku se obsah vápníku okamžitě začal měnit: vznikl jakýsi impuls, který se z poškozené části rozšířil po celé rostlině. Záře se v blízkosti „rány“ velmi rozjasnila, pak zmizela, objevila se o něco dále a postupně vlna dosáhla všech listů.

V roce 2012 byl novozélandské řece Whanganui udělen status subjektu se zákonnými právy a povinnostmi. Aby řeka mohla požívat tohoto privilegia, byli do ní jmenováni dva strážci – jeden ze státu a druhý od místních Maorů.

Ale navzdory důležitosti těchto pozorování je příliš brzy mluvit o „nervovém systému“ rostlin: stále nemají ani neurony, ani mozek, ani jiné orgány, díky nimž máme vědomí. I samotní vědci však mají tendenci schopnosti rostlin přeceňovat – například Monica Galliano, vedoucí výzkumnice na univerzitě v Sydney, experimentuje na hrachu poměrně dlouho. V lednu 2020 uvedla, že u rostlin objevila známky paměti. Badatel pěstoval hrách v bludišti ve tvaru Y, v jehož jedné části byl zdroj světla – hrách samozřejmě rostl přesně tímto směrem. Poté Galliano umístil za lampu ventilátor – nyní světlo doprovázel jemný proud vzduchu. V konečné fázi experimentu bylo osvětlení odstraněno, ale ventilátor byl ponechán na místě a rostliny k němu byly nadále přitahovány.

Podle vědce to může znamenat, že „rostliny se mohou učit a uchovávat informace stejným způsobem jako zvířata. Pokud je to pravda, pak existuje možnost, že rostliny jsou při vědomí.” Toto prohlášení vyvolalo silnou vlnu kritiky ze strany kolegů z dílny – například botanik Lincoln Taiz z Kalifornské univerzity zaprvé považoval údaje předložené Gallianem za neúplné a nepřesvědčivé, zadruhé upozornil specialisty na skutečnost, že rostliny prostě nemají potřebné vědomí „hardwaru“ – mozku nebo nervových buněk. Taiz zjistí, že Galliano své pokusné subjekty „humanizuje“ a připisuje jim vlastnosti a schopnosti neobvyklé pro rostliny. Mezi neurovědci navíc neexistuje shoda v otázce, zda zvířata mají vědomí, a pokud ano, která a jaké vědomí je, je také stále nejasná.

Taiz není se svým názorem sám. V roce 2019 vyšel článek, ve kterém on a jeho kolegové uvedli, že rostliny absolutně nemají vědomí, a také kritizoval specialisty zabývající se rostlinnou neurobiologií. Debata na toto téma tedy zuří i ve vědecké komunitě.

Hlavní otázka spočívá v tom, jak definujeme vědomí. Je to způsobeno přítomností mozku a nervového systému, nebo schopnostmi učení a vnímání, které vycházejí z mozku? Abychom pochopili vývoj poznání, vědomí a inteligence, musíme být otevření myšlence, že je nemusí vlastnit pouze lidé. Velmi mě těší, když vidím diskuse a debaty o nelidském vědomí – nejen o vědomí savců, ale také ryb, bezobratlých a rostlin. Ale ať je to jak chce, souhlasím s Taizem a jeho kolegy. V současné době neexistuje žádný důkaz, že rostliny jsou inteligentní bytosti. Mezi fyziologií rostlin a neurobiologií lze nakreslit paralely, ale stále to není totéž.

Tedy přibližně. Ne tak, jak ty nebo já, kteří máme hlasivky, můžeme křičet. Rostliny spíše produkují praskavé nebo cvakavé zvuky na ultrazvukových frekvencích. Které zesílí, když je rostlina ve stresu. Jsou mimo dosah lidského sluchu, ale nedávno se nám je podařilo zaznamenat. Podle vědců to může být způsob, jak rostliny sdělují své problémy ostatním. A dokonce spolu mohou „komunikovat“ a vyměňovat si cenné informace.

„I v tichém poli je ve skutečnosti miliarda zvuků, které neslyšíme. A tyto zvuky nesou důležité informace pro obyvatele tohoto místa. Existují zvířata, která tyto zvuky slyší, a ukázalo se, že existují rostliny, které také poslouchají,“ říká ve své publikaci evolucionista a biolog Lilach Hadani z Tel Avivské univerzity v Izraeli.

„Rostliny neustále interagují s hmyzem a jinými zvířaty a mnoho z těchto organismů používá ke komunikaci zvuk. Takže je to vlastně docela logické a vlastně je zvláštní, že nás to nenapadlo dřív. Bylo by pro ně velmi suboptimální, kdyby rostliny zvuk vůbec nepoužívaly.“

Ve stresu nejsou rostliny zdaleka tak pasivní, jak si myslíme. Myslíme si, že tam jen sedí a nechají nás odříznout. Ve skutečnosti však procházejí poměrně dramatickými změnami, které se snaží situaci nějak ovlivnit. Jedním z nejpozoruhodnějších z nich (alespoň pro nás lidi) je uvolňování některých docela silných aromat. Musí útočníka buď odrazit, nebo alespoň varovat ostatní rostliny v okolí, že se děje něco špatného, a tak by se měly připravit na obranu. Některé rostliny také dokážou změnit barvu, zhustit strukturu, upravit svůj tvar a „zmenšit se“ v naději, že si jich nebezpečí nevšimne a pomine.

Ve skutečnosti je všechno ještě zajímavější. Například běžná tráva, když ji začnou žrát housenky a je potřeba ochrany, signalizuje okolí uvolňováním těkavých organických sloučenin (kyseliny jasmonové a dalších mastných kyselin), které parazitické vosy čtou jako pach potravy. Přiletí k sežrané rostlině, uvidí housenku, ochromí ji a nakladou do škůdce vajíčko. Zisk pro všechny kromě housenky!

O tom všem však vědci vědí už téměř deset let. Ale otázka, zda rostliny vydávají jiné typy signálů – řekněme zvuky – zůstala otevřená.

Na konci roku 2018 Hadani a její kolegové z Tel Avivu zjistili, že rostliny dokážou detekovat zvuk. Což je také logické: jsou to jen vibrace. Vědci prokázali, že běžné žluté květy pupalky vystavené zvuku létající včely produkovaly sladší nektar do 3 minut. Potřebovali to, aby zvýšili pravděpodobnost křížového opylení. Kdo udělá nejsladší nektar, zvyšuje šanci, že u něj včela vydrží dlouho. Ale neustálé vynakládání prostředků na produkci nektaru s vysokou koncentrací by bylo příliš nákladné.

Mimochodem, v tom případě květina sloužila jako sluchový orgán rostliny. V reakci na zvuky včely mírně vibroval, což stimulovalo produkci nektaru a „vyčnívání“ květu zbytkem organismu. Vibrace i odezva nektaru byly frekvenčně specifické: květiny reagovaly na zvuky opylujícího hmyzu, ale ne na zvuky vyšších nebo nižších frekvencí.

To mimochodem odpovídá na otázku, proč květiny vypadají tak, jak vypadají. Mají zvláštní tvar, souhlasíte? Příliš složité pro jejich utilitární úkol. Proč tak velké okvětní lístky, proč ohyby? Odpověď od Hadani a jejího týmu je, že květiny se vyvinuly tak, aby přenášely zvuk co nejlépe. A zase někteří opylovači se také vyvinuli tak, aby vydávali zvuky, které květiny slyší. Proto včely tak milují bzučení. A rozmanitost tvarů a velikostí květin je částečně způsobena různými zvuky, které potřebují zachytit.

Obecně je svět zvířat (a dokonce i svět rostlin!) mnohem složitější, než bychom si mysleli. Rostliny rozhodně umí vnímat zvuk.

Další logickou otázkou bylo, zda to dokážou vyrobit.

Aby to vědci zjistili, vzali rostliny rajčat a tabáku. Nejprve nahráli zvuky vycházející z nich za normálních podmínek, bez stresu, aby získali základní linii. Poté jsme zaznamenali rostliny, které byly dehydratované, a rostliny, jejichž stonky byly odříznuty. Tyto nahrávky byly provedeny nejprve ve zvukotěsné akustické komoře a poté v běžném skleníku.

Poté vyvinuli algoritmus strojového učení, který rozlišuje nuance zvuků. A nařídili mu, aby našel vlastnosti zvuků vydávaných rostlinami ve třech různých podmínkách.

Ukázalo se, že zvuky vydávané rostlinami jsou podobné praskání nebo cvakání. Pouze na frekvenci příliš vysoké, aby to lidé pochopili. Rozprostírají se kolem rostliny v okruhu větším než metr. Bez vlivu stresu nevydávají „klidná“ rajčata vůbec žádný hluk; jen se tiše věnují své rostlinné činnosti.

Ale když jsou ve stresu, rostliny začnou „křičet“. V závislosti na druhu produkuje průměrně až 40 kliknutí za hodinu. Rostliny zbavené vody mají svůj specifický zvukový profil. Začínají klikat častěji, protože se stávají méně namáhanými vodou – dokonce ještě předtím, než lidé uvidí jakékoli známky toho. Jak je rostlina sušší, zvyšuje se objem a počet kliknutí. A pak to vše začne ustupovat, jak rostlina chřadne.

Zde je zrychlené video kaktusu, který by se rád zaléval:

Algoritmus dokázal rozlišit mezi těmito zvuky a odlišit rostlinu, která nemá dostatek vody, od té, která byla napadena nůžkami. Byl také schopen určit, který druh rostliny vydává zvuk. A to se netýkalo jen tabáku a rajčat. Tým testoval mnoho dalších rostlin: pšenici, kukuřici, hrozny, kaktusy. Každý z nich měl svůj speciální zvukový profil.

Ale stále existuje několik neznámých. Není například jasné, jak jsou tyto zvuky reprodukovány. Předchozí studie zjistily, že dehydratované rostliny zažívají kavitaci, proces, při kterém se ve stonku tvoří vzduchové bubliny. Možná se pak rozšíří a rychle zhroutí. Což vytváří zhruba stejný efekt, jaký získáte, když prasknete klouby.

Zatím nevíme, zda jiné stavy nouze než prořezávání a dehydratace mohou způsobit, že rostliny „sténou“. Možná produkují různé signály, když jsou vystaveny ultrafialovému světlu, patogenům, extrémním teplotám a dalším nepříznivým podmínkám. Nebo možná to vše také vede k charakteristickým zvukům cvakání, protože ze stresu začnou rostliny uvnitř praskat jako bublinková fólie.

Není také jasné, zda je produkce zvuku adaptivním vývojem u rostlin (to znamená, zda byla získána během evoluce). Nebo je to prostě něco, co se děje podle fyzikálních zákonů. V každém případě tým ukázal, že algoritmus dokáže rozlišovat mezi zvuky různých rostlin. A je více než pravděpodobné, že jiné organismy jsou schopny udělat totéž – rozlišit, která rostlina právě „mluví“ a co přesně komunikuje.

Takové organismy se možná naučily reagovat odlišně na hluk ze stresovaných rostlin. „Například motýl, který se chystá naklást vajíčka na rostlinu, nebo housenka, která se ji chystá sežrat, se pomocí zvuků rozhodnou správně. Nikdo se nechce spoléhat na rostlinu, která je již v kritickém stavu,“ píše Hadani. Pro nás lidi jsou důsledky nového objevu také docela jasné: mohli bychom se, řekněme, naladit na nouzové signály žíznivých rostlin – a zalít je dříve, než se problém stane vizuálně patrným.

Stále není známo, zda ostatní rostliny vnímají zvuky potíží a zda na ně reagují. Ale vypadá to velmi pravděpodobně. Například s jistotou víme, že detekují šíření stejné kyseliny jasmonové ve vzduchu, a to některým pomáhá rozhodnout se uvolnit jed dříve – ve snaze učinit se méně chutnými. To je jeden z důvodů, proč se krávy a ovce nerady pasou na stejném místě: tráva kolem se časem bude snažit všemožně nepotěšit svého „predátora“.

Víme také, že rostliny, které slyšely zvuky housenek (i když vycházely z reproduktorů), produkovaly více hořčičného oleje, který nemají rády. Je tedy logické předpokládat, že jsou také schopni se navzájem slyšet – alespoň detekcí vibrací.

Jiné studie také ukázaly, že rostliny mohou zvýšit svou odolnost vůči suchu v reakci na signály jiných blízkých rostlin signalizující jejich žízeň.

Celkově špatná zpráva pro vegetariány. Ukazuje se, že když jíte salát, jeden zelný list může snadno slyšet křupání svého společníka. Také cítí bolest a jsou ve stresu. Žij s tím teď)

Studie byla publikována v časopise Cell Press, kde si můžete přečíst podrobnosti.

PS Tisíce skvělých volných pracovních míst v Ruské federaci a v zahraničí – v getmatch telegram bot. Nastavíte požadovaný plat a přijdou vám nejlepší nabídky a naši odborníci vám pomohou projít pohovorem. Není potřeba žádný životopis ani portfolio, nastavení zabere méně než 30 sekund. Je to také skvělý způsob, jak sledovat aktuální trh práce. Není nutné reagovat.