Op het eerste gezicht is de Malvaceae-plant Lavatera cretica slechts een onopvallende wiet. Deze kaasjeskruid heeft roze bloemen en brede, platte bladeren die overdag de zon volgen. Wat de bloem 's nachts doet, heeft de aandacht van de wetenschappelijke gemeenschap echter op de eenvoudige plant gevestigd. Een paar uur voor zonsopgang begint de plant zijn bladeren in de veronderstelde richting van zonsopgang te draaien. Malva lijkt zich te herinneren waar en wanneer de zon de vorige dagen opkwam, en wacht daar op hem.
Wanneer wetenschappers in het laboratorium de kaasjeskruid proberen te verwarren door de locatie van de lichtbron te veranderen, leert het eenvoudig een nieuwe richting. Maar wat betekent deze uitspraak in het algemeen - dat de plant zich kan herinneren en leren?
Het idee dat planten intelligent kunnen handelen, om nog maar te zwijgen van leervermogen en geheugenvorming, was tot voor kort een marginaal standpunt. Herinneringen worden in wezen als een cognitief fenomeen beschouwd, zozeer zelfs dat sommige wetenschappers hun aanwezigheid beschouwen als een noodzakelijke en voldoende aanwijzing dat het lichaam basistypen van denken bezit. Er zijn hersenen voor nodig om herinneringen te vormen en planten hebben niet eens het rudimentaire zenuwstelsel dat insecten en wormen hebben.
In de afgelopen tien jaar is deze mening echter aangevochten. Kaasjeskruid is geen uitzondering. Planten zijn niet alleen passieve organische automaten. We weten nu dat ze informatie over tientallen natuurlijke variabelen kunnen voelen en integreren, en deze kennis kunnen toepassen voor flexibel, adaptief gedrag.
Planten kunnen bijvoorbeeld herkennen of naburige planten verwant zijn of niet en hun voedingsstrategieën daarop aanpassen.
Impatiens pallida, een van de vele soorten waarvan bekend is dat ze het grootste deel van zijn middelen besteedt aan het laten groeien van bladeren in plaats van aan wortels in aanwezigheid van buitenstaanders, een tactiek die blijkbaar gericht is op het strijden om zonlicht. Omringd door verwante planten verlegt touch-me-not de prioriteiten. Bovendien zijn planten in staat om geavanceerde, gerichte afweermechanismen op te bouwen als reactie op de identificatie van specifieke roofdieren. De kleinbloemige Tal-kauwgom (Arabidopsis thaliana) kan de vibratie van zijn etende rupsen volgen en speciale oliën en chemicaliën afgeven om insecten af te weren.
Planten communiceren ook met elkaar en met andere organismen, zoals parasieten en microben, via meerdere kanalen - dit omvat bijvoorbeeld 'mycorrhiza-netwerken' van schimmels die de wortelsystemen van verschillende planten met elkaar verbinden als een soort ondergronds internet.
Misschien is het dan ook niet zo verwonderlijk dat planten het geheugen kunnen leren en gebruiken om voorspellingen te doen en beslissingen te nemen.
Promotie video:
Wat omvat de begrippen "leren" en "geheugen" als we het over planten hebben? Het meest voor de hand liggende voorbeeld in de discussie is het vernalisatieproces, waarbij sommige planten aan lage temperaturen moeten worden blootgesteld om in het voorjaar te bloeien. Wintergeheugen helpt planten onderscheid te maken tussen de lente wanneer bestuivers zoals bijen het druk hebben en de herfst wanneer ze vrij zijn, en de beslissing om op het verkeerde moment te bloeien, kan rampzalig zijn voor de voortplanting.
In de favoriete proefplant van biologen, Tal's reticulatus, produceert een gen genaamd Flowering Locus C (FLC) een chemische stof die voorkomt dat de kleine witte bloemen opengaan. Wanneer een plant echter een lange winter doormaakt, meten de bijproducten van andere genen de duur van blootstelling aan koude temperaturen en onderdrukken ze FLC in grote aantallen cellen tijdens het koude weer. Als de lente komt en de dagen langer worden, kan een plant met een lage FLC vanwege de kou gaan bloeien. Het anti-FLC-mechanisme vereist echter langdurige blootstelling aan koud weer om effectief te werken, in plaats van korte periodes met fluctuerende temperaturen.
Hierbij is het zogenaamde epigenetische geheugen betrokken. Zelfs na de terugkeer van vernalisatie-planten naar warme omstandigheden, blijft het FLC-gehalte op een laag niveau vanwege de hermodellering van chromatine-markeringen. Dit zijn eiwitten en kleine radicalen die zich hechten aan DNA in cellen en de genactiviteit beïnvloeden. Chromatine-hermodellering kan zelfs worden doorgegeven aan volgende generaties van gescheiden cellen, zodat deze zich de afgelopen winters "herinneren". Als het koude seizoen lang genoeg is geweest, kunnen planten met sommige cellen die niet aan de kou zijn blootgesteld, nog steeds bloeien in de lente omdat chromatine-modificatie de FLC-expressie blijft remmen.
Maar is het echt een herinnering? Botanici die epigenetisch geheugen bestuderen, zullen de eersten zijn die het erover eens zijn dat het fundamenteel verschilt van wat cognitieve wetenschappers bestuderen.
Is deze term slechts een allegorische conventie die het bekende woord 'geheugen' combineert met het onbekende gebied van epigenetica? Of onthullen de overeenkomsten tussen cellulaire veranderingen en herinneringen op het niveau van het organisme ons onbekende diepten van wat herinnering werkelijk is?
Epigenetische en "hersen" -herinneringen hebben één ding gemeen: constante veranderingen in gedrag of toestand van het systeem veroorzaakt door een natuurlijke ziekteverwekker uit het verleden. Toch lijkt deze beschrijving te algemeen, aangezien het ook betrekking heeft op processen als weefselschade en metabolische veranderingen. Misschien is de interessante vraag hier niet of herinneringen nodig zijn voor cognitieve activiteit, maar welke soorten geheugen wijzen op het bestaan van een onderliggend cognitief proces en of deze processen in planten voorkomen. Met andere woorden, in plaats van naar het "geheugen" zelf te kijken, is het de moeite waard om de meer fundamentele vraag te onderzoeken hoe herinneringen worden verworven, gevormd of geleerd.
"Planten onthouden", zei gedragsecoloog Monica Galliano in een recent radio-interview. 'Ze weten precies wat er aan de hand is.' Aan de University of Western Australia bestudeert Galliano planten met dierspecifieke gedragsleertechnieken. Ze stelt dat als planten resultaten kunnen laten zien die suggereren dat andere levende organismen herinneringen kunnen leren en opslaan, we even goed moeten nadenken over de waarschijnlijkheid dat planten ook deze cognitieve vermogens hebben. Een van de vormen van leren die ze in detail hebben bestudeerd, is aanpassing, waarbij levende organismen die worden blootgesteld aan onverwachte maar onschadelijke ziekteverwekkers (geluid, flits of licht) later een proactieve reactie zullen vertonen die na verloop van tijd zal vervagen.
Stel je voor dat je een kamer binnenloopt met een zoemende koelkast: in het begin is het vervelend, maar in de regel went je eraan en hoogstwaarschijnlijk zul je na een tijdje zelfs dit geluid niet meer opmerken. Een volledige aanpassing veronderstelt een specifieke stimulus, dus met de introductie van een uitstekende en potentieel gevaarlijke stimulus, triggert het dier een nieuwe afweerreactie.
Zelfs in een lawaaierige kamer is de kans groter dat u ineenkrimpt bij een luid bonkend geluid. Dit wordt gewenningsvermindering genoemd en is wat echt leren onderscheidt van andere soorten verandering, zoals vermoeidheid.
In 2014 testten Galliano en zijn collega's het leervermogen van de mimosa van een verlegen, klein, kruipend jaartal. Zijn bladeren krullen op als reactie op een bedreiging. Galliano en zijn collega's lieten de mimosa van een hoogte vallen (wat in principe niet kon gebeuren met de plant in zijn evolutionaire geschiedenis), en de plant leerde dat hij veilig was en geen vouwreactie vertoonde. Er werd echter een reactie waargenomen toen de plant plotseling werd geschud. Bovendien ontdekten de wetenschappers dat de aanpassing van de verlegen mimosa ook contextueel bepaald was. Planten leerden sneller in slecht verlichte omgevingen waar het sluiten van de bladeren duurder was vanwege de schaarste aan verlichting en de behoefte van de waarnemer om energie te besparen. (Galliano's team was niet de eerste die een gedragsmatige leerbenadering toepaste op planten zoals verlegen mimosa,eerdere studies werden echter niet altijd strikt gecontroleerd en gaven daarom tegenstrijdige resultaten.
Maar hoe zit het met meer complexe leerbaarheid?
De meeste dieren zijn ook in staat tot geconditioneerd en associatief leren, waarbij ze leren dat twee stimuli aan elkaar zijn gekoppeld. Dit is wat u in staat stelt de hond te leren het geluid van het fluitje te benaderen - de hond begint dit gedrag te associëren met iets lekkers of genegenheid.
In een andere studie testten Galliano en zijn collega's of zaaderwten de luchtbeweging konden relateren aan de beschikbaarheid van licht. Ze plaatsten de zaden in een Y-doolhof, waarvan een van de takken door de lucht in beweging werd gebracht - het was ook het helderst. De planten lieten vervolgens groeien in het doolhof en wetenschappers verwachtten te zien of ze de associatie onder de knie zouden krijgen. De resultaten waren positief: ze lieten zien dat de planten op een situationeel bepaalde manier de geconditioneerde respons beheersten.
Er zijn steeds meer aanwijzingen dat planten enkele van de inherente leervermogens van dieren hebben. Waarom duurde het zo lang om dit te beseffen? U kunt een klein experiment doen. Bekijk deze foto eens. Wat wordt hier afgebeeld?
De meesten zullen ofwel de algemene klasse van dieren op de afbeelding noemen ("dinosaurussen") en beschrijven wat ze doen ("vechten", "springen"), of - als een dinosaurusfan tegenkomt - een specifiek dier aanduiden ("driptosaurus"). Korstmossen, gras, struiken en bomen zullen zelden worden genoemd - voor het grootste deel zullen ze worden gezien als de achtergrond van de belangrijkste gebeurtenis, het "slagveld" van dieren.
In 1999 noemden biologen James Wandersee en Elizabeth Schuessler dit fenomeen plantblindheid - een neiging om het potentieel, het gedrag en de unieke actieve rol van planten in de natuur te negeren. We behandelen ze als een achtergrondelement en niet als actieve agenten van het ecosysteem.
Deze blindheid is grotendeels te wijten aan de geschiedenis; we hebben het over de filosofische overblijfselen van lang afgeschaft paradigma's die ons begrip van de natuurlijke wereld blijven beïnvloeden. Veel wetenschappers worden nog steeds beïnvloed door het beroemde Aristotelische concept van scala naturae, de 'ladder van wezens', waar planten onderaan de hiërarchie van vermogens en waarden staan en mensen bovenaan. Aristoteles benadrukte de fundamentele conceptuele scheiding tussen het onbeweeglijke, ongevoelige plantenleven en het actieve en gevoelige dierenrijk. Volgens hem is het verschil tussen het dierenrijk en de mensheid net zo groot; hij geloofde niet dat dieren een volwaardig denken hebben. Na de verspreiding van deze ideeën in West-Europa in de vroege jaren 1200 en tijdens de Renaissance, bleef deze positie van Aristoteles constant populair.
Tegenwoordig kan dit systematische vooroordeel tegen niet-dieren zooshavinisme worden genoemd. Het is alomtegenwoordig in het onderwijssysteem, biologieboeken, trends in wetenschappelijke publicaties en in de media. Bovendien hebben kinderen die in steden opgroeien zelden interactie met planten, zorgen ze zelden voor ze en begrijpen ze ze over het algemeen niet goed.
De manier waarop ons lichaam functioneert - onze systemen van perceptie, aandacht en cognitie - draagt bij aan kruidenblindheid en gerelateerde vooroordelen. Planten springen niet op ons af, vormen geen bedreiging en hun gedrag heeft geen invloed op ons.
Empirisch onderzoek suggereert dat ze niet zo vaak worden opgemerkt als dieren, ze trekken niet zo snel de aandacht als dieren, en we vergeten ze gemakkelijker dan dieren. We zien planten als objecten of besteden er zelfs helemaal geen aandacht aan. Bovendien wordt het gedrag van planten vaak veroorzaakt door chemische of structurele veranderingen die zo klein, snel of langzaam zijn dat we ze niet kunnen waarnemen zonder speciale apparatuur.
Omdat we zelf dieren zijn, is het ook gemakkelijker voor ons om dierlijk gedrag te herkennen. Recente ontdekkingen op het gebied van robotica geven aan dat onderzoeksdeelnemers eerder bereid zijn eigenschappen zoals emoties, intentionaliteit en gedrag toe te schrijven aan systemen die menselijk of dierlijk gedrag nabootsen.
We vertrouwen op antropomorfe prototypes om te proberen te bepalen of gedrag gezond is. Dit verklaart onze intuïtieve onwil om cognitieve vaardigheden aan planten toe te schrijven.
Maar vooroordelen zijn misschien niet de enige reden waarom we het cognitieve potentieel van planten van ons hebben afgehouden. Sommige geleerden hebben hun bezorgdheid geuit dat begrippen als "grasblindheid" slechts verwarrende metaforen zijn. Wanneer cognitieve theorie op een minder abstracte en vage manier wordt toegepast op planten, zeggen ze, krijg je de indruk dat planten heel anders functioneren dan dieren. Plantmechanismen zijn complex en verbazingwekkend, geven ze toe, maar het zijn geen cognitieve mechanismen. Aangenomen wordt dat we het geheugen zo'n brede definitie geven dat het zijn betekenis verliest, en dat processen als aanpassing in feite geen cognitieve mechanismen zijn.
Een manier om de betekenis van het cognitieve proces te onderzoeken, is door te onderzoeken of het systeem representaties gebruikt. Een reeks gekleurde lijnen kan een afbeelding van een kat vormen, een afbeelding van een kat, net als het woord "kat" in deze zin.
De hersenen creëren representaties van elementen van de omgeving en stellen ons zo in staat om in deze omgeving te navigeren. Wanneer het proces van het vormen van representaties mislukt, kunnen we in de geest beelden beginnen te vormen van objecten die niet echt bij ons in de buurt zijn, bijvoorbeeld om hallucinaties te zien. En soms zien we de wereld een beetje verkeerd, verdraaien we informatie erover. Ik versta de tekst van het lied misschien verkeerd - of huiver als ik denk dat er een spin langs mijn hand kruipt, terwijl het maar een vlieg is.
De mogelijkheid om binnenkomende informatie verkeerd te interpreteren is een zeker teken dat het systeem met informatie beladen representaties gebruikt om door de wereld te navigeren. Dit is het cognitieve systeem.
Terwijl we herinneringen vormen, zullen we waarschijnlijk een deel van deze weergegeven informatie bewaren, zodat we deze later offline kunnen gebruiken. De filosoof Francisco Calvo Garzón van de Spaanse Universiteit van Murcia verklaarde dat een fysieke eigenschap of mechanisme om representatief te worden genoemd, "in staat moet zijn om tijdelijk ontoegankelijke objecten of gebeurtenissen te vertegenwoordigen". Het is het vermogen van representatie om iets te weerspiegelen dat niet bestaat, zo beweert hij, waardoor het geheugen kan worden beschouwd als een teken van cognitieve activiteit. Een eigenschap of mechanisme dat niet offline kan functioneren, kan niet als echt cognitief worden beschouwd.
Aan de andere kant geven sommige wetenschappers toe dat sommige representaties alleen online kunnen functioneren, dat wil zeggen dat ze elementen van de omgeving in realtime vertegenwoordigen en volgen. Het nachtelijke vermogen van de kaasjeskruid om te voorspellen waar de zon zal opkomen, lang voordat hij verschijnt, lijkt offline voorstellingen te omvatten; andere heliotroopplanten, die alleen de zon volgen terwijl deze langs de hemel beweegt, maken duidelijk gebruik van een soort online weergave. En toch kunnen organismen die alleen online representatie gebruiken, volgens wetenschappers ook als cognitief worden beschouwd. Offline processen en geheugen zijn echter overtuigender bewijs dat het lichaam niet alleen reflexief reageert op de omgeving. Dit is vooral belangrijk met betrekking tot de studie van organismen die we intuïtief niet als cognitief beschouwen, zoals planten.
Zijn er aanwijzingen dat planten informatie over de omgeving weergeven en opslaan voor later gebruik?
Overdag draait kaasjeskruid zijn bladeren naar de zon met behulp van het motorweefsel aan de basis van de stengel - dit proces wordt actief gecontroleerd door veranderingen in de waterdruk in de plant, dit wordt turgor genoemd. De schaal en richting van het zonlicht worden gecodeerd in lichtgevoelige weefsels verdeeld over het geometrische patroon van de aderen van de kaasjeskruidbladeren, en informatie daarover wordt tot de ochtend bewaard. De plant houdt ook de cycli van dag en nacht bij met zijn interne circadiane klok, die gevoelig is voor natuurlijke signalen van zonsondergang en zonsopgang.
Door naar informatie uit al deze bronnen te kijken, kan kaasjeskruid 's nachts voorspellen waar en wanneer de zon de volgende ochtend opkomt. Het werkt misschien niet met begrippen als "zon" of "dageraad", maar het slaat informatie op over de vector van de zon en de cycli van dag en nacht, waardoor het zijn bladeren voor zonsopgang kan heroriënteren zodat hun oppervlak naar de rijzende zon is gericht. Het stelt de plant ook in staat een nieuwe positie aan te leren wanneer fysiologen zijn hoofd voor de gek houden door de richting van de lichtbron te veranderen. In kunstmatig gecreëerde duisternis kan het anticipatiemechanisme ook meerdere dagen offline functioneren. Het gaat om het optimaliseren van de beschikbare bronnen - in dit geval zonlicht.
Kan dit mechanisme worden beschouwd als een "representatie" - ter vervanging van de elementen van de omringende wereld die het gedrag van de plant bepalen? Ik denk het.
Net zoals neurowetenschappers de mechanismen van het zenuwstelsel proberen te identificeren om geheugen bij dieren te bestuderen, proberen plantenonderzoekers de geheugenmechanismen te begrijpen die planten in staat stellen informatie op te slaan en te gebruiken, en ook dit geheugen gebruiken om hun gedrag aan te passen.
We beginnen net de unieke mogelijkheden van deze flexibele en diverse groep organismen te begrijpen. Terwijl we onze nieuwsgierigheid verruimen tot buiten het dierenrijk en zelfs het plantenrijk om schimmels, bacteriën en protozoa te bestuderen, zullen we verbaasd zijn te ontdekken dat veel van deze organismen dezelfde fundamentele gedragsstrategieën en -principes gebruiken die wijzelf hebben, inclusief het vermogen om herinneringen leren en vormen.
Om vooruitgang te boeken, moet speciale aandacht worden besteed aan mechanismen. We moeten duidelijk begrijpen wanneer, hoe en waarom we onze toevlucht nemen tot allegorie. U moet nauwkeurig zijn in uw theoretische uitspraken. En als het bewijs ons in een richting wijst die haaks staat op conventionele wijsheid, moeten we moedig volgen waar het toe leidt. Zulke onderzoeksprogramma's staan nog in de kinderschoenen, maar ze blijven zeker nieuwe ontdekkingen genereren die het menselijk begrip van planten ondermijnen en uitbreiden, waardoor de gebruikelijke grenzen tussen het plantenrijk en het dierenrijk vervagen.
Proberen na te denken over wat denken in het algemeen in het geval van deze organismen kan betekenen, is natuurlijk eerder een vlucht van fantasie, omdat ze eigenlijk geen indeling hebben in hersenen (geest) en lichaam (beweging).
Met enige moeite kunnen we uiteindelijk echter verder gaan dan de bestaande concepten van "geheugen", "leren" en "denken" - die oorspronkelijk aan ons verzoek ten grondslag lagen.
We zien dat in veel gevallen de redenering over de leer- en geheugenprocessen in planten niet alleen op allegorische beelden is gebaseerd, maar ook op droge feiten. En de volgende keer dat je een malve langs de weg tegenkomt die trilt in de zonnestralen, vertraag dan, kijk ernaar met nieuwe ogen en onthoud dat deze onopvallende wiet beladen is met buitengewone cognitieve vaardigheden.
