Kwiaty potrafią wspominać, a drzewa są towarzyskie. Nasi roślinni kuzyni i kuzynki pamiętają, uczą się i porozumiewają. Czas, byśmy to dostrzegli.

Na pierwszy rzut oka ślazówka kornwalijska (rodzaj malwy) niczym się nie różni od pospolitych chwastów. Ma bladoróżowe kwiaty i szerokie płaskie liście, które w dzień podążają za światłem słonecznym. Jednak to nocne zachowanie jej liści sprawiło, że naukowcy zaczęli się im uważnie przyglądać. Przed wschodem słońca nasza malwa zabiera się do pracy – kieruje się w stronę, skąd niedługo wzejdzie słońce. Roślina wydaje się pamiętać, gdzie wschodziło ono w poprzednie dni, i ustawia się tak, aby od samego rana zapewnić sobie jak największą porcję energii słonecznej. Kiedy w warunkach laboratoryjnych naukowcy próbowali zdezorientować ślazówkę, zmieniając kierunek, z którego dochodzi światło, po prostu uczyła się ustawiać inaczej.

Co w ogóle oznacza stwierdzenie, że ślazówka poznaje i zapamiętuje lokalizację wschodu słońca? Sam pogląd, że rośliny mogą wykazywać inteligencję, a co dopiero uczyć się czy zapamiętywać informacje, nie mieścił się do niedawna w wyobraźni ortodoksyjnych naukowców. Ponieważ wspomnienia mają charakter poznawczy, dla niektórych teoretyków ich występowanie stanowi wyróżnik tego, czy w danym organizmie zachodzą elementarne procesy myślowe. Pamięć wymaga przecież mózgu, a roślinom brakuje podstawowego systemu nerwowego, jaki mają chociażby owady i robaki.

Po pierwsze: poznać sąsiadów

Ostatnia dekada mocno zachwiała tym poglądem. Ślazówka nie jest żadną anomalią, a rośliny nie stanowią biernych, tyle że organicznych automatów. Wiemy już, że potrafią zbierać i łączyć informacje o dziesiątkach zmiennych środowiskowych oraz wykorzystują te dane, aby elastycznie przystosowywać się do warunków, w których przyszło im funkcjonować.

Informacja

Z ostatniej chwili! To trzecia z Twoich pięciu treści dostępnych bezpłatnie w tym miesiącu. Słuchaj i czytaj bez ograniczeń – zapraszamy do prenumeraty cyfrowej!

Subskrybuj

Umieją np. stwierdzić, czy otaczają je organizmy roślinne z nimi spokrewnione, czy nie, i w zależności od tego dostosować strategie zapewniania sobie substancji odżywczych. Niecierpek jest jedną z kilku roślin, które zwykle przekierowują więcej zasobów do rozwijających się liści niż do korzeni w sytuacji, gdy są otoczone „obcymi” roślinami. Ta taktyka pozwala niecierpkowi skuteczniej konkurować o światło słoneczne, ale ulega złagodzeniu w otoczeniu „rodzeństwa”. Rośliny potrafią też uruchomić złożone mechanizmy obronne w reakcji na obecność konkretnych drapieżników. Rzodkiewnik pospolity z rodziny kapustowatych wykrywa wibracje wywoływane przez podgryzające go gąsienice i wydziela substancje odstraszające owady.

Rośliny porozumiewają się również między sobą i z innymi organizmami – jak pasożyty czy mikroby – używając wielu kanałów komunikacji, np. sieci mikoryzowych, które łączą systemy korzeniowe licznych roślin za pomocą strzępków grzybni i działają niczym podziemny Internet. Być może więc to, że rośliny uczą się i używają pamięci, aby przewidywać przyszłość oraz podejmować decyzje, nie powinno budzić w nas aż takiego zaskoczenia.

Pamiętać o zimie

Na czym właściwie polegają uczenie się i pamięć w przypadku roślin? Często wykorzystywanym w tej debacie przykładem jest wernalizacja (jarowizacja), czyli proces, w trakcie którego rośliny muszą zostać poddane odpowiednio niskim temperaturom, żeby móc zakwitnąć na wios­nę. „Wspomnienie zimy” pomaga rośli­nom odróżnić wiosnę (gdy zapylacze, np. pszczoły, są aktywne) od jesieni (gdy zapylaczy nie ma, a decyzja o zakwitnięciu o niewłaściwej porze roku byłaby katastrofą pod względem reprodukcyjnym).

Uwielbiany przez botaników rzodkiewnik pospolity ma gen znany jako FLC. Odpowiada on za wytwarzanie substancji, która nie dopuszcza do otwarcia kwiatów tej rośliny. Mechanizm blokujący FLC aktywuje się wskutek niskich temperatur, ale nie wystarczą przejściowe chłody, potrzeba długotrwałego okresu zimna. Po nim, gdy na wiosnę dni stają się dłuższe, rzodkiewnik, u którego doszło do powstrzymania FLC pod wpływem chłodu, może zakwitnąć.

Skutki oddziaływania temperatury na geny mogą być przekazywane kolejnym pokoleniom komórek po ich podziale – te nowo powstałe będą „pamiętać” wcześ­niejsze zimy. Jeśli okres niskich temperatur trwał wystarczająco długo, rośliny z takimi komórkami, które same nigdy nie doświadczyły zimna, będą mogły na wiosnę zakwitnąć, ponieważ zablokują działanie FLC. Takie zjawisko – przekazanie komórek „pamiętających” określony bodziec czy czynnik, który wpłynął na konkretne funkcjonowanie organizmu macierzystego – nazywamy pamięcią epigenetyczną.

Dotyk jako zagrożenie

Ale czy to rzeczywiście pamięć? Botanicy badający pamięć epigenetyczną otwarcie mówią, że zasadniczo różni się ona od pamięci analizowanej przez kognitywistów. Czy użycie terminu „pamięć” to tylko metaforyczny skrót, który oswaja nieznany nam świat epigenetyki poprzez odniesienie go do znanej nam dziedziny pamięci? Czy może podobieństwa między zmianami komórkowymi a pamięcią osobniczą mówią coś więcej o tym, czym naprawdę jest pamięć?

Wspomnienia epigenetyczne i „mózgowe” mają cechę wspólną – to trwała zmiana w zachowaniu lub stanie systemu powodowana bodźcem środowiskowym, który już ustąpił. Ta definicja okazuje się jednak zbyt szeroka, bo obejmuje również takie procesy, jak uszkodzenie tkanek, rany czy zmiany metaboliczne. Być może ciekawszą kwestią okaże się nie to, czy wspomnienia są niezbędne do poznania, ale jakie rodzaje wspomnień wskazują na istnienie procesów poznawczych oraz czy takie procesy zachodzą w roślinach. Innymi słowy, zamiast skupiać się na samej koncepcji „wspomnień”, warto przyjrzeć się czemuś bardziej podstawowemu – temu, jak one powstają.

„Rośliny zapamiętują i dobrze wiedzą, co się wokół nich dzieje” – mówi ekolożka behawioralna Monica Gagliano z University of Western Australia. Prowadzi ona badania nad roślinami z wykorzystaniem technik behawioralnych stworzonych z myślą o uczeniu zwierząt. Uważa, że skoro badanie roślin w ten sposób przynosi konkretne rezultaty – podobne jak w przypadku organizmów, które są w stanie uczyć się i zapamiętywać – nasuwa się wniosek, że rośliny także mają zdolności poznawcze. Przykładem dogłębnie przebadanej formy uczenia się jest habituacja – narażenie na bodziec nieoczekiwany, ale nieszkodliwy, powodujący reakcję, która z czasem słabnie. Kiedy np. wejdziemy do pomieszczenia, w którym szumi lodówka, dźwięk może okazać się irytujący, jednak zwykle po chwili się do niego przyzwyczajamy i przestajemy go rejestrować. Prawdziwa habituacja wiąże się z konkretnym bodźcem, więc wprowadzenie innego, potencjalnie niebezpiecznego, znowu wywoła reakcję. Głośny huk najprawdopodobniej nas wystraszy, nawet gdy przebywamy w pomieszczeniu z szumiącą lodówką. Ten proces to dyshabituacja. Pozwala on odróżnić autentyczne uczenie się od zmian innego rodzaju, powodowanych np. zmęczeniem.

W 2014 r. Gagliano wraz z zespołem przebadała zdolność uczenia się niewielkiej płożącej byliny mimozy wstydliwej, znanej też jako czułek wstydliwy. Ta druga nazwa zwyczajowa (jak również nazwa angielska: touch-me-not, czyli „nie dotykaj mnie”) pochodzi od reakcji obronnej na dotyk – liście mimozy składają się w odpowiedzi na zagrożenie. Kiedy pojemnik z rośliną upuszczano z niewielkiej wysokości (czyli czułek znajdował się w sytuacji, której nie mógł znać z ewolucji), bylina nauczyła się, że nie stanowi to zagrożenia, i nie składała liści. Jednak nagłe potrząś­nięcie nią wywoływało już zwyczajową reakcję. Gagliano i jej współpracownicy ustalili też, że proces habituacji mimozy jest zależny od kontekstu. Rośliny te uczyły się szybciej w ciemniejszych pomieszczeniach, gdzie składanie liści pociągało za sobą większy koszt energetyczny ze względu na małą ilość światła i potrzebę zachowania energii. (Zespół Gagliano nie był pierwszym, który zastosował podejście behawioralne do badania uczenia się roślin, takich jak mimoza wstydliwa, ale wcześniejsze badania nie zawsze kontrolowały wszystkie zmienne, więc wyniki odbiegały od siebie).

Perspektywa zoocentryczna

A co z bardziej złożonymi procesami? Większość zwierząt ma zdolność asocjatywnego czy warunkowanego uczenia się, w ramach którego kojarzy ze sobą dwa powiązane bodźce. Dzięki temu można nauczyć psa, żeby przybiegał, gdy się na niego zagwiżdże – nasz pupil kojarzy to zachowanie ze smaczkiem lub czułością. W innym artykule, opublikowanym w 2016 r., zespół pod kierownictwem Gagliano badał, czy groch zwyczajny jest w stanie skojarzyć ruch powietrza z dostępnością światła. Sadzonki umieszczono na dole pojemniczka o kształcie litery Y tak, aby owiewał je podmuch dochodzący z jednej z odnóg – tej lepiej oświetlonej. Roślinom pozwolono rozrastać się w kierunku dowolnej odnogi, żeby sprawdzić, czy wytworzyły takie skojarzenie. Okazało się, że rośliny wyuczyły się odruchu warunkowego w sposób adekwatny do sytuacji.

Mamy coraz więcej dowodów na to, że rośliny wykazują część cenionych przez nas zdolności uczenia się, które dotąd uznawano za zarezerwowane dla zwierząt. Dlaczego tak długo zajęło nam dojście do wspomnianego wniosku? Oto mały eksperyment, który pomoże nam to zrozumieć. Popatrzcie na poniższą grafikę. Co ona przedstawia?

Większość ludzi, odpowiadając na to pytanie, pewnie nazwie klasę zwierząt (dinozaury) i czynność, którą te stworzenia wykonują (walczą, skaczą). A jeśli są wśród nas fani dinozaurów, to zidentyfikują konkretne zwierzęta (rodzaj Dryptosaurus). Mało prawdopodobne jednak, że mchy, trawy, krzewy i drzewa z obrazka doczekają się jakiejkolwiek wzmianki – co najwyżej zostaną określone jako tło lub sceneria głównego wydarzenia, czyli zwierząt „w terenie”.

W 1999 r. James Wandersee i Elisabeth Schussler, popularyzatorzy biologii, nazwali to zjawisko roślinoślepotą (czy też: ślepotą na rośliny), tj. skłonnością do niezauważania zdolności i zachowań roś­lin oraz ich wyjątkowej, a także aktywnej roli w otoczeniu. Traktujemy je jako część tła, a nie jako aktywnych aktorów w ekosystemach.

Niektóre z powodów roślinoślepoty są uwarunkowane historycznie – to pozostałości dawno zdezaktualizowanych poglądów, które nadal mają negatywny wpływ na nasze myślenie o przyrodzie. Wielu badaczy do dziś pracuje, opierając się na założeniach koncepcji Arystotelesa, znanej jako drabina istnienia (łac. scala naturae). Zgodnie z nią rośliny lokuje się na samym dole hierarchii (wyznaczając ich zdolności i znaczenie), człowiek zaś znajduje się na jej szczycie. Arystoteles podkreślił fundamentalną przepaść między nieruchomym życiem nieczujących roślin a aktywnym, zmysłowym królestwem zwierząt. Według filozofa przepaść między zwierzętami a ludźmi była równie przepastna – nie uważał on zwierząt za zdolne w jakikolwiek sposób do myślenia. Odkąd idee tego rodzaju wróciły do obiegu w zachodnim systemie edukacji na początku XIII w. i w dobie renesansu, pozostają niemal nie do podważenia po dziś dzień.

Współcześnie moglibyśmy nazwać to stereotypowe podejście do niezwierząt „zooszowinizmem”. Jest ono dobrze udokumentowane w systemie edukacyjnym, podręcznikach do biologii, trendach wydawniczych, a także obecne w mediach. Co więcej, dzieci dorastające w miastach zazwyczaj pozbawione są kontaktu z roś­linnością, nie zajmują się sadzonkami, więc nie zdobywają wiedzy z pierwszej ręki. Nawet nie obserwują roślin, przez co ich nie rozumieją.

Szczegóły tego, jak działają nasze ciała – nasz system percepcji, orientacyjny system uwagi oraz system poznawczy – przyczyniają się do roślinoślepoty i do naszych uprzedzeń. Rośliny zwykle nie wyskakują nam na drogę, nie stanowią bezpośredniego zagrożenia ani nie zachowują się w sposób, który by miał na nas jednoznaczny wpływ. Wyniki badań potwierdzają, że ich obecność dostrzegamy rzadziej niż zwierząt, nie zwracają one naszej uwagi równie szybko i dużo łatwiej o nich zapominamy. Często traktujemy je jak przedmioty albo zwyczajnie wymazujemy z pola widzenia. Zachowanie roślin nierzadko wynika ze zmian chemicznych i strukturalnych, które po prostu zachodzą w skali mikro i są powolne lub – przeciwnie – błyskawiczne, więc ludzki mózg nie może ich zarejestrować bez wsparcia specjalistycznego sprzętu.

Skoro sami jesteśmy zwierzętami, łatwiej nam uznać zachowanie zwierzęce za zachowanie per se. Niedawne badania z zakresu robotyki dowodzą, że jesteśmy bardziej skłonni przypisać takie właściwości, jak emocje, intencyjność i zachowanie układom, które nie odbiegają od zachowań ludzi czy zwierząt. Nasza decyzja, by zinterpretować jakiś proces jako przejaw umiejętności poznawczych, wydaje się więc zależna od stopnia upodobnienia go do naszych własnych zachowań. To z kolei pomaga wytłumaczyć, skąd się bierze intuicyjna niechęć do tego, by przypisać zdolności kognitywne roślinom.

Funkcjonowanie „online” i „offline”

Możliwe jednak, że uprzedzenie nie jest wyłącznym powodem, dla którego odrzucono hipotezę o występowaniu procesów poznawczych u roślin. Część teoretyków wskazuje, że pojęcia takie jak „pamięć roś­lin” to jedynie zaciemniające sprawę metafory. Gdy próbujemy zastosować teorię kognitywną w sposób precyzyjniejszy, okazuje się, że rośliny funkcjonują pod tym względem odmiennie od zwierząt. Mechanizmy roślinne są złożone i fascynujące – w tej kwestii naukowcy pozostają akurat zgodni – ale rośliny nie są organizmami inteligentnymi. Zachodzi obawa, że definiujemy pamięć zbyt szeroko, przez co pojęcie staje się puste, i że procesy takie jak habituacja nie są, same w sobie, mechanizmami poznawczymi.

Jednym ze sposobów zbadania zasadności posługiwania się definicją pamięci jest rozważenie, czy dany układ korzysta z reprezentacji. Ogólnie rzecz ujmując, reprezentacje to stany odnoszące się do innych rzeczy i mogące je swobodnie zastępować. Kilka kolorowych kresek może wizualnie reprezentować kota, podobnie jak umieszczone na tej stronie słowo „kot”. Takie reprezentacje z reguły przedstawiają również elementy naszego otoczenia i umożliwiają nam orientację w świecie. Gdy zdolność reprezentacji zostaje zaburzona, zdarza się, że przedstawiamy sobie coś, co nie istnieje, jak w przypadku halucynacji. Mniej drastycznym przykładem jest pomyłka, błędna reprezentacja składnika realnego świata. Czasem w zabawny, opaczny sposób zrozumiemy słowa zasłyszanej piosenki lub wzdrygniemy się z lękiem, przeświadczeni, że po ramieniu chodzi nam pająk, podczas gdy w rzeczywistości będzie to tylko mucha. Zdolność do popełniania błędów, umiejętność przeinaczania i mylnej reprezentacji to oznaki, że do nawigowania po świecie dany system korzysta z reprezentacji opartej na informacji i że system ten jest systemem poznawczym.

Gdy tworzymy wspomnienia, przyjmuje się, że zachowujemy część reprezentowanej informacji na później – mamy do niej dostęp w trybie „offline”. Francisco Calvo Garzón, filozof z Universidad de Murcia, przekonuje, że aby dany stan fizyczny lub mechanizm można było uznać za reprezentację, musi on „zastępować rzeczy lub wydarzenia, które są tymczasowo niedostępne”. Według naukowca to, że reprezentacje zastępują coś, czego nie ma w rzeczywistości, jest powodem, dla którego pamięć uznajemy za wyznacznik zdolności poznawczych. Jeśli układ lub mechanizm nie ma umiejętności funkcjonowania „offline”, to nie jest tak naprawdę organizmem inteligentnym, zdolnym przeprowadzać procesy poznawcze.

Z drugiej jednak strony niektórzy teoretycy dopuszczają możliwość, że wybrane reprezentacje mogą funkcjonować wyłącznie „online”. To rozróżnienie odnosi się do reprezentacji i reagowania na zmiany elementów otoczenia w czasie rzeczywistym. Nocna umiejętność antycypowania przez ślazówkę kierunku, z którego wzejdzie słońce, zanim jeszcze pojawi się ono na horyzoncie, wydaje się oparta na reprezentacjach w trybie „offline”. Inne rośliny heliotropiczne, obracające się w kierunku słońca wyłącznie wtedy, gdy przesuwa się ono po nieboskłonie, zapewne polegają na reprezentacji typu „online”. I jako takie – zdaniem badaczy – również mogą wykazywać zdolności poznawcze. Ale to procesy zachodzące „offline” stanowią dobitniejszy dowód na to, że organizm nie reaguje na zmianę w bezpośrednim otoczeniu wyłącznie odruchowo. Jest to szczególnie ważne w sytuacji, gdy formułujemy hipotezy dotyczące takich organizmów jak rośliny, co do zdolności poznawczych których intuicja sugeruje nam sceptycyzm.

Magazynowanie informacji

Czy dysponujemy dowodem, że rośliny reprezentują i zbierają informacje o swoim otoczeniu z myślą o tym, by ich później użyć? W ciągu dnia, korzystając z tkanek układu ruchowego u podstawy łodygi, ślazówka ustawia listki w kierunku słońca. Proces ten jest aktywnie kontrolowany przez zmiany ciśnienia hydrostatycznego wewnątrz rośliny (turgor). Natężenie i kierunek promieni słonecznych kodowane są w wyspecjalizowanej, wrażliwej na słońce tkance, znajdującej się w geometrycznym układzie waskularnym liścia, i magazynowane przez noc. Roślina monitoruje także dane dotyczące cyklu dziennego i nocnego za pomocą wewnętrznego mechanizmu rytmu dobowego, który wyczulony jest na wskazówki środowiskowe sygnalizujące świt i zmierzch.

Nocą, korzystając z informacji ze wszystkich tych źródeł, ślazówka potrafi przewidzieć, gdzie i kiedy słońce wzejdzie następnego dnia. Nie ma do dyspozycji aparatu pojęciowego zawierającego „słońce” czy „wschód słońca”, ale magazynuje informacje o wektorach promieni słonecznych i cyklach dobowych, które umożliwiają reorientację liści przed brzaskiem, tak by ich powierzchnia wystawiona była na działanie słońca przemieszczającego się po niebie. Te informacje pozwalają ślazówce zorientować się w nowym położeniu, gdy w trakcie eksperymentu badającego fizjologię roślin zmieniony zostanie kierunek źródła światła. Kiedy rośliny zamknięte są w przestrzeni pozbawionej oświetlenia, mechanizm adaptacyjny działa „offline” przez kilka dni. Podobnie jak w odniesieniu do innych strategii pokarmowych chodzi o optymalizację dostępnych zasobów, w tym wypadku – promieni słonecznych.

Czy opisany mechanizm można zaliczyć do rodzaju reprezentacji? Czy zastępuje on elementy świata mające wpływ na zachowanie rośliny? Sądzę, że tak. Podobnie jak neuronauka dąży do odkrycia sposobu działania układów nerwowych oraz pamięci zwierząt, tak studia nad florą powoli odkrywają przed nami systemy, które umożliwiają roślinom magazynowanie informacji, dostęp do nich i korzystanie z tych zasobów jak ze wskazówek.

Rośliny to różnorodna grupa organizmów i dopiero zaczynamy poznawać ich niesamowite zdolności. Gdy rozszerzymy własny horyzont poznawczy i wyjrzymy poza królestwo zwierząt, a nawet roślin – na grzyby, bakterie oraz pierwotniaki – możliwe, że zaskoczy nas to, co ujrzymy, czyli że wiele z tych organizmów ma takie same jak my podstawowe strategie zachowań i reguły, w tym zdolność uczenia się oraz pamięć.

Aby pójść krok dalej, musimy poświęcić należytą uwagę mechanizmom roślinnym. Musimy mieć jasno określone zasady, kiedy, jak i dlaczego używamy metafor. Musimy precyzyjnie formułować hipotezy. A gdy dowody wskazują nam kierunek, nawet jeśli wydaje się on daleki od dotychczasowego konsensusu naukowego, to właśnie tam śmiało musimy podążać. Tego typu programy badań są jeszcze w powijakach, ale z pewnością doprowadzą­ do nowych odkryć, które podważą status quo i pozwolą spojrzeć na rośliny z innej perspektywy, a w rezultacie zatrą niektóre tradycyjne granice między królestwami zwierząt a roślin.

Bez wątpienia sama próba wyobrażenia sobie, czym dla tych organizmów może być myślenie, wydaje się karkołomna – brak im przecież podziału na mózg (umysł) i ciało (motoryka). Ale jeśli dostatecznie się przyłożymy, możemy rozszerzyć takie pojęcia, jak „pamięć”, „uczenie się”, „myśl”, które początkowo napędzały nasze dociekania. W wielu przypadkach mówienie o uczeniu się roślin oraz ich pamięci nie jest bowiem jedynie metaforą, lecz stanem faktycznym. Następnym razem więc, gdy natraficie na przydrożną ślazówkę kołyszącą się na słońcu, poświęćcie jej chwilę uwagi. Spójrzcie na nią trochę inaczej. Doceńcie możliwość, którą zapewnia wam ten niepozorny chwast – rzadki wgląd w nadzwyczajne zdolności poznawcze roślin.

Pierwotnie tekst ukazał się w serwisie Aeon.co. Śródtytuły pochodzą od redakcji „Przekroju”.