Stefano Mancuso 談植物根部的智慧

Stefano Mancuso: The roots of plant intelligence

植物有一些超奇特且具智慧的行為:與天敵抗爭、使獲取食物的機會最大化…但我們可以就此認為它們確實擁有獨立的智慧形式嗎?義大利植物學家Stefano Mancuso提出了耐人尋味的證據。

講者介紹

Stefano Mancuso

Stefano Mancuso是植物神經生物學研究的創始者,這門學問是從遺傳學到分子、細胞和生態群落各方面,探討各層級生物組織中的信號和通訊。

你每天早晨盡心噴水的波士頓腎蕨是否感激你的照料?或你家附近公園中枝繁葉茂的橡樹會因為孩子爬在它多節的枝幹上而感到不快嗎?義大利研究員Stefano Mancuso說,不太可能;但這並不意味著,同樣這類生物有機體無法進行令人不可思議的精巧及動態形式的感知和通訊。 Mancuso在位於佛羅倫斯附近的實驗室和他的團隊探索植物如何通訊,或彼此發射「信號」。植物使用複雜的內部分析系統,用以找尋營養物質、傳播物種、甚至保衛自己以對抗天敵。

譯者介紹

翻譯人員洪曉慧

繁體編輯朱學恒、洪曉慧

簡體編輯朱學恒、洪曉慧

檔案後製處理洪曉慧、謝旻均


Stefano Mancuso 談植物根部的智慧

  • 不久前我翻了一本很舊的雜誌,發現這個關於諾亞方舟故事的觀察檢視。繪製這個觀察檢視的藝術家犯了一些謬誤,其中有差不多有12個錯誤之處。有些錯誤是顯而易見的,像是煙囪、天線、燈、以及方舟上的發條裝置,一些是關於動物以及數量。但在整個方舟故事中,有個相當根本性的錯誤未被提及。問題在於:植物在哪?現在,我們的上帝將使地球永遠被淹沒,或至少淹沒很長一段時間,而沒人關心植物的問題。諾亞需要將毎種鳥類、每種動物、以及每種會動的生物都帶上一對,但沒有提到關於植物的部分。為什麼?同樣在這個故事的另一部分,所有從方舟上出來的只有生物,像是鳥類、牲畜和野生動物,植物不在這些生物當中,這就是重點。這個問題並非來自於聖經,而是某種一直伴隨著人類的東西。

    我們來看看這部很棒的法典,這是來自於文藝復興時期的書。我們可以看到這個自然界層級的圖。這是一個不錯的圖,因為從左邊開始是石頭,石頭之後隨之就是植物;它們只是能活著,我們動物則能夠存活和感覺。在金字塔頂端的是人類,不是一般的人類,是「智人」,有學習能力的人。對像我這樣的人來說,這相當令人欣慰。我是一個教授,在天地萬物的頂端,但這是完全錯誤的看法。你們對教授所知甚詳,但對植物的看法也是錯的。因為植物不僅能夠生存,也能夠感覺。它們的感覺比動物精密得多,給你們看個例子。每一個根尖,都能同時且持續的偵測和監測至少15種不同的化學和物理參數,它們還能夠顯示和展示出這樣神奇和複雜的行為,可用聰明絕頂這個字眼來形容。嗯,但這是某種-這種對植物的低估,是一直伴隨著我們的觀念。

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  • 我們來看這短短的影片。可以看到David Attenborough,David Attenborough是一個真正的植物愛好者,他拍攝了一些關於植物行為最美麗的影片。當他談到植物,一切都是正確的;當他談到動物,往往會忽略植物存在這個事實。藍鯨是地球上最大的動物,這是不對的,大錯特錯。如果相較於正牌的、存在於地球上最大的生物,藍鯨根本是一個侏儒。它就是這個奇妙、宏偉的巨杉。(掌聲)這是一個活的有機體,至少有2000噸重。這個說法,說植物是某種低層級的有機體,已在很久以前,在《論靈魂》一書中被亞里斯多德形式化了。這是一本對西方文明非常有影響力的書,書中寫道,植物是介於生物和非生物臨界點之間的物種,它們只是一種非常低層級的靈魂,稱之為植物性靈魂。因為它們不會運動,所以它們不需要感覺。我們來看看。

    Okay,有些植物的運動是眾所周知的,這是一個非常快速的運動。這是一株 Dionaea,即捕蠅草,正狩獵著蝸牛;可憐的蝸牛。這是幾世紀以來一直被拒絕承認的現象,儘管證據就在眼前。沒人會說植物能夠吃掉動物,因為這是違反自然層級的。但植物也能展現出很多運動情形。有些是眾所周知的,像開花,這只不過是使用一些技巧的問題,如慢速拍攝。其中有些運動則複雜得多。看看這個小豆苗,總是在移動以捕捉光線,真是非常優雅,就像一個跳著舞的天使。它們還能夠玩耍,它們真的是在玩耍。這些是向日葵幼苗,它們正在做什麼?除了玩耍這個字眼以外,很難有更好的形容了。它們正在自我訓練,像許多年幼動物一樣,為成年生活而訓練,它們接收到追蹤太陽的指示,整天均是如此。當然,它們能對重力做出反應,所以嫩芽對抗重力向量生長,根則是順著重力向量生長。但它也能睡覺。這是一株含羞草,在夜間,它們將葉子蜷曲起來並減少運動。在白天,它們的葉子就會開放,並有更大程度的運動。這是有趣的,因為這個睡眠機制是完美守恆的。在植物、昆蟲身上相同,在動物身上也是。所以,如果你需要研究這個睡眠問題,與動物相比較的話,對植物進行研究很容易,甚至在道德上來說也容易多了;這是一種素食實驗。

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  • 植物甚至可以通訊;它們是卓越的通訊者,與其他植物通訊,能夠區分同類和非同類。它們與植物和其他物種通訊,也藉由產生揮發性化學物質與動物通訊。例如在進行授粉作用時。談到授粉,其對植物來說是一件非常重要的事,因為它們需將花粉從一朵花移到另一朵花,但它們無法從一朵花移動到另一朵花,因此需要一個媒介。這個媒介通常是動物,許多昆蟲被植物當作媒介,作為授粉的運輸工具。但不只是昆蟲,甚至鳥類、爬行動物,還有像老鼠、蝙蝠等哺乳動物,都常用於花粉的傳播,這是一件重要的事。植物給予動物一種甜性物質,非常有激發效果,來交換這種花粉的傳播。但有些植物可以操縱動物,如蘭花;承諾給予性和花蜜,事實上卻沒有交換任何東西,即達成花粉的傳播。

    現在,在這一切我們所目睹的行為背後,有個很大的疑問;沒有大腦怎麼可能做到這一切?直到1880年,這個偉大的人-查爾斯.達爾文出版了一本精彩且驚人的書,開啟了一場革命,書名是《植物運動的力量》。在達爾文之前,沒有任何人能夠談論植物的運動。他的書由兒子佛朗西斯協助,他是世上第一個植物生理學教授,任教於劍橋。他們在長達500頁的篇幅中討論植物每一個動作。書中最後一章,這是一種標誌性的文章格式,因為達爾文通常在書中最後一章放上最重要的信息。他寫道,「這麼說毫不誇張;胚根尖端作用就像一個低層級動物的大腦。」這不是比喻,他寫了一些非常有趣的信給他一位朋友虎克,他是當時英國皇家學會主席。因此,英國最高科學權威談論了植物的大腦。

    這是一個在斜坡上逆向生長的根尖,你可以辨認出這種運動;跟蟲、蛇同樣的動作,也和每一種在地面上移動的無腳動物顯現出的相同。這不是個容易的動作,因為要做到這種運動,必須在沒有大腦的情況下移動根的不同區域,並使這些不同區域同步動作。因此我們研究了根尖。我們發現有一個特定區域,就是這裡,塗成藍色的區域,我們稱它為過渡地帶。這個區域是個非常小的區域,不到一毫米。在這個小區域中,消耗了最高量的植物中氧氣,更重要的是會產生這種信號。這裡所看到的信號是行動位能,這個信號相同於我大腦中的神經元,我們大腦用它來交換信息。現在我們知道,一個根尖只有幾百個細胞能顯現出這種功能,但我們知道一個小植物的根尖有多大。像黑麥,幾乎有1400萬條根,1150萬個根尖,總長度為 600公里以上,還有非常大的表面積。

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  • 我們想像一下,每單一根尖在一個網路中與所有其他根尖一起合作。左圖是網際網路,右圖是根的組織,它們以同樣方式運作,它們是一個在網路中運作的小計算機網路。它們為什麼如此相似?因為它們進化有著相同的原因。為了生存捕食,它們以同樣方式運作。所以你可以移除百分之九十的根組織,這株植物會繼續運作;你可以移除百分之九十的網際網路,它依然可以繼續運作。因此,給網路工作者一個建議,關於如何發展網路,植物能夠給你很好的建議。

    另一種是技術上的可能性。讓我們想像,我們可以建造靈感來自於植物的機器人。針對生產機器人方面來看,到目前為止,人的靈感只來自於人或動物。我們有仿動物機器人(animaloid),一般機器人的靈感來自於動物、昆蟲等。我們有仿生機器人(androids),是以人為靈感。但為什麼我們沒有仿植物機器人(plantoid)?嗯,如果你想飛,觀察鳥類很有用,以鳥類為靈感。但如果你想探索土壤,或者如果你想開拓新領土,你能做到最好的就是以植物為靈感,它們在這方面是專家。還有另一種可能性正在我們實驗室進行,就是製造半機器。這樣製造半機器容易多了。半機器意味著某種東西,一半是生物,另一半是機器,與動物相較之下,用植物來做容易多了。它們有計算機的能力、有電子信號、與機器間的連接更加容易,甚至可能道德得多。這是我們正努力進行中的三種可能性;製造由藻類驅動、或最終由葉子、由植物最強大的部分,即根驅動的半機器。

    嗯,謝謝你們認真聽我演講,在結束之前,我保證在這次演示中沒有蝸牛受到傷害。

    謝謝。
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