Die Malvaceae-Pflanze Lavatera cretica ist auf den ersten Blick nur ein unauffälliges Unkraut. Diese Malve hat rosa Blüten und breite, flache Blätter, die tagsüber der Sonne folgen. Was die Blume jedoch nachts tut, hat die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft auf die bescheidene Pflanze gelenkt. Einige Stunden vor Sonnenaufgang beginnt die Pflanze, ihre Blätter in die angenommene Richtung des Sonnenaufgangs zu drehen. Malva scheint sich zu erinnern, wo und wann die Sonne in den vergangenen Tagen aufgegangen ist, und wartet dort auf ihn.
Wenn Wissenschaftler im Labor versuchen, die Malve durch Ändern der Position der Lichtquelle zu verwirren, lernt sie einfach eine neue Richtung. Aber was bedeutet diese Aussage im Allgemeinen - dass die Pflanze sich erinnern und lernen kann?
Die Idee, dass Pflanzen intelligent handeln, geschweige denn lernen und Erinnerungen bilden können, war bis vor kurzem eine marginale Sichtweise. Erinnerungen werden grundsätzlich als kognitives Phänomen angesehen, so dass einige Wissenschaftler ihre Anwesenheit als einen notwendigen und ausreichenden Hinweis darauf betrachten, dass der Körper grundlegende Arten des Denkens besitzt. Es braucht ein Gehirn, um Erinnerungen zu bilden, und Pflanzen haben nicht einmal das rudimentäre Nervensystem, das Insekten und Würmer haben.
In den letzten zehn Jahren wurde diese Ansicht jedoch in Frage gestellt. Malve ist keine Ausnahme. Pflanzen sind nicht nur passive organische Automaten. Wir wissen jetzt, dass sie Informationen über Dutzende natürlicher Variablen erfassen und integrieren und dieses Wissen für flexibles, adaptives Verhalten anwenden können.
Beispielsweise können Pflanzen erkennen, ob benachbarte Pflanzen verwandt sind oder nicht, und ihre Fütterungsstrategien entsprechend anpassen.
Impatiens pallida, eine von mehreren Arten, die dafür bekannt sind, den größten Teil ihrer Ressourcen für den Anbau von Blättern und nicht für Wurzeln in Gegenwart von Außenstehenden aufzuwenden, ist eine Taktik, die offenbar darauf abzielt, um Sonnenlicht zu konkurrieren. Umgeben von verwandten Pflanzen verschiebt Touch-Me-Not Prioritäten. Darüber hinaus sind Pflanzen in der Lage, komplexe gezielte Abwehrmechanismen aufzubauen, um bestimmte Raubtiere zu identifizieren. Eine kleine blühende Tal-Ziege (Arabidopsis thaliana) kann die Schwingung ihrer fressenden Raupen verfolgen und spezielle Öle und Chemikalien freisetzen, um Insekten abzuwehren.
Pflanzen kommunizieren auch miteinander und mit anderen Organismen wie Parasiten und Mikroben über mehrere Kanäle - dazu gehören beispielsweise Pilz- "Mykorrhizennetzwerke", die die Wurzelsysteme verschiedener Pflanzen wie eine Art unterirdisches Internet verbinden.
Vielleicht nicht allzu überraschend, dass Pflanzen lernen und das Gedächtnis nutzen können, um Vorhersagen und Entscheidungen zu treffen.
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Was ist in den Konzepten "Lernen" und "Gedächtnis" enthalten, wenn wir über Pflanzen sprechen? Das offensichtlichste Beispiel in der Debatte ist der Vernalisierungsprozess, bei dem einige Pflanzen niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden müssen, um im Frühjahr zu blühen. Das Wintergedächtnis hilft Pflanzen, zwischen Frühling zu unterscheiden, wenn Bestäuber wie Bienen beschäftigt sind, und Herbst, wenn sie frei sind, und die Entscheidung, zur falschen Zeit zu blühen, kann für die Fortpflanzung katastrophal sein.
In der bevorzugten Versuchspflanze der Biologen, Tal's reticulatus, produziert ein Gen namens Flowering Locus C (FLC) eine Chemikalie, die verhindert, dass sich die kleinen weißen Blüten öffnen. Wenn eine Pflanze jedoch einen langen Winter erlebt, messen die Nebenprodukte anderer Gene die Dauer der Exposition gegenüber kalten Temperaturen und unterdrücken den FLC in einer großen Anzahl von Zellen bei kaltem Wetter. Wenn der Frühling kommt und die Tage länger werden, kann eine Pflanze mit einem niedrigen FLC aufgrund der Kälte zu blühen beginnen. Der Anti-FLC-Mechanismus erfordert jedoch eine längere Exposition gegenüber kaltem Wetter, um effektiv zu arbeiten, anstatt kurze Zeiträume mit schwankenden Temperaturen.
Hierbei handelt es sich um das sogenannte epigenetische Gedächtnis. Selbst nach der Rückkehr vernalisierter Pflanzen in warme Bedingungen bleibt der FLC-Gehalt aufgrund der Umgestaltung der Chromatinmarkierungen auf einem niedrigen Niveau. Dies sind Proteine und kleine Radikale, die sich an DNA in Zellen anlagern und die Genaktivität beeinflussen. Das Chromatin-Remodelling kann sogar an nachfolgende Generationen getrennter Zellen weitergegeben werden, so dass sich letztere an vergangene Winter „erinnern“. Wenn die kalte Jahreszeit lang genug war, können Pflanzen mit einigen Zellen, die nicht der Kälte ausgesetzt waren, im Frühjahr noch blühen, da die Chromatinmodifikation die FLC-Expression weiterhin hemmt.
Aber ist es wirklich eine Erinnerung? Botaniker, die das epigenetische Gedächtnis untersuchen, werden als erste zustimmen, dass es sich grundlegend von dem unterscheidet, was Kognitionswissenschaftler studieren.
Ist dieser Begriff nur eine allegorische Konvention, die das bekannte Wort "Erinnerung" mit dem unbekannten Gebiet der Epigenetik verbindet? Oder enthüllen uns die Ähnlichkeiten zwischen zellulären Veränderungen und Erinnerungen auf der Ebene des Organismus unbekannte Tiefen dessen, was Erinnerung wirklich ist?
Epigenetische und "Gehirn" -Erinnerungen haben eines gemeinsam - ständige Änderungen des Verhaltens oder des Zustands des Systems, die durch einen natürlichen Erreger aus der Vergangenheit verursacht werden. Diese Beschreibung erscheint jedoch zu allgemein, da sie auch Prozesse wie Gewebeschäden und Stoffwechselveränderungen abdeckt. Vielleicht ist die interessante Frage hier nicht, ob Erinnerungen für kognitive Aktivitäten benötigt werden oder nicht, sondern welche Arten von Gedächtnis auf die Existenz eines zugrunde liegenden kognitiven Prozesses hinweisen und ob diese Prozesse in Pflanzen existieren. Mit anderen Worten, anstatt das "Gedächtnis" selbst zu betrachten, lohnt es sich, die grundlegendere Frage zu untersuchen, wie Erinnerungen erworben, geformt oder gelernt werden.
"Pflanzen erinnern sich", sagte die Verhaltensökologin Monica Galliano kürzlich in einem Radiointerview. "Sie wissen genau, was los ist." An der University of Western Australia untersucht Galliano Pflanzen mit tierspezifischen Verhaltenslerntechniken. Sie argumentiert, wenn Pflanzen Ergebnisse zeigen können, die darauf hindeuten, dass andere lebende Organismen Erinnerungen lernen und speichern können, müssen wir gleichermaßen die Wahrscheinlichkeit berücksichtigen, dass Pflanzen auch diese kognitiven Fähigkeiten haben. Eine der Formen des Lernens, die sie im Detail untersucht haben, ist die Anpassung, bei der lebende Organismen, die unerwarteten, aber harmlosen Krankheitserregern (Lärm, Blitz oder Licht) ausgesetzt sind, später eine proaktive Reaktion zeigen, die mit der Zeit verblasst.
Stellen Sie sich vor, Sie betreten einen Raum mit einem summenden Kühlschrank: Zuerst ist es ärgerlich, aber in der Regel gewöhnen Sie sich daran und werden höchstwahrscheinlich nach einer Weile aufhören, dieses Geräusch überhaupt zu bemerken. Eine vollständige Anpassung setzt einen bestimmten Reiz voraus. Mit der Einführung eines ausgezeichneten und potenziell gefährlichen Reizes löst das Tier eine neue Abwehrreaktion aus.
Selbst in einem lauten Raum ist es wahrscheinlicher, dass Sie bei einem lauten Knall zusammenzucken. Dies wird als Gewöhnungslinderung bezeichnet und unterscheidet echtes Lernen von anderen Arten von Veränderungen, wie z. B. Müdigkeit.
Im Jahr 2014 testeten Galliano und seine Kollegen die Lernfähigkeiten der Mimose eines schüchternen, kleinen, schleichenden Jahres. Seine Blätter kräuseln sich als Reaktion auf eine Bedrohung. Galliano und seine Kollegen ließen die Mimose aus einer Höhe fallen (was bei der Pflanze in ihrer Evolutionsgeschichte im Prinzip nicht möglich gewesen wäre), und die Pflanze erfuhr, dass sie sicher war und keine Faltungsreaktion zeigte. Eine Reaktion wurde jedoch beobachtet, als die Pflanze plötzlich geschüttelt wurde. Darüber hinaus stellten die Wissenschaftler fest, dass die Anpassung der schüchternen Mimose auch kontextuell bestimmt wurde. Pflanzen lernten schneller in schwach beleuchteten Umgebungen, in denen das Schließen der Blätter aufgrund der geringen Beleuchtung und der Notwendigkeit des Beobachters, Energie zu sparen, teurer war. (Gallianos Team war nicht das erste, das einen Verhaltenslernansatz auf Pflanzen wie schüchterne Mimosen anwendete. Frühere Studien wurden jedoch nicht immer streng kontrolliert und lieferten daher widersprüchliche Ergebnisse.
Aber was ist mit komplexerer Lernfähigkeit?
Die meisten Tiere sind auch zu konditioniertem und assoziativem Lernen fähig, wobei sie lernen, dass zwei Reize miteinander gepaart sind. Auf diese Weise können Sie dem Hund beibringen, sich dem Pfeifgeräusch zu nähern - der Hund beginnt, dieses Verhalten mit einer Belohnung oder Zuneigung in Verbindung zu bringen.
In einer anderen Studie testeten Galliano und seine Kollegen, ob Samenerbsen die Luftbewegung mit der Verfügbarkeit von Licht verbinden können. Sie legten die Samen in ein Y-Labyrinth, von dem einer der Zweige durch Luft in Bewegung gesetzt wurde - es war auch der hellste. Die Pflanzen wurden dann im Labyrinth wachsen gelassen, und Wissenschaftler erwarteten, ob sie den Verein beherrschen würden. Die Ergebnisse waren positiv: Sie zeigten, dass die Pflanzen die konditionierte Reaktion auf situativ bestimmte Weise beherrschten.
Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass Pflanzen einige der inhärenten Lernfähigkeiten von Tieren besitzen. Warum hat es so lange gedauert, das zu realisieren? Sie können ein kleines Experiment machen. Schauen Sie sich dieses Bild an. Was ist hier abgebildet?
Die meisten benennen entweder die allgemeine Tierklasse auf dem Bild ("Dinosaurier") und beschreiben, was sie tun ("Kampf", "Sprung"), oder - wenn ein Dinosaurierfan auftaucht - ein bestimmtes Tier ("Driptosaurus"). Flechten, Gras, Sträucher und Bäume werden selten erwähnt - zum größten Teil werden sie als Hintergrund des Hauptereignisses, des "Schlachtfeldes" der Tiere, wahrgenommen.
1999 nannten die Biologen James Wandersee und Elizabeth Schuessler dieses Phänomen Pflanzenblindheit - eine Tendenz, das Potenzial, Verhalten und die einzigartig aktive Rolle von Pflanzen in der Natur zu ignorieren. Wir behandeln sie als Hintergrundelement und nicht als Wirkstoffe des Ökosystems.
In vielerlei Hinsicht ist diese Blindheit auf die Geschichte zurückzuführen. Wir sprechen von philosophischen Überresten längst abgeschaffter Paradigmen, die unser Verständnis der natürlichen Welt weiterhin beeinflussen. Viele Gelehrte sind immer noch vom berühmten aristotelischen Konzept der Scala Naturae beeinflusst, der "Leiter der Wesen", bei der Pflanzen an der Spitze der Hierarchie der Fähigkeiten und Werte stehen und Menschen an der Spitze stehen. Aristoteles betonte die grundlegende konzeptionelle Trennung zwischen dem unbeweglichen, unempfindlichen Pflanzenleben und dem aktiven und sensiblen Tierreich. Seiner Meinung nach ist der Unterschied zwischen dem Tierreich und der Menschheit ebenso bedeutend; Er glaubte nicht, dass Tiere ein vollwertiges Denken haben. Nach der Verbreitung dieser Ideen in Westeuropa im frühen 12. Jahrhundert und während der Renaissance blieb diese Position des Aristoteles in ständiger Popularität.
Dieses systematische Vorurteil gegen Nichttiere kann heute als Zooshavinismus bezeichnet werden. Es ist im Bildungssystem, in Biologielehrbüchern, in Trends in wissenschaftlichen Publikationen und in den Medien allgegenwärtig. Darüber hinaus interagieren Kinder, die in Städten aufwachsen, selten mit Pflanzen, kümmern sich selten um sie und verstehen sie im Allgemeinen nicht gut.
Die Funktionsweise unseres Körpers - unsere Wahrnehmungs-, Aufmerksamkeits- und Erkennungssysteme - trägt zur Kräuterblindheit und den damit verbundenen Vorurteilen bei. Pflanzen springen nicht auf uns zu, stellen keine Bedrohung dar und ihr Verhalten beeinflusst uns nicht.
Empirische Untersuchungen legen nahe, dass sie nicht so oft bemerkt werden wie Tiere, nicht so schnell Aufmerksamkeit erregen wie Tiere, und wir vergessen sie leichter als Tiere. Wir nehmen Pflanzen als Objekte wahr oder achten überhaupt nicht darauf. Darüber hinaus wird das Verhalten von Pflanzen häufig durch chemische oder strukturelle Veränderungen verursacht, die so klein, schnell oder langsam sind, dass wir sie ohne spezielle Ausrüstung nicht beobachten können.
Da wir selbst Tiere sind, fällt es uns auch leichter, das Verhalten von Tieren zu erkennen. Jüngste Entdeckungen auf dem Gebiet der Robotik zeigen, dass die Forschungsteilnehmer eher bereit sind, Eigenschaften wie Emotion, Intentionalität und Verhalten Systemen zuzuordnen, die menschliches oder tierisches Verhalten nachahmen.
Wir stützen uns auf anthropomorphe Prototypen, um festzustellen, ob das Verhalten vernünftig ist. Dies erklärt unsere intuitive Zurückhaltung, Pflanzen kognitive Fähigkeiten zuzuweisen.
Vorurteile sind jedoch möglicherweise nicht der einzige Grund, warum wir das kognitive Potenzial von Pflanzen abgelehnt haben. Einige Wissenschaftler haben Bedenken geäußert, dass Konzepte wie "Grasblindheit" nur verwirrende Metaphern sind. Wenn die kognitive Theorie weniger abstrakt und vage auf Pflanzen angewendet wird, hat man den Eindruck, dass Pflanzen ganz anders funktionieren als Tiere. Pflanzenmechanismen sind komplex und erstaunlich, geben sie zu, aber sie sind keine kognitiven Mechanismen. Es wird angenommen, dass wir das Gedächtnis so weit geben, dass es seine Bedeutung verliert und dass Prozesse wie Anpassung tatsächlich keine kognitiven Mechanismen sind.
Eine Möglichkeit, die Bedeutung des kognitiven Prozesses zu untersuchen, besteht darin, zu untersuchen, ob das System Repräsentationen verwendet. Ein Satz farbiger Linien kann ein Bild einer Katze bilden, eine Darstellung einer Katze, genau wie das Wort "Katze" in diesem Satz.
Das Gehirn erstellt Darstellungen von Elementen der Umgebung und ermöglicht uns so, in dieser Umgebung zu navigieren. Wenn der Prozess der Repräsentationsbildung fehlschlägt, können wir beginnen, im Geist Bilder von Objekten zu formen, die nicht wirklich in unserer Nähe sind, um beispielsweise Halluzinationen zu sehen. Und manchmal nehmen wir die Welt ein wenig falsch wahr und verzerren Informationen darüber. Ich kann mich in den Texten des Liedes verhört haben - oder schaudern, wenn ich denke, dass eine Spinne an meiner Hand entlang kriecht, wenn es nur eine Fliege ist.
Die Fähigkeit, eingehende Informationen falsch zu interpretieren, ist ein sicheres Zeichen dafür, dass das System informationsreiche Darstellungen verwendet, um durch die Welt zu navigieren. Dies ist das kognitive System.
Während wir Erinnerungen bilden, werden wir wahrscheinlich einige dieser angezeigten Informationen behalten, damit wir sie später offline verwenden können. Der Philosoph Francisco Calvo Garson von der spanischen Universität von Murcia erklärte, dass eine physische Eigenschaft oder ein Mechanismus, um als repräsentativ bezeichnet zu werden, "in der Lage sein muss, vorübergehend unzugängliche Objekte oder Ereignisse darzustellen". Es ist die Fähigkeit der Repräsentation, etwas zu reflektieren, das nicht existiert, behauptet er, die es ermöglicht, das Gedächtnis als Zeichen kognitiver Aktivität zu betrachten. Eine Eigenschaft oder ein Mechanismus, der nicht offline funktionieren kann, kann nicht als wirklich kognitiv angesehen werden.
Andererseits geben einige Wissenschaftler zu, dass einige Darstellungen nur online funktionieren können, dh sie repräsentieren und verfolgen Elemente der Umgebung in Echtzeit. Die nächtliche Fähigkeit der Malve, vorherzusagen, wo die Sonne aufgehen wird, lange bevor sie erscheint, scheint Offline-Darstellungen zu beinhalten. Andere Heliotroppflanzen, die nur der Sonne folgen, wenn sie sich über den Himmel bewegen, verwenden offensichtlich eine Art Online-Darstellung. Und doch können Organismen, die nur Online-Repräsentation verwenden, laut Wissenschaftlern auch als kognitiv angesehen werden. Offline-Prozesse und Gedächtnis sind jedoch überzeugendere Beweise dafür, dass der Körper nicht nur reflexiv auf die Umwelt reagiert. Dies ist besonders wichtig in Bezug auf die Untersuchung von Organismen, die wir intuitiv nicht als kognitiv betrachten, wie z. B. Pflanzen.
Gibt es Hinweise darauf, dass Pflanzen Informationen über die Umgebung zur späteren Verwendung anzeigen und speichern?
Tagsüber dreht die Malve ihre Blätter mithilfe des motorischen Gewebes an der Basis des Stiels in Richtung Sonne. Dieser Prozess wird aktiv durch Änderungen des Wasserdrucks in der Pflanze gesteuert. Dies wird als Turgor bezeichnet. Das Ausmaß und die Richtung des Sonnenlichts werden in lichtempfindlichen Geweben codiert, die über das geometrische Muster der Venen der Malvenblätter verteilt sind, und Informationen darüber werden bis zum Morgen gespeichert. Die Pflanze verfolgt auch die Zyklen von Tag und Nacht mit ihrer internen circadianen Uhr, die empfindlich auf natürliche Signale von Sonnenuntergang und Sonnenaufgang reagiert.
Nachts kann Malve anhand von Informationen aus all diesen Quellen vorhersagen, wo und wann die Sonne am nächsten Morgen aufgehen wird. Es funktioniert möglicherweise nicht mit Konzepten wie "Sonne" oder "Morgendämmerung", sondern speichert Informationen über den Vektor der Sonne und die Zyklen von Tag und Nacht, die es ihm ermöglichen, seine Blätter vor dem Morgengrauen so neu auszurichten, dass ihre Oberfläche der aufgehenden Sonne zugewandt ist. Es ermöglicht der Pflanze auch, eine neue Position zu erlernen, wenn Physiologen ihren Kopf täuschen, indem sie die Richtung der Lichtquelle ändern. In künstlich erzeugter Dunkelheit kann der Antizipationsmechanismus auch mehrere Tage offline funktionieren. Es geht darum, die verfügbaren Ressourcen zu optimieren - in diesem Fall das Sonnenlicht.
Kann dieser Mechanismus als "Repräsentation" betrachtet werden, die die Elemente der umgebenden Welt ersetzt, die das Verhalten der Pflanze bestimmen? Ich glaube schon.
So wie Neurowissenschaftler versuchen, die Mechanismen des Nervensystems zu identifizieren, um das Gedächtnis bei Tieren zu untersuchen, versuchen Pflanzenforscher, die Mechanismen des Gedächtnisses zu verstehen, die es Pflanzen ermöglichen, Informationen zu speichern und zu verwenden, und dieses Gedächtnis auch zu verwenden, um ihr Verhalten anzupassen.
Wir fangen gerade erst an, die einzigartigen Fähigkeiten dieser flexiblen und vielfältigen Gruppe von Organismen zu verstehen. Wenn wir unsere Neugier über das Tierreich und sogar das Pflanzenreich hinaus erweitern, um Pilze, Bakterien und Protozoen zu untersuchen, werden wir überrascht sein, dass viele dieser Organismen dieselben grundlegenden Verhaltensstrategien und -prinzipien anwenden wie wir selbst, einschließlich der Fähigkeit zu Arten lernen und Erinnerungen bilden.
Um Fortschritte zu erzielen, muss den Mechanismen besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Wir müssen klar verstehen, wann, wie und warum wir auf Allegorie zurückgreifen. Sie sollten in Ihren theoretischen Aussagen präzise sein. Und wenn die Beweise uns in eine Richtung weisen, die im Widerspruch zur herkömmlichen Weisheit steht, sollten wir mutig folgen, wohin sie führt. Solche Forschungsprogramme stecken noch in den Kinderschuhen, aber sie generieren sicherlich weiterhin neue Entdeckungen, die das menschliche Verständnis von Pflanzen untergraben und erweitern und die üblichen Grenzen verwischen, die das Pflanzenreich vom Tierreich trennen.
Der Versuch, darüber nachzudenken, was Denken im Allgemeinen bei diesen Organismen bedeuten kann, ist natürlich eher ein Flug der Fantasie, da sie tatsächlich keine Unterteilung in Gehirn (Geist) und Körper (Bewegung) haben.
Mit etwas Mühe können wir jedoch irgendwann über die bestehenden Konzepte von "Gedächtnis", "Lernen" und "Denken" hinausgehen, die ursprünglich unsere Anfrage angetrieben haben.
Wir sehen, dass in vielen Fällen die Argumentation über die Lern- und Gedächtnisprozesse in Pflanzen nicht nur auf allegorischen Bildern beruht, sondern auch auf trockenen Fakten. Und wenn Sie das nächste Mal auf eine Malve am Straßenrand stoßen, die in den Sonnenstrahlen zittert, verlangsamen Sie die Fahrt, betrachten Sie sie mit neuen Augen und denken Sie daran, dass dieses unauffällige Unkraut mit außergewöhnlichen kognitiven Fähigkeiten behaftet ist.
