O czym szumią wierzby
- 09.06.2016, godz. 16:21
Rośliny to istoty inteligentne. Myślą, czują, podejmują decyzje, komunikują się, pamiętają. Badania neurobiologów odsłaniają fantastyczne wynalazki jakich dokonały rośliny – odkrycia, które mogą zmienić rozwój naszych badań nad sztuczną inteligencją, robotyką, czy IoT. Nasza rozmowa z profesorem Stefanem Mancuso, dyrektorem Międzynarodowego Laboratorium Neurobiologii Roślin Uniwersytetu Florenckiego, prelegentem SAS Forum 2016.
CEO/CIO: Panie Profesorze, neurobiologia roślin to nowa gałąź nauki?
Stefan Mancuso, LINV: Za początek uznać można 2005 r.
Wtedy powstała pierwsza instytucja – laboratorium LINV (International Laboratory of Plant Neurobiology), ufundowane przez prywatnych donatorów, ale dla Uniwersytetu Florenckiego.
Jego założycielami i organizatorami jesteśmy wspólnie z dr Frantiskiem Baluskiem, słowackim botanikiem pracującym na Uniwersytecie w Bonn. W 2005 r. doszło do pierwszej konferencji zbierającej kiełkujące zainteresowania badaczy – biologów, botaników, z całego świata, uporządkowania wiedzy, policzyliśmy się – i zaczęliśmy bardziej metodyczny program badań w ramach wspomnianego LINV.
Zobacz również:
Stefan Mancuso na SAS Forum w Mediolanie
Okazją do wywiadu było SAS Forum „Analytisc Everywhere”, które odbyło się w kwietniu br. w Mediolanie. Stefan Mancuso było jednym z głównych prelegentów forum, w którym udział wzięło blisko 2,5 tys. osób. Forum poświęcone było przyszłości analityki szczególnie w kontekście IoT.
http://www.sas.com/sas/events/16/sasforum-milan.html
Zyskaliśmy nową, inną perspektywę na rośliny, ich wzajemne interakcje i interakcje ze światem zwierząt i ludzi.
Rośliny myślą, reagują, zapamiętują, rozwiązują złożone problemy. Zidentyfikowaliśmy ok. 20 zmysłów, którymi dysponują i posługują się rośliny. Słuch, wzrok (widzenie kształtów), dotyk, węch – eksperymenty dowodzą jak bogate i jak podobne w odczuwaniu świata są rośliny. Wiemy, że to stworzenia inteligentne. Wiemy o ich inteligencji zbiorowej i o organizacji społecznej.
Używa Pan do opisu roślin tych samych określeń, tego samego słownika, choćby na określenie zmysłów, którymi się posługują, jaki znamy do opisu ludzi i zwierząt. Jak daleko idą te analogie?
Podstawowa różnica polega oczywiście na tym, że ośrodki decyzyjne u ludzi i zwierząt są skoncentrowane – u roślin rozproszone. Dwadzieścia zmysłów łączą setki tysięcy receptorów. Inny paradygmat stworzenia, inny więc rozwój inteligencji. Wyjściowe zadanie dla roślin to: jak stworzyć ciało, które może się odtworzyć nawet po utracie 90%.
Poza tym jednak - do opisu zmysłów i funkcji możemy posługiwać się analogicznymi, wspólnymi określeniami. Dokładnie tak samo działa zmysł dotyku, słuchu – to odczucia ekwiwalentne. Choć pod względem chemicznym i w ogóle organizacji procesu są różnice. Rośliny używają innych receptorów i innych nośników informacji.
Ale efekt i cel – są dokładnie te same.
Mogą dotykać liśćmi, mogą dotykać korzeniami. Innych roślin, zwierząt, nas. Świetnie rozwinęły zmysł powonienia. I w ogóle całej sfery komunikacji przez powonienie – wszystkie zapachy, które odbieramy nachylając się nad rośliną, to jej komunikaty. Rośliny są wyjątkowo dobre w produkcji zróżnicowanych, lotnych substancji chemicznych, które stosują w tej bogatej komunikacji.
Eksperyment w LINV, foto: LINV
Wydawałoby się, że nie – jeśli będziemy na gruncie filozofii. Osoba to, z definicji, byt niepodzielny. Roślina zaś z założenia może się podzielić i odtworzyć.
Ale rośliny różnią się oczywiście między sobą. Decyduje o tym ich indywidualne doświadczenie. Jeśli osobowość jest sumą przeżyć i relacji z innymi – to tak.
Potrafię sobie to wyobrazić, ale proszę o przykład.
Opowiem o eksperymencie, który ilustruje kilka kwestii jednocześnie.
Mimoza to roślina, która reaguje na dotyk składając liście. To działanie ma oczywiście na celu ochronę przed uszkodzeniem, zniszczeniem, zjedzeniem przez owada – mimoza wstydliwa potrafi zwinąć liście w 0,8 sekundy. Potem potrzebuje kilku-kilkunastu minut, aby ponownie je rozłożyć.
Rozumiem, że to każdorazowo spory wydatek energetyczny.
Właśnie. Przeprowadziłem eksperyment – nauczyłem mimozę, że nie musi chronić się przed moim dotykiem, bo nic jej wówczas nie grozi, mój dotyk nie skutkuje zniszczeniem. To był charakterystyczny dotyk, którym dotykałem ją w różnych częściach – łodygi, liści. „Poznaliśmy się” i mimoza nie traciła już energii na chowanie się przede mną.
Na jak długo?
Po tym kursie zostawiliśmy mimozę w spokoju na 40 dni – bez żadnego stymulowania, przypominania. Po tym okresie – mimoza nadal pamiętała, że przed moim dotykiem nie musi się chronić a przed innym dotykiem – tak. To bardzo długi czas – większość zwierząt nie ma takich zdolności przechowywania w pamięci wyuczonych rzeczy. Owady pamiętają na przykład najwyżej 24 godziny, potem muszą uczyć się od nowa. Długość czasu zapamiętywania zależy jeszcze od rodzaju bodźca, od rośliny.
Eksperyment 2 w LINV, foto: LINV
I tu właśnie ciekawa obserwacja. W eksperymencie udział wzięły dwie grupy rodzaje roślin. Jedna – nazwijmy ją „bogata”, miała świetny dostęp do światła i wody. Druga – „uboga”, zamieszkała w miejscu mniej nasłonecznionym i nawodnionym, zatem każdy wysiłek – teoretycznie – powinna bardziej rozważyć. Zważyć każdy kwant energii, nim go zużytkuje.
Uboga roślina, nauczyła się szybciej, że nie musi wydatkować energii bezcelowo – po 2-3 powtórzeniach dotknięcia „opanowała materiał”. Roślina bogata mogła sobie z kolei po prostu pozwolić na nieco lenistwa w nauce. Do nauczenia potrzebowała 5-6 powtórzeń. Natomiast obie rośliny przechowały wyuczony wzór.
Rozumiem – mamy zróżnicowane doświadczenie.
Tak. Ale idźmy dalej. Doświadczenie – to także historia naszych relacji z otoczeniem. Rośliny także wzrastają w rodzinie.
Słucham?
Młode drzewo – siewka w gęstym lesie nie ma dość wysokości aby dobić się słońca i światła. Ale wrasta w leśną rodzinę – łączy się korzeniami z innymi roślinami, starszymi i całkiem starymi drzewami, które jej ta drogą przekazują substancje odżywcze do czasu, aż będzie mogła ich produkować sama dostatecznie dużo. Wówczas zresztą sama zacznie dzielić się z jakimś młodszym krewniakiem…
Czy taki mechanizm działa niezależnie od gatunku? Ile czasu trwa taka opieka?
Jak wynika z eksperymentów, drzewa i rośliny z najbliższego otoczenia tworzą klany. U roślin wszystko trwa dłużej, także wychowywanie – średnio 5-7 lat. Dłużej młodymi opiekują się w zasadzie tylko ludzie.
Później również drzewa opiekują się sobą. W Kanadzie przeprowadzono ciekawy eksperyment. Dorosłe drzewo rosnące w lesie odcięto całkowicie od dopływu wody, ale nie odseparowano łączności z innymi drzewami. Drzewo to było i jest utrzymywane przy życiu i ma się doskonale, dzięki pomocy jego „krewniaków”.
Powiedział Pan o skomunikowaniu roślin systemami korzeniowymi. To kolejny system łączności w świecie roślin.
To w zasadzie ich najważniejszy system. Sieć połączeń w lesie jest doskonale rozproszona, ale łączy ze sobą wszystkie drzewa i rośliny. Istnieją w tej sieci punkty węzłowe, rośliny posiadające kontakt z większą liczbą roślin.
Eksperyment w LINV 3, foto: LINV
Tak – rozproszony po to, aby mógł się dotworzyć nawet po pożarze, wichurze, inwazji szkodników. Oczywistą analogią do świata technologii jest Internet – on także był przecież zaprojektowany tak, aby komunikacja przetrwała niszczycielski atak i mogła się odtworzyć choćby z niewielkich ocalałych fragmentów.
Ten system to jednak wewnętrzny system do rozmów w gronie roślin. Z resztą świata rośliny rozmawiają inaczej.
Tak, wspomnieliśmy już o substancjach lotnych.
Rośliny muszą komunikować się i to możliwie szybko, natychmiastowo, z innymi stworzeniami. Kiedy na przykład na liściu rośliny siada larwa, która przymierza się do zjedzenia go, roślina wysyła natychmiast kilka sygnałów zapachowych. Do sąsiadujących roślin – uwaga, jestem zaatakowana. Do zwierząt – potencjalnych wrogów larwy, innych owadów albo zwierząt, na przykład ptaków – „uwaga, tu jest posiłek”.
Nie mogą uciec – dlatego właśnie nawet gdy zniszczone jest 90%, we właściwym czasie mogą się odtworzyć. Wszystkie funkcje są rozproszone, pamięć jest rozproszona.
Rozmawiamy o inteligencji roślin posługując się analogiami. W świecie zwierząt większą inteligencją zwykło się przypisywać drapieżnikom. Rośliny w większości wydają się być ofiarami, może między sobą mają relacje ofiara-drapieżnik. Jak to wpływa na inteligencję poszczególnych gatunków? Czy takie międzygatunkowe albo i obiektywne badania poziomu inteligencji można już prowadzić?
Muszę rozczarować. Wszystkie prowadzone przez biologów badania nad inteligencją napotykają na trudności. Spójrzmy prawdzie w oczy. Potrafimy w zasadzie mierzyć tylko jeden, specyficzny rodzaj ludzkiej inteligencji.
Nie ma w tej chwili takich narzędzi aby badać i mierzyć inteligencję roślin, ale w ogóle nie ma też odpowiednich metod do mierzenia innej inteligencji niż ludzka. Wszystkie grupy roślin, które badamy, przejawiają własne, charakterystyczne cechy inteligencji – których nie potrafimy mierzyć.
Podobnie jak rzecz się ma z osobowością indywidualną, osobą. To po prostu życie. Kiedyś postrzegano rośliny jak automaty. Nie ma tymczasem automatyzmu na zasadzie sygnał – reakcja standardowa. One są różne – to widać w obserwacji. Jest jakaś średnia, rozkład normalny zachowań. Jak u ludzi. Próba na grupie 100 osób nie powie nam o tym, jak wygląda zachowanie pojedynczej osoby z tej grupy. I co nam to powie o wszystkich ludziach, o populacji? Nie powie nam prawdy, to statystyka.
Stefan Mancuso
Stefan Mancuso jest dyrektorem LINV, Laboratorio Internazionale di Neurobiologia Vegetale (Międzynarodowe Laboratorium Neurobiologii Roślin) na Uniwersytecie Florenckim. Jest pionierem neurobiologii, badaczem i autorem licznych publikacji oraz znakomitym popularyzatorem dyscypliny.
Laboratorium powstało dzięki środkom z fundacji Ente Cassa di Risparmio di Firenze. Obecnie obok badań prowadzone są studia, wśród badaczy LINV spotkamy także polskie nazwiska. LINV posiada także oddział w Japonii.
http://www.linv.org
Dokładnie – tymczasem rośliny właśnie nieustannie próbują, eksperymentują.
I są rośliny, które robią to częściej, są wśród nich – powiedzielibyśmy o człowieku – rośliny, osobniki, bardziej twórcze. Ze względu na bardzo różne uwarunkowania. Tak jak wspomniana uboga mimoza. Po 2-3 dotknięciach nie „chowała się” przede mną. Ale kiedy dotknąłem za mocno – reagowała już obronnie.
Proszę powiedzieć - jakie obserwacje mogą być dla nas cenne? Wspomniał Pan o tym, że system korzeniowy rośliny rośliny i system komunikacji korzeniowej w lesie strukturą przypomina Internet. Myślę sobie na przykład o możliwości adaptacji tej modelu zbiorowej rozproszonej inteligencji do badań i prac nad sztuczna inteligencją.
Robotyka jest dla nas interesująca. Dotychczasowe maszyny i systemy sterowania to androidy i animaloidy – systemy decyzji i funkcje na wzór ludzkich i zwierzęcych. Tymczasem plantoid – robot na wzór rośliny, symulujący taki model decyzyjny i podziału funkcji jest bardzo obiecujący. Wystarczy spojrzeć na historię Ziemi: organizmy roślinne okazały się najskuteczniejsze w kolonizacji gleby i w powierzchni Ziemi. To jasna przesłanka, skąd wzór powinny brać urządzenia wysyłane na przykład na obce planety.
Mówi się także dużo o Internecie Rzeczy. Rośliny dysponują własną wielką siecią czujników – każdy pojedynczy wierzchołek korzenia (a na przykład pojedyncza roślina ryżu ma system korzeniowy liczący 622 km, z 13 mln korzeni i blisko 11 milionami wierzchołków korzeniowych)...
...przy okazji wspomina Pan o skali rozproszonego przetwarzania danych przez roślinę...
Tak, to już wspomniany mechanizm zabezpieczenia dopływu informacji i zarazem odpowiedź – co w zastępstwie mózgu steruje myśleniem, decyzjami i reakcjami rośliny.
Wierzchołki korzeniowe nieustannie, równolegle monitorują szereg parametrów chemicznych i fizycznych z otoczenia, ważnych dla rośliny. Ich reakcja polega na zmianie potencjału elektrycznego – jest to sygnał, informacja interpretowana odpowiednio przez rośliny.
Jakie parametry interesują rośliny?
Te, którymi interesuje się także dziś ludzkość – skażenie, pożar, brak wody. Zebranie w postaci mapy elektrofizjologicznych sygnałów emitowanych przez rośliny pozwalałyby więc nam uzyskać bardzo dokładną informację. W oparciu przy tym o najlepiej do natury przystosowaną „infrastrukturę” czujników i pomiaru, zastosować do ochrony przed katastrofami ekologicznymi albo w gospodarce rolnej.
Pomysł na wpięcie roślinnych czujników w system IoT to pomysł na hybrydę.
Nie jedyny pomysł hybrydowy, z którym eksperymentujemy. Obiecujące jest także tworzenie robotów będących hybrydą rośliny i maszyny.
Jest i więcej analogii i pól przenoszenia zaobserwowanych przez Pana i innych neurobiologów wynalazków dokonanych przez rośliny - do naszego świata.
Wolałbym powiedzieć – adaptowanych do wspólnego świata.
Ale zdecydowanie tak, zgodzę się. Być może najważniejsza innowacja – to wykorzystanie inteligencji zbiorowej.
Dziękuję za rozmowę.