Яагаад ургамалд мэдрэлийн импульс хэрэгтэй вэ?

2024 Зохиолч: Seth Attwood | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-16 16:12

Олон зуун жилийн настай царс мод, өтгөн өвс, шинэхэн ногоо - ямар нэгэн байдлаар бид ургамлыг амьд амьтан гэж үздэггүй, дэмий хоосон. Туршилтаас харахад ургамал нь мэдрэлийн системийн нэг төрлийн нарийн төвөгтэй аналог бөгөөд яг л амьтад шиг шийдвэр гаргах, дурсамж хадгалах, харилцах, бие биедээ бэлэг өгөх чадвартай болохыг харуулж байна.

Оквудын их сургуулийн профессор Александр Волков ургамлын электрофизиологийг илүү нарийвчлан ойлгоход тусалсан.

Сэтгүүлч: Би таны нийтлэлүүдийг олж харах хүртлээ хэн нэгэн ургамлын электрофизиологи хийж байна гэж хэзээ ч бодож байгаагүй

Александр Волков: Та ганцаараа биш. Олон нийт ургамлыг амьд гэдгийг нь ч мэдэлгүй хоол хүнс, ландшафтын элемент гэж хардаг. Нэгэн удаа би Хельсинк хотод ургамлын электрофизиологийн талаар илтгэл тавьж байтал хамт ажиллагсад маань "Би өмнө нь холилдохгүй шингэн гэсэн ноцтой сэдвийг хөнддөг байсан бол одоо жимс, хүнсний ногоотой холбоотой" гэж их гайхсан. Гэхдээ энэ нь үргэлж тийм байсангүй: ургамлын электрофизиологийн талаархи анхны номууд 18-р зуунд хэвлэгдэн гарсан бөгөөд дараа нь амьтан, ургамлын судалгаа бараг зэрэгцээ байдлаар явагдсан. Жишээлбэл, Дарвин үндэс нь нэг төрлийн тархи, бүхэл бүтэн ургамлын дохиог боловсруулдаг химийн компьютер гэдэгт итгэлтэй байсан (жишээлбэл, "Ургамал дахь хөдөлгөөн" -ийг үзнэ үү). Дараа нь Дэлхийн нэгдүгээр дайн эхэлж, хүмүүст шинэ эм хэрэгтэй байсан тул амьтдын электрофизиологийн судалгаанд бүх нөөцийг зарцуулав.

В: Энэ нь логик юм шиг санагдаж байна: лабораторийн хулгана нь нил ягаанаас хамаагүй илүү ойр байдаг

А. В: Бодит байдал дээр ургамал, амьтдын ялгаа нь тийм ч том биш бөгөөд электрофизиологийн хувьд ерөнхийдөө хамгийн бага байдаг. Ургамал нь нейрон-флоем дамжуулагч эдийн бараг бүрэн аналогтой байдаг. Энэ нь нейронтой ижил бүтэц, хэмжээ, үүрэг гүйцэтгэдэг. Ганц ялгаа нь амьтанд натрийн болон калийн ионы сувгийг мэдрэлийн эсүүдэд үйл ажиллагааны потенциалыг дамжуулахад ашигладаг бол ургамлын флоем, хлорид, калийн ионы сувгийг ашигладаг. Энэ бол мэдрэлийн физиологийн бүх ялгаа юм. Германчууд саяхан ургамалд химийн синапс олсон, бид цахилгаан, ерөнхийдөө ургамал нь амьтдын адил нейротрансмиттертэй байдаг. Энэ нь бүр логик юм шиг надад санагдаж байна: хэрэв би ертөнцийг бүтээж байсан бол би залхуу хүн байсан бол бүх зүйл нийцтэй байхын тулд бүх зүйлийг ижил болгох байсан.

Яагаад ургамалд мэдрэлийн импульс хэрэгтэй вэ?

Бид энэ талаар огт боддоггүй ч ургамал нь амьдралынхаа туршид хүн эсвэл бусад амьтдаас илүү олон төрлийн дохиог гадаад орчноос авдаг. Тэд гэрэл, дулаан, таталцал, хөрсний давсны найрлага, соронзон орон, янз бүрийн эмгэг төрүүлэгчид хариу үйлдэл үзүүлж, хүлээн авсан мэдээллийн нөлөөн дор тэдний зан төлөвийг уян хатан байдлаар өөрчилдөг. Жишээлбэл, Флоренцийн их сургуулийн Стефано Манкусогийн лабораторид авирч буй буурцагны хоёр найлзуураар туршилт хийжээ. Эрдэмтэд ургамлын хооронд нийтлэг дэмжлэгийг тогтоож, найлзуурууд түүн рүү уралдаж эхлэв. Гэвч эхний ургамал тулгуур дээр авирангуут хоёр дахь нь өөрийгөө ялагдсан гэдгээ шууд таньж, энэ чиглэлд ургахаа больсон юм. Баялгийн төлөөх тэмцэл нь утгагүй бөгөөд аз жаргалыг өөр газраас хайх нь дээр гэдгийг ойлгосон.

W: Ургамал хөдөлдөггүй, удаан ургадаг, ерөнхийдөө яаралгүй амьдардаг. Тэдний мэдрэлийн импульс илүү удаан тархах ёстой юм шиг санагддаг

Александр Волков: Энэ бол шинжлэх ухаанд эрт дээр үеэс бий болсон төөрөгдөл юм. 19-р зууны 70-аад оны үед британичууд Сугар ялааны хавхны үйл ажиллагааны чадавхи секундэд 20 см-ийн хурдтай тархдаг гэж хэмжсэн боловч энэ нь алдаа байв. Тэд биологич байсан бөгөөд цахилгаан хэмжилт хийх арга техникийг огт мэддэггүй байв: Британичууд туршилтандаа удаан вольтметр ашигласан бөгөөд энэ нь мэдрэлийн импульс тархахаас ч удаан бүртгэгдсэн нь хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй юм. Мэдрэлийн импульс нь дохионы өдөөх газар, түүний шинж чанараас хамааран маш өөр хурдтайгаар ургамлаар дамждаг болохыг бид одоо мэдэж байна. Ургамал дахь үйл ажиллагааны потенциалын тархалтын хамгийн дээд хурд нь амьтдын ижил үзүүлэлттэй харьцуулж болох бөгөөд үйл ажиллагааны потенциал дамжсаны дараа амрах хугацаа нь миллисекундээс хэдэн секундын хооронд хэлбэлзэж болно.

W: Эдгээр мэдрэлийн импульсийг ургамал юунд ашигладаг вэ?

А. В: Сурах бичгийн жишээ бол би дээр дурдсан Сугар ялааны хавх юм. Эдгээр ургамлууд нь маш чийглэг хөрстэй газар амьдардаг бөгөөд энэ нь агаар нэвтрэхэд хэцүү бөгөөд үүний дагуу энэ хөрсөнд азот бага байдаг. Ялаа баригчид энэ чухал бодисын дутагдлыг шавьж, жижиг мэлхий идэж, цахилгаан хавхаар барьдаг - хоёр дэлбээтэй, тус бүр нь гурван пьезомеханик мэдрэгчтэй байдаг. Шавж аль нэг дэлбээ дээр суугаад эдгээр рецепторт сарвуугаараа хүрэхэд тэдгээрт үйл ажиллагааны потенциал үүсдэг. Хэрэв шавж 30 секундын дотор механик мэдрэгч рүү хоёр удаа хүрвэл хавх хэдхэн секундын дотор хаагдана. Бид энэ системийн ажиллагааг шалгасан - бид Сугар ялааны хавхны урхинд хиймэл цахилгаан дохио өгсөн бөгөөд бүх зүйл ижил аргаар ажилласан - хавх хаагдсан. Дараа нь бид эдгээр туршилтуудыг мимоза болон бусад ургамлуудтай давтан хийснээр ургамлыг хүчээр онгойлгох, хаах, хөдөлгөх, бөхийлгөх - ерөнхийдөө цахилгаан дохио ашиглан хүссэн бүхнээ хийх боломжтойг харуулсан. Энэ тохиолдолд өөр өөр шинж чанартай гадны өдөөлт нь ургамалд үйл ажиллагааны потенциалыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь далайц, хурд, үргэлжлэх хугацаагаараа ялгаатай байж болно.

W: Ургамал өөр юунд хариу үйлдэл үзүүлэх вэ?

А. В: Хэрэв та хөдөө байшиндаа өвс тайрах юм бол үйл ажиллагааны чадвар нь ургамлын үндэс рүү шууд очно. Тэдэн дээр зарим генийн илэрхийлэл эхэлж, устөрөгчийн хэт ислийн нийлэгжилт нь ургамлыг халдвараас хамгаалдаг зүслэгт идэвхждэг. Үүний нэгэн адил, хэрэв та гэрлийн чиглэлийг өөрчилвөл шувуу эсвэл амьтны сүүдрийн сонголтыг таслахын тулд эхний 100 секундэд ургамал түүнд ямар ч хариу үйлдэл үзүүлэхгүй. цахилгаан дохио дахин гарах бөгөөд үүний дагуу үйлдвэр нь гэрлийн урсгалыг хамгийн их байлгах үүднээс секундын дотор эргэлдэнэ. Үүнтэй адил зүйл тохиолдох бөгөөд та буцалж буй ус дусааж эхлэхэд, асаагуур асааж, ургамлыг мөсөнд оруулахад ургамал хүрээлэн буй орчны өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэхийг хянадаг цахилгаан дохионы тусламжтайгаар аливаа өдөөлтөд хариу үйлдэл үзүүлдэг. нөхцөл.

Ургамлын ой санамж

Ургамал нь зөвхөн гадаад орчинд хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлэхээ мэддэг төдийгүй өөрсдийн үйлдлүүдийг тооцоолж чаддаг төдийгүй нийгмийн зарим харилцааг хооронд нь холбодог. Жишээлбэл, Германы ойч Питер Воллебены ажиглалтаас харахад моднууд нь нэг төрлийн нөхөрлөлийн шинж чанартай байдаг: хамтрагч моднууд нь үндэстэй холбоотой байдаг бөгөөд титэм нь бие биенийхээ өсөлтөд саад болохгүй байхыг сайтар хянаж байдаг бол санамсаргүй моднууд нь ямар нэгэн онцгой мэдрэмж төрүүлдэггүй. хөршүүддээ тэд үргэлж илүү их амьдрах орон зай авахыг хичээдэг. Үүний зэрэгцээ өөр өөр төрлийн модны хооронд нөхөрлөл үүсч болно. Тиймээс, ижил Манкусогийн туршилтаар эрдэмтэд Дугласыг нас барахаас өмнөхөн хэрхэн өв үлдээж байгааг ажигласан: түүнээс холгүй орших шар нарс мод нь их хэмжээний органик бодисыг үндэс системээр дамжуулдаг.

W: Ургамал санах ойтой юу?

Александр Волков: Ургамал нь амьтадтай ижил төрлийн санах ойтой байдаг. Жишээлбэл, Сугар ялааны хавх нь ой санамжтай гэдгийг бид харуулсан: занга ажиллахын тулд түүнд 10 микро хос цахилгаан илгээх шаардлагатай боловч үүнийг нэг хуралдаанд хийх шаардлагагүй юм. Та эхлээд хоёр microcoulomb, дараа нь өөр таван, гэх мэт үйлчилж болно. Нийт 10 бол ургамалд шавьж орсон юм шиг санагдаж, тэр нь хаагдах болно. Цорын ганц зүйл бол та сессийн хооронд 40 секундээс илүү завсарлага авах боломжгүй, эс тэгвээс тоолуур тэг болж дахин тохируулагдах болно - та ийм богино хугацааны санах ойтой болно. Ургамлын урт хугацааны ой санамжийг харахад бүр ч хялбар байдаг: жишээлбэл, 4-р сарын 30-нд хаврын нэг хяруу биднийг цохиж, нэг шөнийн дотор бүх цэцэг инжир мод дээр хөлдөж, дараа жил нь 5-р сарын 1 хүртэл цэцэглээгүй. Учир нь энэ нь юу байсныг санаж байсан. Сүүлийн 50 жилийн хугацаанд ургамлын физиологичид ижил төстэй олон ажиглалт хийсэн.

W: Ургамлын санах ой хаана хадгалагддаг вэ?

А. В: Нэгэн удаа би Канарын арлуудад болсон бага хурал дээр Леон Чуатай уулзсан бөгөөд тэр нэгэн цагт дамжуулсан гүйдлийн санах ой бүхий эсэргүүцлүүд байдаг гэж таамаглаж байсан. Бид яриа өрнүүлэв: Чуа ионы суваг, ургамлын электрофизиологийн талаар бараг юу ч мэддэггүй байсан, би - мемристорын талаар. Үүний үр дүнд тэрээр надаас memristors in vivo хайж оролдохыг хүссэн, учир нь түүний тооцоолсноор тэдгээр нь ой санамжтай холбоотой байх ёстой боловч өнөөг хүртэл хэн ч амьд оршнолуудаас олж чадаагүй байна. Бид бүгдийг хийсэн: зуун настын ургамал, мимоза, ижил Сугар ялааны хавхны хүчдэлээс хамааралтай калийн суваг нь угаасаа мемристор гэдгийг харуулсан бөгөөд дараах бүтээлүүдээс алим, төмс, хулууны үр болон өөр өөр ургамалд дурсамжийн шинж чанарыг олж илрүүлсэн. цэцэг. Ургамлын ой санамж нь эдгээр дурсамжтай холбоотой байж болох ч энэ нь одоогоор тодорхойгүй байна.

W: Ургамал хэрхэн шийдвэр гаргахаа мэддэг, ой санамжтай байдаг. Дараагийн алхам бол нийгмийн харилцаа юм. Ургамал бие биетэйгээ харьцаж чадах уу?

А. В: Аватар кинонд моднууд газар доор хоорондоо харьцдаг хэсэг байдаг гэдгийг та мэднэ. Энэ бол хэн нэгний бодож байгаа шиг уран зөгнөл биш, харин батлагдсан баримт юм. Намайг ЗСБНХУ-д амьдарч байхад бид мөөг түүхээр байнга явдаг байсан бөгөөд мөөгийг мицелийг гэмтээхгүйн тулд хутгаар сайтар зүсэх ёстой гэдгийг бүгд мэддэг байсан. Одоо мицели нь моднууд бие биетэйгээ болон мөөгтэй харилцах боломжтой цахилгаан кабель болох нь тогтоогджээ. Түүгээр ч зогсохгүй мод нь мицелийн дагуу цахилгаан дохио төдийгүй химийн нэгдлүүд эсвэл бүр аюултай вирус, бактерийг солилцдог олон нотолгоо байдаг.

У: Ургамал хүний яриаг ойлгодог тул тэдэнтэй эелдэг, тайван ярилцаж, илүү сайн ургах хэрэгтэй гэсэн домгийн талаар та юу хэлэх вэ?

А. В: Энэ бол зүгээр л домог, өөр юу ч биш.

W: Бид "өвдөлт", "бодол", "ухамсар" гэсэн нэр томъёог ургамалд хэрэглэж болох уу?

А. В: Би энэ талаар юу ч мэдэхгүй. Эдгээр нь аль хэдийн философийн асуултууд юм. Өнгөрсөн зун Санкт-Петербургт ургамал дахь дохионы симпозиум болж, өөр өөр орны хэд хэдэн философич нэгэн зэрэг ирсэн тул одоо энэ сэдвийг хөндөж эхэлжээ. Гэхдээ би юуг туршилтаар туршиж, тооцоолж болох талаар ярьж дассан.

Ургамлыг мэдрэгч болгон

Ургамал нь салбарласан сүлжээг ашиглан үйл ажиллагаагаа зохицуулах чадвартай байдаг. Ийнхүү Африкийн саваннад ургадаг хуайс анааш идэж эхлэх үед навч руу нь хорт бодис ялгаруулаад зогсохгүй, хүрээлэн буй ургамалд аюулын дохио өгдөг дэгдэмхий "түгшүүрийн хий" ялгаруулдаг. Үүний үр дүнд анаашууд хоол хүнс хайж байхдаа хамгийн ойрын мод руу нүүх биш, харин тэднээс дунджаар 350 метр холдох шаардлагатай болдог. Өнөөдөр эрдэмтэд байгаль орчны хяналт болон бусад ажилд байгалиасаа дибаг хийсэн амьд мэдрэгчийн ийм сүлжээг ашиглахыг мөрөөддөг.

В: Та ургамлын электрофизиологийн судалгаагаа практикт хэрэгжүүлэх гэж оролдсон уу?

Александр Волков: Би ургамал ашиглан газар хөдлөлтийг урьдчилан таамаглах, бүртгэх патенттай. Газар хөдлөлтийн өмнөхөн (дэлхийн янз бүрийн хэсэгт цаг хугацааны интервал нь хоёроос долоо хоног хүртэл өөрчлөгддөг) дэлхийн царцдасын хөдөлгөөн нь цахилгаан соронзон орны онцлог шинж чанарыг үүсгэдэг. Нэгэн цагт япончууд аварга том антенны тусламжтайгаар засахыг санал болгож байсан - хоёр километрийн өндөртэй төмрийн хэсгүүд, гэхдээ хэн ч ийм антен барьж чадахгүй байсан бөгөөд энэ нь шаардлагагүй юм. Ургамал цахилгаан соронзон орны нөлөөнд маш мэдрэмтгий тул газар хөдлөлтийг ямар ч антеннаас илүү урьдчилан таамаглаж чаддаг. Жишээлбэл, бид эдгээр зорилгоор зуун настын хандыг ашигласан - бид мөнгөн хлоридын электродуудыг навчтай холбож, цахилгаан үйл ажиллагааг бүртгэж, өгөгдлийг боловсруулсан.

W: Үнэхээр гайхалтай сонсогдож байна. Энэ тогтолцоо яагаад одоо болтол амьдралд хэрэгжихгүй байна вэ?

А. В: Энд гэнэтийн асуудал гарсан. Хараач: таныг Сан Франциско хотын дарга гэж бодъё, хоёр хоногийн дараа газар хөдлөлт болно гэж мэдээрэй. Чи юу хийх гэж байна? Хэрэв та энэ талаар хүмүүст хэлвэл сандралд автсанаас болж газар хөдлөлтөөс ч илүү олон хүн үхэж, бэртэж магадгүй юм. Ийм хязгаарлалтаас болоод би ажлынхаа үр дүнг олон нийтэд нээлттэй хэвлэлээр ч хэлэлцэж чадахгүй байна. Ямар ч байсан бид эрт орой хэзээ нэгэн цагт мэдрэгчтэй үйлдвэрүүд дээр ажилладаг олон төрлийн хяналтын системтэй болно гэж бодож байна. Тухайлбал, цахилгаан физиологийн дохионы шинжилгээг ашиглан хөдөө аж ахуйн ургамлын төрөл бүрийн өвчнийг шуурхай оношлох системийг бий болгох боломжтойг бид нэгэн ажлынхаа хүрээнд харуулсан.

Сэдвийн талаар дэлгэрэнгүй:

Ургамлын оюун ухаан

Ургамлын хэл