Greg Gage
2,919,992 views • 9:30

Jestem neurobiologiem i współzałożycielem Backyard Brains. Naszym celem jest wykształcenie następnej generacji neurobiologów. Bierzemy sprzęt używany na studiach i udostępniamy go uczniom w gimnazjach i liceach.

Podczas prezentacji w klasie, żeby pobudzić ich do myślenia o mózgu, który jest skomplikowany, zadajemy proste pytanie z neurobiologii: "Co ma mózg?". Kiedy o to pytamy, uczniowie natychmiast odpowiadają, że kot albo pies ma mózg. Większość odpowie, że nawet mysz lub insekt ma mózg. Prawie nikt nie powie, że roślina, drzewo czy krzak ma mózg. Wtedy zaczynamy drążyć. Pomaga to pokazać, jak działa mózg. Drążymy więc. "Dlaczego pewne organizmy mają mózg, a inne nie?" Wtedy często jako kryterium posiadania mózgu podają zdolność poruszania się. To się oczywiście zgadza. Układ nerwowy wyewoluował, bo bazuje na impulsach elektrycznych. Jest szybki, żebyśmy mogli szybko odpowiadać na bodźce i wykonać ruch, jeśli to konieczne. Żeby drążyć głębiej, mówimy uczniom: "Powiedzieliście, że rośliny nie mają mózgu, ale przecież się poruszają". Każdy, kto ma roślinę, wie, że rośliny się poruszają i kierują w stronę słońca. Słyszymy: "Tak, ale poruszają się powoli. To się nie liczy. Może to być proces chemiczny". Ale co z szybko poruszającymi się roślinami?

W 1760 roku Arthur Dobbs, gubernator Karoliny Północnej, dokonał fascynującego odkrycia. Na bagnach za domem znalazł roślinę, która zamykała się błyskawicznie, kiedy owad wpadł między jej blaszki. Nazwał ją muchołówką. W ciągu dekady zawędrowała do Europy, gdzie badał ją Charles Darwin. Był nią zafascynowany. Nazwał ją najwspanialszą rośliną na ziemi. To był ewolucyjny cud. Roślina, która porusza się szybko, jest rzadkością. Jest mięsożerna, co jest równie rzadkie. To ta sama roślina. Jestem tutaj, żeby pokazać coś znacznie bardziej zadziwiającego. Najwspanialsze jest to, że ta roślina potrafi liczyć.

Żeby to pokazać, najpierw wyjaśnimy kilka pojęć. Tak samo jak podczas lekcji. Przeprowadzimy eksperyment z elektrofizjologii, czyli zrobimy zapis impulsu elektrycznego wysłanego przez neurony albo mięśnie. Podłączam elektrody do nadgarstków. Kiedy je podłączę, na ekranie pojawi się sygnał. Pewnie go znacie. Nazywamy go EKG albo elektrokardiogramem. Pochodzi z neuronów w sercu przewodzących potencjały czynnościowe. Potencjał oznacza napięcie, a czynność - to ruch w górę i w dół, który pobudza reakcję serca widoczną jako sygnał. Zapamiętajcie kształt, na który będziemy patrzeć, bo to ważne. W ten sposób mózg koduje informacje, jako potencjał czynnościowy.

Przetestujmy rośliny. Zaczniemy od mimozy. Nie koktajlu, ale rośliny Mimosa pudica. Pochodzi z Ameryki Centralnej i Południowej i zachowuje się ciekawie. Pierwsze zachowanie, które pokażę, jest reakcją liści na dotyk. Widzimy, że się zamykają. Drugie zachowanie, gdy lekko uderzę w liść, gałązka opada. Dlaczego tak reaguje? Naukowcy nie wiedzą. Jednym z powodów może być zamiar odstraszenia owadów lub mniej atrakcyjny wygląd dla roślinożerców. Jak ona to robi? To ciekawe. Przeprowadzimy eksperyment, żeby to zbadać.

Tak jak zarejestrowaliśmy potencjały elektryczne w moim ciele, zarejestrujemy potencjały elektryczne u tej rośliny, mimozy. Mam przewód owinięty wokół łodygi. Gdzie będzie uziemiony? W ziemi - to taki dowcip elektryków.

(Śmiech)

Zacznę od lekkiego stuknięcia w liść. Spójrzmy na elektryczny zapis tego, co dzieje się wewnątrz rośliny. Tak duży skok, że muszę to zmniejszyć. Co to jest? To potencjał czynnościowy zarejestrowany w roślinie. Skąd się wziął? Bo roślina chciała się poruszyć. Kiedy uderzyłem w receptory dotyku, napięcie wysłane do końca łodygi wywołało ruch. My poruszylibyśmy mięśnie, ale rośliny ich nie mają. Rośliny mają w komórkach wodę. Kiedy napięcie dociera do komórek, otwierają się i uwalniają wodę. To zmienia ich kształt i liść opada.

Tak wygląda potencjał czynnościowy kodujący informację o ruchu. Czy możemy zrobić coś więcej? Sprawdźmy. Zajmiemy się muchołówką. Popatrzmy, co dzieje się wewnątrz liścia, kiedy ląduje na nim mucha. Będę udawał muchę. To jest muchołówka. Na liściu widzimy trzy małe włoski. To są włoski czuciowe. Kiedy mucha ląduje... Dotknę teraz jednego z włosków. Gotowi? Raz, dwa, trzy. Co się stało? Wywołaliśmy potencjał czynnościowy. Jednak muchołówka się nie zamyka. Żeby zrozumieć dlaczego, musimy wiedzieć więcej o zachowaniu muchołówki. Po pierwsze, ponowne otworzenie blaszek zabiera dużo czasu. Około 24 do 48 godzin, jeśli nie ma tam muchy. Kosztuje to dużo energii. Po drugie, nie musi jeść wielu much w ciągu roku. Tylko kilka, a większość energii czerpie ze słońca. Muchy dostarczają składników odżywczych nieobecnych w glebie. Po trzecie, jej blaszki otwierają i zamykają się tylko kilka razy, dopóki pułapka nie obumrze. Dlatego chce być pewna, że w pułapce znajduje się "posiłek", zanim zamknie blaszki. Skąd to wie? Liczy sekundy między kolejnymi dotknięciami włosków. Kiedy ma pewność, że w środku jest mucha, chce poruszyć się szybko. Od pierwszego potencjału czynnościowego zaczyna liczyć: jeden, dwa, jak dojdzie do 20 i nie pojawi się sygnał, wtedy nie zamyka blaszek. Gdy otrzyma drugi sygnał w tym czasie, zamyka się.

Wracamy do eksperymentu. Ponownie dotknę muchołówki. Mówiłem dłużej niż 20 sekund. Zobaczmy, co się stanie, kiedy dotknę włoska drugi raz. Co się stało? Mamy drugi potencjał czynnościowy, ale liść się nie zamknął. Kiedy dotknę znowu, a gdybym był muchą chodzącą po liściu, dotknąłbym włosków kilka razy. Dotknę jeszcze kilka razy, Natychmiast muchołówka się zamyka. Widzimy, że muchołówka dokonuje obliczeń. Próbuje określić, czy mucha jest w pułapce, a potem się zamyka.

Wróćmy do naszego pytania wyjściowego. Czy rośliny mają mózg? Odpowiedź brzmi: nie. Nie mają mózgu. Nie mają ani aksonów, ani neuronów. Nie zapadają na depresję. Nie chcą poznać wyniku meczu Tigersów. Nie mają problemu z samorealizacją. Ale coś je z nami łączy. Umiejętność porozumiewania się przy pomocy elektryczności. Wykorzystują trochę inne jony, ale funkcjonują tak samo. Zaprezentuję powszechność potencjałów czynnościowych, które zaobserwowaliśmy w muchołówce, w mimozie i u człowieka.

To waluta wykorzystywana przez mózg. Sposób przekazywania informacji. Można wykorzystać potencjały czynnościowe do przekazania informacji między różnymi gatunkami roślin. To jest międzygatunkowa rozmowa między roślinami. Zaprojektowaliśmy nowy eksperyment. Zarejestrujemy potencjał czynnościowy muchołówki amerykańskiej i wyślemy go do wrażliwej mimozy.

Pamiętacie, co się stało po dotknięciu liści mimozy? Jej receptory dotyku przesyłają informacje w formie potencjału czynnościowego. Co by się stało, gdybyśmy wykorzystali potencjał czynnościowy muchołówki i przesłali go do łodyg mimozy? Powinniśmy wywołać reakcję w mimozie bez dotykania jej.

Pozwólcie, że zacznę. Pobudzę mimozę przez dotknięcie włosków w muchołówce. Prześlemy informacje o dotyku z jednej rośliny do drugiej

Sami widzicie.

(Brawa)

Mam nadzieję, że nauczyliście się dzisiaj czegoś o roślinach. I nie tylko. Rozumiecie, że rośliny pomagają w nauczaniu neurobiologii a także neurorewolucji.

Dziękuję.

(Brawa)