植物智能

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更新時間: 2013-09-19

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植物不但能通過釋放特殊氣體進行彼此間以及與昆蟲的交流,它們還能通過細胞結構式,進行歐幾里德幾何學計算,就像是個斤斤計較的老闆一樣,連最小的錯誤它們也在幾個月內記得一清二楚。對於越來越多的生物學家而言,植物能夠挑戰並施壓於其它物種,就是一種基本智能的證據。

植物智能錘蘭
植物智能如果科學家對「植物智能」的研究取得最終成果,那麼所有的生物學課本將被改寫,連農民也要與莊稼商量生長計劃。芥草,一種生命期為6周左右的普通植物。如果它那由澱粉控制的「大腦」被切斷,它將失去平衡感,無法找到自己在這個世界上的方向。鬼臼,在美國生長的草本植物,能基於對氣候類型的「計算」,提前兩年制定自身的生長計劃。隨著科學家的一系列新發現,連那些對「植物智能」的進化持懷疑態度的人也不得不承認,即便簡單的蕨類植物也是「聰明」的。一些科學家指出,植物會十分謹慎地思考它們所處的環境,並為將來考慮,征服生存領域和敵人,而且常常能夠進行預謀。這些新發現,幾乎能影響到包括園丁和哲學家在內的每一個人。

植物智能 -簡介

植物的運動,在人們感知的時間尺度里,是很有限的。這就是說,如果以運動來定義智能的前提,植物恐怕是難以言"智"的。在人類容易感知的時間尺度里,植物中能以稱得上能"運動"的只有很少幾類,如含羞草。但如果用慢速拍攝的方法來記錄,人們就可以觀察到植物確切的運動,這個方法,沒有人陌生吧。因此,植物是以一種比人類容易感知的時間尺度要慢的時間尺度來運動的。絕大多少的植物為什麼不用快速的運動呢?因為絕大多數植物

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植物智能金合歡樹會產生一種味道不好的丹寧酸以阻止動物啃食自己
利用免費的太陽光,通過光合作用來獲得能量,而不能進行光合作用的生物,就要通過運動到處去尋找食物(與交配)。

植物的行為是一種對內部與外部信號的反應,在植物中,這種反應是植物生長與發育的過程,象去白化,成花誘導,向光性,再生長等。因此,植物的智能可以簡單定義為:個體生命過程中適應性變異的生長與發育。慢速拍攝所展示出來的植物運動就是生長與發育的結果。

不論是動物還是植物,智能行為都市擴大與優化適合力的進化結果。因此植物中肯定有一種特殊的內部記憶,這種記憶使植物能趨向適合力最大的生境,所謂適合力最大,對於植物而言,是留下最大數目的種子。當生境不是最好時,植物內部的記憶就能產生生長與發育的某種彈性,儘可能多的留下後代。

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學習與記憶是神經網路的神經細胞互相交流的結果。植物中沒有神經與神經網路,但植物細胞間有信號傳遞,這種傳遞信號的分子組,與神經細胞間傳遞信號的分子組非常類似。毫無疑問,植物的生長發育過程涉及植物各部分之間的信號交流,分生組織接受信號。一般認為植物的反射弧在所有條件下都是不變的。

在一場關於智能本質的辯論中,植物如何感知周圍環境並做出反應的新發現成了不可或缺的部分論據。蘇格蘭愛丁堡大學的植物生化學家安東尼·特里瓦弗斯表示,「人們的態度正在發生質的變化。智能的概念,正在從狹隘的、只在人類身上存在的觀點,拓展到更加廣泛的生命體中。」然而對植物「意識」一說,懷疑者則指出,植物是無法戀愛或作詩的,它們那種簡單的反應,真的足以被認為是一種積極的、有意識的邏輯思維嗎?

諾貝爾學獎得主、植物遺傳學家芭芭拉·麥克林托克稱,植物的細胞是「有思想的」。達爾文也曾寫過關於植物根部末梢的「智力」。科學家現在指出,植物不但能通過釋放特殊氣體進行彼此間以及與昆蟲的交流,它們還能通過細胞結構式,進行歐幾里德幾何學計算,就像是個斤斤計較的老闆一樣,連最小的錯誤它們也在幾個月內記得一清二楚。對於越來越多的生物學家而言,植物能夠挑戰並施壓於其它物種,就是一種基本智能的證據。「如果智能指的是獲得並且應用知識的能力,那麼,植物絕對具有智能。」猶他大學的生物學家萊斯利·西伯斯表示。

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植物智能 -啟發

植物智能的另一大啟發是,即便來自同一母體的兩個截枝,或克隆的複製品,在同等的種植條件下,它們的行為也是不同的。愛丁堡大學的特里瓦弗斯說:「人們現在知道,植物存在一種自我識別的能力。之所以沒有人來深入研究它,是因為即使在植物學家的眼中,植物也只是一種能在花瓶中再生的簡單生命體。」

大多數的植物學家仍然在研究神秘的「信號傳遞」機制——複雜的植物行為中,基因和激素的作用次序是如何分配的。然而懷疑者認為,植物的複雜行為只不過是一種機械指令,稱不上智能的產物,它是基因而不是智能決定的。一些人把植物智能看成是相對的,是把複雜的人類特徵過分簡單化。儘管進行了大量研究,植物的複雜指令如何形成及實施的仍然是謎。北卡州立大學的植物學家海克·溫特·賽德羅夫說:「雖然對植物是如何工作的,人們還有很多未知領域,但智能的一大部分是自我意識,植物是沒有這種自我意識的。」

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植物智能 -應用

「植物智能」應用無限
一項NASA(美國航天局)資助的關於重力對農作物影響的研究發現:植物擁有與人類十分類似的神經傳遞素——這或許能提供一些線索,弄清重力如何影響更具感知力的生物。美國國家科學基金還資助了一項有關分子的「時鐘機構」研究,正是通過這種機構,植物知道什麼時候應該生長,什麼時候應該開花。

有關「植物智能」的辯論超出了理論研究的階段。在太空中,「聰明的植物」不但能夠提供食物、氧氣和清潔空氣,同時對孤獨的太空旅行者來說是良好的伴侶。再例如,對於植物平衡感的研究,有助於培育出在1/8地球重力條件下就能生長的莊稼。在地球上,農民還看到了增產的新希望,他們要與植物進行交流,以確定合適的灌溉時間,實現農作物最大幅度的生長。猶他大學的研究人員發現,有種名叫Bypass-1的基因,很可能會幫助農民實現這一夢想。

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植物智能 -研究

不止一項試驗表明植物具有解決問題的能力,那麼這種能力可以稱作智力嗎?這種能力背後的機制是激素、電信號還是某種神經系統?

植物智能玉米、煙草和棉花遭到毛毛蟲啃食時,它們會產生化學物質吸引寄生類黃蜂前來
不論是三腳妖,打人柳還是《恐怖小店》里的食人花.小說中到處都是能走路、能說話,會吃肉或是會用枝條誘捕人的植物的故事。人們的綠朋友們似乎為創作提供了無窮的機會。這或許是因為現實中人們往往將它們視作被動存在的東西——永遠不可能有任何驚人舉動的靜止生命。

但現在正出現一個新的科學領域,挑戰著這些假設。支持者們說,植物是其環境的積極控制者.並且顯示出許多能被稱為聰明的舉動。例如,它們能夠根據對環境的估計來有計劃地生長,它們還能使用創造性的方法擊敗敵人。當然,這場爭論的關鍵在於如何定義智力。愛丁堡大學的植物生物化學家托尼.特里瓦弗斯是植物智能觀的主要支持者,他說:「很顯然,動物身上被許多人認為聰明的舉動也能在植物的行為中看到。智力通常被定義為解決問題的能力,而植物也有。」

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植物會「算計」,牛津大學的科琳·凱利於1992年進行了一項關鍵性的研究,特里瓦弗斯說,這一研究顯示出植物具有解決問題的能力。凱利將一些單獨的菟絲子須(一種不進行光合作用的寄生植物)移植到營養狀況不同的山楂樹上。結果發現,菟絲子更可能纏繞在營養狀況好的宿主上,而拒絕營養狀況差的宿主。它在從宿主身上吸取養料之前就顯示出了這種接受和拒絕的反應。它具有解決問題的能力,能夠選出哪個宿主值得去纏繞,哪個不值得。

特里瓦弗斯解釋道:「在細胞中一定進行著某種計算,但人們不知道這是怎麼完成的。植物能夠對環境進行評估,這意味著它們的行為比人們意識到的要複雜得多。」那麼,人們為什麼直到現在才意識到植物比人們認為的要能幹得多呢?主要就是因為植物活動起來比人們要慢得多。因為人們通常看不到它們在生長,所以很難想到它們能夠行動,更不用說有智力了。然而,當你看到它們的活動「快鏡頭」的時候——想想戴維.阿滕伯勒拍攝的節目——它們看起來更像動物,而認為它們能夠進行複雜行為的觀點也就更容易接受了。另一個原因是,人們研究植物的地方通常是在溫室或花園裡。特里瓦弗斯說:「如果我要觀察獅子的智力水平,最不可能去的地方就是動物園,因為在那兒,它們能做的就是睡和吃。我會去塞倫蓋蒂平原。你得給植物提供一個富有挑戰性的環境,來誘發它們的智能行為。」

植物面臨挑戰時顯示出智能行為的一個很好的例子,就是它們遭到動物攻擊時的反應。以蒿屬植物為例,當受到昆蟲的襲擊時,它會向空氣中釋放揮發性的化學物質,發出有掠食者出現的信號。這些化學物質會向其它植物發出警告,讓它們多產生一種防禦劑,昆蟲是很排斥這種防禦劑的。最近的研究還顯示,野生煙草會「偷聽」蒿屬植物間傳遞的信息,並以此來增強自己的防禦能力。

植物似乎還有自我識別的能力。在2003年公布的一份研究中,以色列科學家將一株植物一分為二,無性繁殖成兩株。在分離幾周之後,兩株植物的根系也各自分開生長,它們也發現自己已經分別成為單獨的植物。特里瓦弗斯說:「顯然存在一種個體意識的現象,一個能夠識別出每個個體都不同的交流系統。我無法想像它們是如何感知這一切的,因為每一種植物中都有數億株個體。」

植物智能 -爭議

植物智能捕蠅草
爭議最大的問題是:植物如何做出這樣的反應呢?人類和其它高級動物通過神經系統和大腦整合來自其所處環境的信號,並做出反應。但植物沒有神經系統,沒有大腦,因此肯定是通過其他途徑做到的。最有可能的解釋是,他們的反應依靠某種激素和電子信號的接收、轉換和反饋系統來協調。北卡羅來納州立大學的植物學家埃里克·戴維斯博士是研究植物遠距離傳遞電信號的主要研究員。戴維斯解釋說:「本質上,電信號的產生是因為細胞膜電位(細胞內外電荷的差異)的改變。所以,離子穿過細胞膜的任何運動都是一次電信號傳遞。如果隨後其他細胞發生電傳遞,就會產生電信號。整株植物的大部分行為反應可能是通過電活動協調完成,只是現在還不得而知。」
約克大學植物學家理查德.菲恩博士對戴維斯的論斷持懷疑態度:「這些試驗的問題在於,他們只觀察非常年幼的幼苗體內的變化。也許他們會發現少量的電信號,但這些足以說明完全成熟的大樹的各項活動機能嗎?」

除了電信號,植物的反應中還涉及了多種激素,這些激素負責促成各種不同的機能。然而,現在還不清楚它們是如何向植物體內各處傳輸的。在一項關於植物生長素(影響生長和辨識不同種類細胞的激素)的研究中,一種負責調控激素移動的蛋白質只在莖部的某些組織中出現。所以,這可能是植物信號傳導過程中的重要結構。猶他大學的植物學家萊斯莉·西伯思研究過植物中的類胡蘿蔔素,發現它們能遠距離移動,從根部到嫩芽。她承認:「人們還不了解它們是如何移動的。有些化合物可以從一個細胞移動到另一個細胞,而有些在細胞間移動時可能必須進入細胞內。」

關於植物反應背後隱藏的機制究竟如何起作用,存在許多爭論。植物學家們習慣於關注信息傳遞中的某一個領域,所以至今仍沒自太多人努力將他們的工作結合起來,形成一個整體的認識。蘭開斯特大學的布賴恩.福德說:「大體上,信號不會單個起作用,因為某個特定信號導致某個特定反應,這樣想過於簡單化了。和人們一樣,植物像一場由各種不同信號組成的芭蕾舞劇,各種信號在其體內來回移動。」人們正開始慢慢揭開植物如何與這些信息傳遞活動相協調的面紗。只是進展很慢。除非人們更了解植物反應中所有路徑間的相互作用,否則「為什麼人們的葉狀同伴像它們所表現的那樣聰明」仍將是個謎。

植物智能 -典型植物

植物智能捕蠅草
金合歡樹
這種樹會產生一種味道不好的丹寧酸以阻止動物啃食自己。被啃食過的金合歡樹葉子會釋放一種氣味,其它同類會識別出,然後在捕食者到來前釋放自己的丹寧酸。

捕蠅草
這個捕食者只會在圈套中的某根茸毛短時間內連續被觸動2次時才會突然閉合,預防意外襲擊。要做到這一點,捕蠅草必須「記住」被觸動的感覺。

玉米
玉米、煙草和棉花遭到毛毛蟲啃食時,它們會產生化學物質吸引寄生類黃蜂前來。寄生類黃蜂會將自己的卵放入啃食植株的毛毛蟲體內,然後毛毛蟲將死去,並養活黃蜂的幼蟲。

錘蘭
這種花會模仿雌性托尼得黃蜂的外表和氣味,以欺騙雄性黃蜂來給自己授粉。一旦雄性黃蜂來到,錘蘭就會「誘捕」它,然後黃蜂全身會沾滿花粉,並傳播給另一朵花。

植物智能 -相關詞條

水生植物沉水植物攀緣植物植物睡眠仙人掌科植物農藥寄生植物
藥用植物植物血型胎生植物植物細胞植物神經被子植物植物克隆
植物檢疫植物腫瘤鹽鹼植物植物修復植物學名植物抗性植物智能
綠化植物植物害蟲低等植物草坪植物植物染料植物纖維植物學
植物繁殖入侵植物沙漠植物植物精油裸子植物植物寵物絲襪花

植物智能 -參考資料
(1)http://news.sina.com.cn/c/2005-03-14/12596079559.shtml
(2)http://www.fzyz.net/news_open.aspx?ID=4599

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