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植物也可以思考、感受和学习

花匠小妙招
2024-11-12 07:24

利维坦按：此文由利维坦用户“银色子弹”翻译自《New Scientist》，可以算是前两天《你想过这个问题没：植物会思考吗？》一文的延展。这篇文章其实涉及到一个有关什么是“智慧”的定义，按照一般的解释，智慧是“（狭义的）是高等生物所具有的基于神经器官（物质基础）一种高级的综合能力，包含有：感知、知识、记忆、理解、联想、情感、逻辑、辨别、计算、分析、判断、文化、中庸、包容、决定等多种能力。智慧让人可以深刻地理解人、事、物、社会、宇宙、现状、过去、将来，拥有思考、分析、探求真理的能力。”

如果按照这个定义，植物是否具备“智慧”呢？于是这又涉及到了“植物神经学”的定义——植物的确没有神经元，但它们能够敏锐地感知到周围的世界，也可以在没有神经元参与的情况下来记忆东西。所以，极具黑色幽默的问题自然会出现在文章结尾——如果植物是具备“智慧”的，如果它们是能够感到疼痛的……那么素食主义者们会问的问题也许会是：“我该吃什么呢？”

文/Anil Ananthaswamy

译/sherlockshaw

原文/www.newscientist.com/article/mg22429980-400-root-intelligence-plants-can-think-feel-and-learn/

由于拥有地底下的“大脑网络”和反应与记忆能力，植物有其独特的智慧形式，它们甚至会因疼痛而大声喊叫。

史蒂夫·西莱特整个职业生涯中都在与巨型植物打交道。他攀爬并研究了北加利福利亚海岸线一带的大型红杉的树冠层。有时当他从一棵树顶横穿到另一棵时，他会惊叹于周围的这些生命体。“在这个90米高的地方，你会有一种身处能呼吸、有生命的古老森林中的感觉。”史蒂夫说道。史蒂夫是加利福尼亚州洪堡州立大学的教授，他说：“你所处的地方使得你可以和另一个运作完全不同的有机体相互交流。”

亚里士多德与红杉树打交道后，他把植物打发到他“生命阶梯”理论中的最低层，而植物学家一直受他这一理论的折磨。几个世纪以来，几乎没人敢挑战他的判断。现在这一情况终于发生了改变。在过去的几十年里，研究者一直努力更加严肃的对待植物，他们发现植物有着对他们周身环境以及对其他植物的复杂觉知，并且可以交流他们所感知的信息。也有证据表明植物有记忆能力、可以合成大量信息，也许还有注意能力。一些植物学家声称植物是智慧生物，有它们自己的一套神经生物系统。他们甚至会有意识进行初步的交谈。

查尔斯·达尔文应该会赞同这个观点。对于亚里士多德仅仅因为植物不能动而否认植物像我们和其他动物一样拥有生命这个观点，他提出了严肃的质疑。他的一本1880年出版的名为《植物运动的力量》的书引起了争议。但是即使有了达尔文的支持，一个多世纪以来，植物仍然不被生物学家认为是智慧生物。

达尔文《植物运动的力量》

接着在1900年，印度生物物理学家贾格迪什·钱德拉·玻色开始了一系列的实验，这些实验为现在称为“植物神经生物学”的学科奠定了基础。他认为植物会十分活跃地探索周边的环境，并且拥有学习和为目标改变行为的能力。他说，这些行为的关键在于植物的神经系统。过去被认为起输送营养作用的主要位于韧皮部的血管组织，玻色则认为它使得信息以电子信号的形式环游有机体内部。

玻色的观点也远超出他所处的时代。直到1992年，他关于植物广泛传播的电子讯号的观点受到了强烈的支持，当时研究者们发现弄伤一个西红柿苗会导致很大范围内的植物产出一种特定的蛋白质，而且这种反应的速度只能归结为电子信号，而非化学信号通过韧皮部，这正如玻色所假设的一样。这打开了植物行为研究的大门。

缓慢但并不愚蠢

即使是这样，再过了10年后，才有英国爱丁堡大学的安东尼·特里瓦夫斯成为第一个正式引入植物智慧这一主题的人。安东尼将智慧定义为感知环境、加工和合成这类感觉信息并决定采取何种行为的能力。他说：“植物行为研究的最大问题一直都是你不能见证它是如何进行的，”有一些例外，比如捕蝇草的捕食。“但最明显的植物行为是生长，而生长是十分缓慢的，”他说道。这个问题已经由于延时拍摄技术与照相技术的出现而减少了。

用菟丝子植物做例子，在延时拍摄中，一棵菟丝子幼苗看起来像在嗅空气，以此来寻找宿主，当它找到了一个，它会猛冲过去并缠绕住它的“受害者”。它甚至会表现出一种偏好，比如选择西红柿而非麦穗作为宿主。特里瓦夫斯说：“它行动起来非常像条蛇，你不会再质疑植物是有智慧的有机体，因为它们行动得正如你期望动物所具备的行动方式一样。”

菟丝子

特里瓦夫斯一提出植物智力的观点，立即得到了其他研究者的支持。以至于到了2005年，一个以促进讨论和改变人们思考植物的方式为目的的植物神经生物学社群建立起来。其中一个创建者，意大利佛罗伦萨大学的斯特凡诺·曼库索说：“现在有一种大脑沙文主义，即我们会认为大脑是拥有智慧的必备条件。”实则不然，虽然没有神经元和像动物一样的神经系统，植物仍然可以十分完美的进行加工和合成信息，随之产生行为，这就可以称之为智慧。曼库索和该社群的合伙创建者弗兰蒂泽克·巴拉斯加认为，植物根部是产生智能的关键。

意大利佛罗伦萨大学的斯特凡诺·曼库索说：“现在有一种大脑沙文主义，即我们会认为大脑是拥有智慧的必备条件。”实则不然，虽然没有神经元和像动物一样的神经系统，植物仍然可以十分完美的进行加工和合成信息，随之产生行为，这就可以称之为智慧。

植物根部是一个复杂的集合。最底端是根冠，它穿过土壤来为根部导航和保护根部，同时它也可以感知较大范围内的物理环境性质，比如重力、湿度、光照、氧气和土壤营养。在其之后是分生区，它是快速分裂细胞的区域。更靠里边的是伸长区，在这里细胞变长，从而使根部变长也变得弯曲。同时在分生区与伸长区之间的区域是被称为转化区的不寻常的区域。传统意义上，它被认为是没有任何作用的，但巴拉斯加和曼库索认为这正是植物神经中枢所在。

地底下的智慧

他们已经发现转化区具有电活性。而且，其中有一种可以调节植物生长的叫植物生长素（auxin）的激素，在被称为囊的蛋白质容器里输送蛋白质，一旦它们卸下负荷还可以再次被使用。这和动物大脑里的神经递质的运输相近，在动物大脑里，囊的循环利用被认为对通过突触进行的高效而精准的信息交换很重要。这个转化区也是主要的耗氧区，与之类似的是人类的大脑。所有的这些现象让巴拉斯加和曼库索认为当根冠收集了感觉信息后，通过转化区转化为指令给伸长区，由此控制了根部的行为。

有趣的是，这与达尔文的“根部大脑”的假设相一致。在《植物运动的力量》的最后一段，他激励读者把根部想成植物的智慧终端。提到植物的主根或胚根，他写道：“毫不夸张地说，胚根尖端的活动像某种较低等动物的大脑一样。”

“他再一次对了，”曼库索说道，“如果我们需要找到植物的综合加工区域，我们应该看看它的根部。”

和动物智慧相同的地方可不止如此。除了令人着迷的根部转化区可以像大脑一样运作以外，许多植物细胞可以完成类似神经元活动。“在植物里，几乎每一个细胞都可以生产和传送电子信号。在植物根部，每一单个活细胞都可以如此。”曼库索说道，同样的，韧皮部也极其具有电活性，并且能快速发出电子信号。“这就是某种意义上的‘大轴突’，从茎尖延伸到根尖。”巴拉斯加说道。

加拿大基隆拿地区的英国哥伦比亚大学的苏珊·默奇（右），已经证明了像百忧解、利他林、脱氧麻黄碱这些会扰乱我们大脑神经递质的药也会给植物施加相同的影响。

还有一个不寻常的事实是，植物会产生在动物大脑充当荷尔蒙和神经递质的化学物质，比如血清素、Y-氨基丁酸和褪黑素。没有人确切地知道这些化学物质在植物中的意义，也可能仅是植物和动物由于完全不同的缘由进化出相近的分子。不管怎样，加拿大基隆拿地区的英国哥伦比亚大学的苏珊·默奇，已经证明了像百忧解、利他林、脱氧麻黄碱（译者注：中枢兴奋药）这些会扰乱我们大脑神经递质的药也会给植物施加相同的影响。她说：“实在搞不清楚一株植物是能运送还是制造出褪黑素、血清素，实际上植物根部的发展是非常奇怪的，它们是畸形而不连贯的。”

虽然有以上发现，“植物神经生物学”这名字就算在一些支持声音最大的人中也是存在争议的。以色列特拉维夫大学的丹尼尔·查莫维兹说这名字是一个矛盾修辞。“植物恰恰是没有神经元的，这就像是说‘人类花卉生物学’一样，”他说道。确实，植物神经生物学社群受到了太多的阻力，以致于它的创建者被迫把它的名字改为争议较少的植物信号与行为社群。

尽管如此，查莫维兹和其他人并不反对植物对它们所处的环境有着十分敏感的觉知，并有能力用复杂的方式加工、整合信息。事实上，植物对于它环境的觉知恰恰是经常比动物要敏锐，因为植物无法逃离危险，所以必须感知并适应它。例如，动物只有少量光感受器来感知光线，而植物有15个。查莫维兹说：“植物可以敏锐地感知它们的环境，它们可以感知光的方向和性质。不管我们称其为味觉、嗅觉还是信息素，它们用化学物质来进行交流。在被抚摸时或他们被风吹得摇晃时，植物是‘知道’的。它们可以精确地整合所有这些信息，而且它们可以在缺乏神经系统的情况下完成整个整合过程。”

植物同样也可以不需要神经元参与来记忆东西。根据查莫维兹的观点，记忆可以被定义为“记录、储存一件事情，并且过些时候为了做某事而进行回忆”。而植物明显可以做到这些。例如：仅是一次触碰不足以触发捕蝇草像下颌一样的叶子，它会记住第一次触碰，如果它在30秒内再感受到第二次触碰，它就会迅速关闭叶片把虫包住。这是因为第一次触碰引发分子组成陷阱所用的刚毛，第二次触碰促使这些分子集中起来通过一个“门槛”，导致电子脉冲激发出陷阱。

仅是一次触碰不足以触发捕蝇草像下颌一样的叶子，它会记住第一次触碰，如果它在30秒内再感受到第二次触碰，它就会迅速关闭叶片把虫包住。

聪明的植物

甚至还有证据表明植物拥有长时记忆。含羞草当被触摸时可以关闭它的叶子，但是这种防御性行为需要能量，因此它不会在非必要情况下滥用它。当曼库索和他的同事从15厘米高的地方丢一盆含羞草到泡沫板上时，含羞草会关闭叶子来应对坠落。但在仅仅4到6次坠落之后含羞草就会停止关闭，就好像它们意识到坠落不会有危险。但是，它们在身体被触碰后仍然会继续关闭叶子，因为被触碰一般意味着会被吃掉或受到伤害。曼库索说：“甚至在一个月之后，它们有能力区分和明白哪种刺激是危险的，哪种不是。”

这些行为都是非常聪明的，但这不是智能。查莫维兹说道：“我不喜欢‘植物智能’这个术语。我们甚至都不知道对于人类来说智能意味着什么，如果你让5个心理学家聚在一起你会得到20个不同的定义。”

默奇同意上述观点。她承认植物看起来拥有许多使得植物拥有智能成为可能的因素—感觉、觉知、信息整合、长时记忆和适应性学习—但她不认为这些加在一起可以构成智能。而且虽然花了多年研究高耸的红杉树，西莱特仍然充满疑惑：“我不会将其称之为智能，但可称为觉知，这些树对他们的环境的感知很敏锐，而且他们会用许多我们能测量的行为方式来回应环境。”

但是虽然许多研究者十分谨慎，其他人仍然想把我们思考植物的方式推到更具争议的领地中去。巴拉斯加认为植物甚至也许可以感到疼痛，并主张这就是植物有某种意识的标志。动物会被诸如乙烯气体类的麻醉药物给“放倒”。植物则会释放乙烯来调节从发芽到果实成熟的所有过程。它们也会在压力状态下释放乙烯—比如当遭受捕食者袭击或被人类砍伐时—而且周围的植物可以感觉到。默奇说：“乙烯相当于植物的尖叫。”但巴拉斯加更进一步指出，这种气体的大量释放其实是植物准备好被吃掉了。他说：“如果你把乙烯当做麻醉剂，并且假设有些有机体在压力下会释放乙烯，你就会得出结论是植物也许能感受到疼痛。”

甚至巴拉斯加也同意，这些观念是十分具有争议性和猜测性质的。作为当今唯一的植物哲学家，西班牙维多利亚市巴斯克地区大学的麦克尔·马德尔说：“为了避免在争论中简单的将一种观点与另一种观点对立起来，我们需要一个不同的框架来开始考虑意识和智力的概念。”他支持用一种现象学的方式来理解植物，这就涉及到一个问题：从植物的角度来看这个世界看起来是什么样的？

他说：“我们的任务是用某种方式从人类的身影中分离出来，思考注意、意识和智力的含义。我想要我们用一种不同的方式重新考虑智力的含义，这种方式认为人类智力、植物智力和动物智力是更宽泛概念中不同的亚种类，这种更宽泛的概念可以某种方式包括这些不同的生命形式。”

默奇已经开始将这些问题带入她的某个课堂中，使得生物化学和创造性写作的学生一起思考植物智慧问题。她说：“不可避免的是，听众中会有一位素食主义者提问：‘那我能吃什么？’”

这可能看起来像是个轻率的回应，但深入思考植物是否具有智慧可以引导我们改变我们的生活方式。就像马德尔指出的，植物固有的特性意味着它们不能在与他们生长的地方相反的环境下生存下来。相反，它们成为无数有机体中的焦点。他说：“也许我们可以用它们来为我们做榜样，来缓和一下我们与所处环境的过度的隔离，而这种隔离大部分导致了我们发现自己身处的巨大的环境危机中。”