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植物究竟有沒有意識?

2024-08-24科學

輕輕一觸,含羞草的葉片就收起來了,甚至整條枝子都耷拉下去。這是你所熟知的事情。但下面我要說的,你就未必知道了:如果把一株含羞草放進裝有麻醉劑的密封容器裏,你再去碰觸它的葉子,它就會無動於衷。

要是有條件,你可以自己做做這個實驗。麻醉劑不需要很特別。通常用作全身麻醉的二乙醚,效果就很好。牙醫喜歡用的局部麻醉劑利多卡因,在含羞草的根部使用,效果也不錯。事實上,不限於含羞草,所有植物可能都會受麻醉劑的影響,只是在含羞草、捕蠅草這類葉子可以快速舒卷的植物身上,效果更明顯罷了。

西班牙植物行為學家帕科·卡爾沃曾多次在觀眾面前表演過這個魔術。在驚訝之余,一些人也提出了這樣的問題:眾所周知,在動物和人身上,麻醉劑是透過關閉意識而發揮作用的,如果植物可以被麻醉,這是否意味著它們也有一定的意識呢?

這個問題正是包括卡爾沃在內的很多植物學家試圖回答的。

植物可能有知覺

植物沒有腿腳,一生固定在一個地方幾乎不動,所以傳統上人們認為,植物對環境只有被動的接受,做不了多少事情。但事實上,研究人員早已經發現,植物擁有許多復雜和令人驚訝的能力。它們透過地上和地下兩條途徑與同類交流。它們還能與其他物種互動。例如,西紅柿釋放化學物質,讓吃它的毛毛蟲自相殘食。蜂蘭花透過在形狀、顏色和氣味等方面模擬雌蜂,來欺騙雄蜂為它授粉。夜來香一旦在空氣中探測到與它的授粉者相關的特定頻率振動,就會啟動花蜜生產。阿拉伯芥透過探測附近植物反射的光的波長,來區分同類還是異類……

毫無疑問,在這些行為中,有些是隨前進演化而來的本能反應,不涉及任何認知活動,就好比拉開的彈簧,一松手必然就要自動彈回。但是,另一些行為可能涉及某種形式的認知。只是很遺憾,要在植物中區分這兩種行為很棘手。

為了甄別在植物中可能存在的認知行為,卡爾沃和他的同事確立了三個標準:首先,認知行為必須是靈活和動態的,而不是重復的條件反射。其次,它是有預測性的,表明植物正在預測環境的變化。最後,它不是漫無目的的,而是以目標為導向的。

以這樣的標準衡量,上述蜂蘭花欺騙雄蜂的行為可能不涉及認知,因為第二條就不符合:蜂蘭花只是像捕蜂器一樣被動地等待雄蜂,並沒有主動地去預測雄蜂是否到來。但是,倘若我們談的是一株蕓豆如何爬上一根竹桿,這可能就是一個不同的故事。

植物有支持知覺的基本結構

蕓豆,即俗稱的四季豆。在農村生活過的人都知道,蕓豆是藤科植物,當幼苗長到一定程度,就必須找個東西攀附。菜農一般在菜地裏扡插一些竹桿供它們攀爬。

為了觀察一株蕓豆是如何尋找支撐物的,卡爾沃用每分鐘拍攝的影像來捕捉它的運動,同時使用電極和生物傳感器監測其內部的電訊號活動。觀察表明,當蕓豆尋找支撐物時,它要對周圍環境進行廣泛的偵察,邊偵察邊長。當它找到一根竹桿時,會快速地「撲」過去。這是一種有針對性的行為。這甚至可能表明,蕓豆「知道」桿子在那裏。

實驗還表明,這些行為伴有強烈的電活動。我們的神經系統在工作時,通常伴有電活動,這是一個常識。可是植物沒有神經,電活動是如何產生的呢?原來,它們來自其維管組織。維管組織從根部延伸到葉子,是植物輸送養分和水的主要通道,同時也是電的良導體。而事實上,在動物的神經元中,也存在類似維管的結構,只不過在那裏叫「微管」。微管是一些空心的管子,構成了動物細胞的骨架。我們的神經的電活動就是由神經元的微管來傳導的(英國著名物理學家羅傑·潘洛斯甚至提出,神經元中的微管,是我們意識的最終起源地)。植物跟我們何等相似乃爾!

我們還知道,動物的神經不僅傳遞電訊號,也透過一類叫神經遞質的化學分子傳遞化學訊號。令人驚訝的是,動物身上的一些神經遞質分子,如GABA、乙酰膽堿和5-羥色胺,同樣也出現在植物身上。

這些相似之處表明,植物也有支持知覺的基本結構。

植物也可能有意識

但卡爾沃走得更遠。他認為,植物生長的靈活方式,再加上它們與我們的相似性,暗示著植物擁有某種可以被認為是意識的東西。

這聽起來可能很荒謬,但它符合「綜合資訊理論」關於意識的定義。綜合資訊理論是目前在神經科學、人工智能領域流行的一種學說。該理論認為,從本質上講,意識是一個系統將多方面的感覺、經驗整合為一體的能力,整合能力越高,意識水平就越高,而不管這個系統是大腦、電腦芯片還是植物。

卡爾沃和他的同事希望對植物如何處理資訊做進一步的探索。他們打算建造專門的植物核磁共振成像儀,繪制植物維管組織內部的變化,即時檢視它們正在做什麽。這可能有助於揭示植物的電活動模式是否是某種意識的基礎。

其他植物行為學家則正在采取不同的方法來研究植物的意識問題。這些方法包括探索植物是否有個性,以及研究植物如何學習和記憶。例如,由澳大利植物學家莫妮卡·加利亞諾領導的一個小組在Y型迷宮中種植豌豆,看看是否可以訓練它們朝著微風吹來的方向生長。在野外,豌豆的幼苗是不會這樣做的。在實驗室,研究人員先將來自風扇的氣流與光源結合,利用植物的趨光性,訓練豌豆苗朝風吹方向生長。過了一段時間,他們發現,即使氣流單獨出現,豌豆苗也學會了向風吹的方向生長。這就像著名的巴甫洛夫實驗:開始,每次給狗端來食物的時候,都伴隨著鈴聲,讓狗建立條件反射,此後只要鈴聲一響,哪怕沒端來食物,狗也會自動分泌唾液。

研究植物意識的好處

毋庸置疑,我們離了解植物如何體驗世界還有很長的路要走。但是,這些研究會把我們帶向何方呢?

目前,我們對意識的了解僅限於我們自己和高級動物。在解剖學上,這類意識依賴於大腦和神經。如果連沒有神經和大腦的植物也有意識,這就大大拓寬了我們對意識的認識。

這項研究也提供了令人興奮的實際套用的可能性。植物與空間的互動方式與動物完全不同。動物橫向穿越空間,植物則向上生長。從植物的角度看運動,有助於工程師開發新的軟體機器人。這些機器人有點像巨大的、擠壓的氣球,向外擴張,像豆莖一樣生長,探索周圍環境。它們有很多用途。它們可以在傳統機器人會陷入困境的地形(例如火星表面)上行走。它們可以擠進狹小的空間。它們甚至可以透過腦室進入大腦進行精細手術。

懂得了植物的「心理」,還可以讓我們與植物建立更好的合作關系,共同面對未來的挑戰。卡爾沃目前正在與一家公司合作,使用生物傳感器和機器學習來開發能檢測植物的「精神壓力」、並即時調整其生長條件的系統。這樣的系統可以改進農業生產,有助於確保未來的糧食安全。

就像我們對動物的研究一樣,這樣的研究還可能改變我們對植物的態度,使我們今後更樂於善待植物。