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植物究竟有没有意识?

2024-08-24科学

轻轻一触,含羞草的叶片就收起来了,甚至整条枝子都耷拉下去。这是你所熟知的事情。但下面我要说的,你就未必知道了:如果把一株含羞草放进装有麻醉剂的密封容器里,你再去碰触它的叶子,它就会无动于衷。

要是有条件,你可以自己做做这个实验。麻醉剂不需要很特别。通常用作全身麻醉的二乙醚,效果就很好。牙医喜欢用的局部麻醉剂利多卡因,在含羞草的根部使用,效果也不错。事实上,不限于含羞草,所有植物可能都会受麻醉剂的影响,只是在含羞草、捕蝇草这类叶子可以快速舒卷的植物身上,效果更明显罢了。

西班牙植物行为学家帕科·卡尔沃曾多次在观众面前表演过这个魔术。在惊讶之余,一些人也提出了这样的问题:众所周知,在动物和人身上,麻醉剂是通过关闭意识而发挥作用的,如果植物可以被麻醉,这是否意味着它们也有一定的意识呢?

这个问题正是包括卡尔沃在内的很多植物学家试图回答的。

植物可能有知觉

植物没有腿脚,一生固定在一个地方几乎不动,所以传统上人们认为,植物对环境只有被动的接受,做不了多少事情。但事实上,研究人员早已经发现,植物拥有许多复杂和令人惊讶的能力。它们通过地上和地下两条途径与同类交流。它们还能与其他物种互动。例如,西红柿释放化学物质,让吃它的毛毛虫自相残食。蜂兰花通过在形状、颜色和气味等方面模拟雌蜂,来欺骗雄蜂为它授粉。夜来香一旦在空气中探测到与它的授粉者相关的特定频率振动,就会启动花蜜生产。拟南芥通过探测附近植物反射的光的波长,来区分同类还是异类……

毫无疑问,在这些行为中,有些是随进化而来的本能反应,不涉及任何认知活动,就好比拉开的弹簧,一松手必然就要自动弹回。但是,另一些行为可能涉及某种形式的认知。只是很遗憾,要在植物中区分这两种行为很棘手。

为了甄别在植物中可能存在的认知行为,卡尔沃和他的同事确立了三个标准:首先,认知行为必须是灵活和动态的,而不是重复的条件反射。其次,它是有预测性的,表明植物正在预测环境的变化。最后,它不是漫无目的的,而是以目标为导向的。

以这样的标准衡量,上述蜂兰花欺骗雄蜂的行为可能不涉及认知,因为第二条就不符合:蜂兰花只是像捕蜂器一样被动地等待雄蜂,并没有主动地去预测雄蜂是否到来。但是,倘若我们谈的是一株芸豆如何爬上一根竹杆,这可能就是一个不同的故事。

植物有支持知觉的基本结构

芸豆,即俗称的四季豆。在农村生活过的人都知道,芸豆是藤科植物,当幼苗长到一定程度,就必须找个东西攀附。菜农一般在菜地里扦插一些竹杆供它们攀爬。

为了观察一株芸豆是如何寻找支撑物的,卡尔沃用每分钟拍摄的图像来捕捉它的运动,同时使用电极和生物传感器监测其内部的电信号活动。观察表明,当芸豆寻找支撑物时,它要对周围环境进行广泛的侦察,边侦察边长。当它找到一根竹杆时,会快速地「扑」过去。这是一种有针对性的行为。这甚至可能表明,芸豆「知道」杆子在那里。

实验还表明,这些行为伴有强烈的电活动。我们的神经系统在工作时,通常伴有电活动,这是一个常识。可是植物没有神经,电活动是如何产生的呢?原来,它们来自其维管组织。维管组织从根部延伸到叶子,是植物输送养分和水的主要通道,同时也是电的良导体。而事实上,在动物的神经元中,也存在类似维管的结构,只不过在那里叫「微管」。微管是一些空心的管子,构成了动物细胞的骨架。我们的神经的电活动就是由神经元的微管来传导的(英国著名物理学家罗杰·彭罗斯甚至提出,神经元中的微管,是我们意识的最终起源地)。植物跟我们何等相似乃尔!

我们还知道,动物的神经不仅传递电信号,也通过一类叫神经递质的化学分子传递化学信号。令人惊讶的是,动物身上的一些神经递质分子,如GABA、乙酰胆碱和5-羟色胺,同样也出现在植物身上。

这些相似之处表明,植物也有支持知觉的基本结构。

植物也可能有意识

但卡尔沃走得更远。他认为,植物生长的灵活方式,再加上它们与我们的相似性,暗示着植物拥有某种可以被认为是意识的东西。

这听起来可能很荒谬,但它符合「综合信息理论」关于意识的定义。综合信息理论是目前在神经科学、人工智能领域流行的一种学说。该理论认为,从本质上讲,意识是一个系统将多方面的感觉、经验整合为一体的能力,整合能力越高,意识水平就越高,而不管这个系统是大脑、计算机芯片还是植物。

卡尔沃和他的同事希望对植物如何处理信息做进一步的探索。他们打算建造专门的植物核磁共振成像仪,绘制植物维管组织内部的变化,实时查看它们正在做什么。这可能有助于揭示植物的电活动模式是否是某种意识的基础。

其他植物行为学家则正在采取不同的方法来研究植物的意识问题。这些方法包括探索植物是否有个性,以及研究植物如何学习和记忆。例如,由澳大利植物学家莫妮卡·加利亚诺领导的一个小组在Y型迷宫中种植豌豆,看看是否可以训练它们朝着微风吹来的方向生长。在野外,豌豆的幼苗是不会这样做的。在实验室,研究人员先将来自风扇的气流与光源结合,利用植物的趋光性,训练豌豆苗朝风吹方向生长。过了一段时间,他们发现,即使气流单独出现,豌豆苗也学会了向风吹的方向生长。这就像著名的巴甫洛夫实验:开始,每次给狗端来食物的时候,都伴随着铃声,让狗建立条件反射,此后只要铃声一响,哪怕没端来食物,狗也会自动分泌唾液。

研究植物意识的好处

毋庸置疑,我们离了解植物如何体验世界还有很长的路要走。但是,这些研究会把我们带向何方呢?

目前,我们对意识的了解仅限于我们自己和高级动物。在解剖学上,这类意识依赖于大脑和神经。如果连没有神经和大脑的植物也有意识,这就大大拓宽了我们对意识的认识。

这项研究也提供了令人兴奋的实际应用的可能性。植物与空间的互动方式与动物完全不同。动物横向穿越空间,植物则向上生长。从植物的角度看运动,有助于工程师开发新的软体机器人。这些机器人有点像巨大的、挤压的气球,向外扩张,像豆茎一样生长,探索周围环境。它们有很多用途。它们可以在传统机器人会陷入困境的地形(例如火星表面)上行走。它们可以挤进狭小的空间。它们甚至可以通过脑室进入大脑进行精细手术。

懂得了植物的「心理」,还可以让我们与植物建立更好的合作关系,共同面对未来的挑战。卡尔沃目前正在与一家公司合作,使用生物传感器和机器学习来开发能检测植物的「精神压力」、并实时调整其生长条件的系统。这样的系统可以改进农业生产,有助于确保未来的粮食安全。

就像我们对动物的研究一样,这样的研究还可能改变我们对植物的态度,使我们今后更乐于善待植物。