Good Mood

Mukautettu luvalla Aivot: Iso Otsatukka, Käyttäytymistä ja Uskomuksia, Rob DeSalle ja Ian Tattersall, julkaissut Yale University Press. Copyright © 2012 by Rob DeSalle ja Ian Tattersall

Jotkut ihmiset ajattelevat, että kasvit reagoivat puhuu, pelaa musiikkia ja muita ihmisen huomiota. Ja vaikka kasveja enemmän kuin todennäköistä, ei prosessi ihmisen kieli, ne ovat kuitenkin erittäin tietoisia ympäristöstään ja pystyvät hyvin viestintää heidän soluja., Lisäksi jotkut tiedemiehet ovat sitä mieltä, että kasvin sisäinen viestintäjärjestelmä on hyvin lähellä sitä, mitä voisimme oikeutetusti kutsua hermostoksi. Sen jälkeen, kun kaikki, jotkut mimosas ovat kuuluisia mittaamisesta nopeasti sen jälkeen kun se on häiriintynyt, ja Venus flytraps reagoida nopeasti läsnäolo hyönteisiä niiden kaappaamiseen laitteita. Charles Darwin teki vertailukelpoisia havaintoja ja ehdotti samanlaisia ajatuksia kasveista., Yksi hänen vähemmän tunnettuja teoksia, Liikkeen Voima Kasveissa (1880), hän kirjoitti radicle, alkion root kasvi, ja herkkyys sen kärki erilaisia ärsykkeitä:

Se on tuskin liioiteltua sanoa, että kärki radicle näin suotu, ja ottaa valta ohjata liikkeitä viereisen osia, toimii kuten aivojen yksi pienempi eläimiä; aivot on istuu sisällä anterior loppuun kehon, saa vaikutelmia aistielinten, ja ohjata useita liikkeitä.,

Darwin oli selvää, että radicle ei vain käyttäytyy kuin aivot ohjaamalla toimintoja muihin soluihin, mutta on myös sijoitettu vastaavaan paikkaan anatomian laitos. Jotkut nykyaikaiset kasvitieteilijät ovat laajentaneet tätä ajatusta. Vuonna 2005 Firenzessä,Italiassa järjestettiin ensimmäinen kansainvälinen kasvineurobiologian kokous, ja vuonna 2006 käynnistettiin upouusi lehti, Plant Signaling and Behavior. Mitä kasvineurobiologit ehdottavat?

ajatus siitä, että kasveilla on hermosto, juontaa juurensa useista tietolähteistä., Ensinnäkin kasveilla on geenejä, jotka muistuttavat eläinhermostojen komponentteja määrittäviä geenejä. Tällaisia komponentteja ovat reseptorit glutamaatti, aminohappo, joka on yksi rakennuspalikoita proteiineja, mutta se toimii myös välittäjäaineena. Muita komponentteja ovat välittäjäaine polku aktivaattorit, kuten ne tunnetaan nimellä G-box proteiineja, ja perheen ”14-3-3” proteiineja, jotka toimivat sitoa useita signalointi proteiineja. Kaikki nämä proteiinit on havaittu eläimillä, johon ne on osoitettu erilliset tehtävät hermo-toiminto. Silti niitä esiintyy myös kasveissa.,

Toiseksi, vaikka niitä proteiineja enemmän kuin todennäköistä, ei ole ”hermo” toimintoja kasveja, jotkut kasvi proteiineja tehdä käyttäytyä tavalla, hyvin samanlainen hermo-molekyylejä. Kolmanneksi joillakin kasveilla näyttää olevan solujen välillä synapsimaisia alueita, joiden poikki välittäjäainemolekyylit helpottavat solujen välistä viestintää. Sisältyy vaatimus verrattuna on, että alueiden olisi oltava samat ominaisuudet kuin eläinten synapsien, kuten muodostumista rakkuloita, pieniä kuplia, jotka tallentavat välittäjäaineiden, jotka ovat julkaissut yli synapse., Neljänneksi, monet kasvit ovat verisuonten järjestelmiä, jotka näyttävät ne voisivat toimia putket ”impulsseja”, että ne täytyy siirtää koko kehon kasvi. Viime, jotkut kasvin solut näyttää, mitä voitaisiin tulkita siten, että aktiopotentiaalien—tapahtumia, joissa sähkö napaisuus solukalvon läpi ei nopeaa, tilapäistä kääntyminen, kuten tapahtuu eläinten hermosoluja.

katsotaanpa näitä erilaisia tietoja ja mitä ne saattavat merkitä olemassaolon aivojen toimintoja, kuten kasveissa.

Se on tuskin yllättävää, geenien kasveja, jotka liittyvät eläinten geenien mukana hermoston. Tämän tosiasian vahvistaminen olikin ensimmäisiä todella mielenkiintoisia tuloksia eri genomiprojekteissa. Syy, miksi se ei ole yllättävää, on se, että kaikki elämä planeetalla on yhdistetty yhteisten syntyperä., Geenien löytyminen yleisesti ottaen toisistaan poikkeavien eliöiden joukosta on se, mitä voisi olettaa syntyvän yhteisistä esi-isistä. Niinpä tyypillisellä bakteeriperimällä osoittautuu olevan ihmisen perimässä noin 2 prosenttia sen geeneistä. Kasveilla luku on noin 17 prosenttia, ja esimerkiksi kärpäsillä ja madoilla luku hyppää 30-40 prosenttiin. Toinen tapa mitata genomien samankaltaisuutta on kysyä, kuinka paljon emästen todelliset sekvenssit genomin geeneissä vaihtelevat., Sillä selkärankaiset, kun sekvenssin samankaltaisuus on tutkittu, määrä vaihtelee noin 85 prosenttia, niin kaukaisia sukulaisia, kuten kalaa, 98,7 prosenttia, simpanssi, ja 99,7 prosenttia meidän lähellä sukupuuttoon sukulainen, Homo neanderthalensis. Näin ei kuitenkaan odotettukaan, että sekä kasveissa että eläimissä esiintyvät suuret geeniluokitukset jakautuisivat laajasti.

vielä, evoluutio voi helpottaa joitakin merkittäviä ”variaatioita teemoista” geenien kanssa., Jos geeni tekee tiettyyn prosessiin osallistuvan proteiinin kasveissa, eläimen tai sienen vastaavan geenin ei välttämättä tarvitse tehdä proteiinia, jolla on sama funktio. Opettavainen esimerkki ovat glutamaattireseptorit, jotka osallistuvat eläinten hermosynapseihin ja ovat vuorovaikutuksessa välittäjäaine glutamaatin kanssa. Kasvit ovat glutamaatti reseptoreihin liian, mutta onko ne palvelevat jotain ”hermo” – toiminto on toinen asia., Tämän geeniperheen jakautumista kasvien ja eläinten genomeihin koskeva tutkimus osoittaa, miten geeniperheet voivat poiketa toisistaan ja miten myös näiden geenien toiminnot voivat vaihdella.

eläimillä näitä reseptoreita on pääasiassa hermosolujen vastaanottavassa päässä—niiden ”postsynaptisella” alueella. Glutamaatti on kuljetettu yli synapse, kohtaamisia reseptoreihin, ja niin innostaa aktiopotentiaalin, tai ampumisen hermosolujen. Tapahtuu, että kaksi merkittävää glutamaattireseptorityyppiä tunnistetaan sen perusteella, miten ne edistävät postsynaptista impulssia., Ensimmäinen laatuaan on ”ionotropic”: glutamaattireseptorit linja-ion-kanava huokoset solukalvon läpi vastaanottajan hermosolu, ja kun reseptorit sitoutuvat glutamaatti, huokoset ovat käytössä ja ionien virrata niiden läpi. In ”metabotropic” reseptoreihin, ioni-kanavia on käytössä enemmän välillisesti signalointi cascades, jotka ovat yleensä sidoksissa G-proteiineja (jotka sitovat guaniini, yksi neljästä nukleiinihapon emästen).

toimiakseen glutamaattireseptorien on myös sitouduttava niin sanottuihin agonisteihin., On olemassa kolme suurta tyyppisiä agonistit, jotka ovat vuorovaikutuksessa ionotropic glutamaattireseptorit: AMPA (alfa-amino-3-hydroksyyli-5-methyl4-isoxazole propionaatti), NMDA (N-metyyli-D-asparagiinihappo), ja kainaatti. Muut agonistit vaikuttavat metabotrooppisiin reseptoreihin. On olemassa myös useita versioita glutamaatti reseptoreihin sekä ionotropic ja metabotropic toimintoja, sekä useita sisällä ne toiminnalliset luokat, jotka ovat ominaisia eri agonisteja. Geeneistä on siis olemassa useita versioita eläinten proteiineille (eli niin sanotulle geeniperheelle)., Esimerkiksi, useimmat nisäkkäät on kuusitoista ionotropic glutamaattireseptorit: neljä, jotka käyttävät AMPA-agonistin, seitsemän, jotka käyttävät NMDA kuin agonisti, ja viisi, jotka käyttävät kainaatti kuin agonisti. Samoin hiirillä ja ihmisillä on kahdeksan metabotrooppista glutamaattireseptoria, joista jokainen käyttää erilaisia agonisteja.

kasveilla on glutamaattireseptoreita, jotka muistuttavat enemmän ionotrooppista tyyppiä., Arabidopsis thalianan (thale cress), työjuhta kasvien genetiikan ja genomiikan, on kaksikymmentä jäsentä tämä geeni perhe, useita samassa ballpark, uteliaasti, kuin ne kuusitoista ionotropic glutamaatti reseptoreihin nisäkkäillä. Lisäksi kolme pääryhmään glutamaatin reseptoreihin on löydetty kasveja, jotka palauttavat mieleen, että on olemassa kolme pääryhmään ionotropic eläinten glutamaatti reseptoreihin (ne, jotka käyttävät AMPA -, NMDA-ja kainiitti kuin agonistit). Mutta vastaavatko eläinten ionotrooppisten glutamaattireseptorien alaryhmät karkeasti kasvien alaryhmiä?, Toisin sanoen, on eläin glutamaatin reseptoreihin, jotka käyttävät AMPA-agonistin enemmän läheisesti tiettyjä kasvi-glutamaatti reseptoreihin kuin mikään muu eläin tai kasvi reseptoreihin?

itse asiassa kasvien glutamaattireseptorien kolme luokkaa eivät muistuta lainkaan näitä eläinryhmiä. Yksi asia, eläimet ilmeisesti kaikki kehittyneet samat geenit tämän geenin perheen kautta päällekkäisyyksiä, yhteiset esi-isät, kun taas kasvi glutamaatti reseptoreihin kaikki näyttäisi olevan kehittynyt yhdestä yhteisestä esi-isästä, joka oli olemassa ennen kuin kasvit ja eläimet poikkesivat toisistaan., Tämä tarkoittaa, että eläinten hyvin spesifisillä glutamaattireseptoreilla ei ole yksi-yksi-suhdetta kasvien glutamaattireseptoreihin. Kasvien reseptoreilla ei myöskään ole yhteyttä erillisiin elimiin, kuten eläimillä.

Edelleen, lukuun ottamatta samankaltaisuus geeneissä, emme voi kääntyä meidän toinen näennäisestä samankaltaisuudesta, että toiminta proteiineja määritelty geenit. Itse asiassa se on totta, että kasvi glutamaatin reseptorit voivat häiritä eläinten glutamaatin reseptoreihin, mikä viittaa siihen, että kasvi reseptorit on vielä vähän vastaava toiminto eläinten hermosolut., On esimerkiksi outoa, jos saarella Guam ihmisen nieleminen cycad materiaali (kasvit runsaasti glutamaatti-kuten amino acid) aiheuttaa hermoston oireita, samanlaisia kuin Alzheimerin, Parkinsonin ja als-tautien. Ja ilmaus kasvi glutamaatti reseptoreihin on nimenomaan juuri, hyvin sijainti, että jotkut tutkijat löytää kaikkein viittaavia kasvi hermoston., Kun pieni osajoukko nämä reseptorit ei näytä olevan tärkeää varhaista kehitystä juuret, kuitenkin, eri reseptoreihin kasvit eivät yleensä näyttö suhde eri elinten, kuten he tekevät eläimet. Mutta jos glutamaattireseptorit eivät palvele hermostotoimintoja kasveissa, miksi ne ovat siellä? Yleisin peruste niiden säilyttämiselle kasveissa on se, että ne toimivat puolustusproteiineina torjuakseen hyökkääviä hyönteislajeja.,

Kolmanneksi, koska kaikki tämä, on olemassa kasvi rakenteita, jotka toimivat kuten synapsien, yhdessä molekyylejä, jotka käyttäytyvät kuten välittäjäaineiden aktiivinen ”synaptic” alueella? Jotta tämä merkitsisi mitään, muutamia kasvien ominaisuuksia on vahvistettava. Synaptinen viestintä on osoittanut, toteutetaan välittäjäaineiden ja hermo-lähetin-reseptoreihin samalla tavalla kuin eläinten neurotransmissiota—esimerkiksi siten, rakkulat lähellä synapse., Yksi välittäjäaine ehdokas on auxin (indoli-3-etikkahappoa), pieni molekyyli, että jotkut kasvitieteen tuntuu on paras argumentti neurologisia käyttäytymistä kasveja. On olemassa myös kuljettajien varten auxin, jotka käyttäytyvät paljon kuin reseptoreihin, että he auttavat liikkeen auxin kautta solun kalvo. Mutta toimiiko auxin-järjestelmä kuin välittäjäaine? Jotkut tiedemiehet väittäisivät Kyllä., Molekyyli kasvitieteilijä Gerd Jürgens Max Planck-Instituutin kehitysbiologian, esimerkiksi, on osoittanut, että auxin kuljetus onnistuu ”rakkula ihmiskaupan,” prosessi, johon sisältyy cellular rakkulat (pieni rasva-koteloitu kuplia), joka on eläin-välittäjäaineen kaltaisia piirteitä.

Edelleen, auxin ei löydy eläimiä, ja se näyttää olevan kasvi-erityinen proteiini, joka säätelee kasvua. Jossain, Jürgens havainnot viittaavat siihen, että rakkula rakenteita saattaa olla tarpeeksi samanlaisia, jotta hyvä argumentti., Kun kasveissa tehtyjä ”synapseja” tutkitaan, kahdessa risteymätyypissä paljastuu olevan solukalvoon upotettuja proteiinidomeeneja. Sen auxin liikennejärjestelmä, saavuttaa rakkula ihmiskaupan, vaikuttavat valo ja painovoima ohjaus solu-tocell viestintä, ja se käyttää auxin kuin lähetin, käyttäytyy hyvin samalla tavalla kuin välittäjäaine.

toinen ”synapse” käyttäytyy kuin eläimen immuunisolun ja patogeenisen solun välinen yhteys. Eläimillä tämä järjestelmä toteuttaa immuunivasteen ja hyökkäävän taudinaiheuttajan tuhoutumisen., Kasveissa se sallii yksilön paitsi käsitellä taudinaiheuttajia myös vakauttaa vuorovaikutusta symbionttien kanssa-tärkeä tehtävä. Kasvit luoda hyödyllisiä kaksisuuntainen vuorovaikutus, jossa on paljon mikro-organismit, kuten bakteerit ja sienet, ja joissakin tapauksissa nämä mikrobit suorittaa tehtäviä, joita kasvi ei pysty tekemään yksin. Jotkut kasvit voi käsitellä ympäristön typpeä, joten ne muodostavat symbioottinen suhde, jossa bakteerit suvun Rhizobium tehdä temppu, ja synapse-kuin kiinnitys on välttämätön suhde., Samalla rhizobia hyötyy siitä, että kasvi ruokkii sitä.

Sitten, osoite, neljäs ja viides esille edellä olemassaoloa koskevat kasvi neural systems, entä sähköimpulsseja tai aktiopotentiaalien kasveja, ja niiden mahdollisia väyliä osana kasvi-ja verisuoni-järjestelmä? Kumma kyllä, sähkönjohtavuus kasveissa oli huomasi joitakin vuosia ennen kuin Luigi Galvani teki hänen pirullinen 1780 frogleg kokeita osoittaa sähköimpulsseja eläimillä. Ei siis ole epäilystäkään siitä, että voimaloissa on sähköisiä signaaleja tai ehkä jopa toimintapotentiaalia., Se on myös melko selvää, että, kuten Eric Davies North Carolina State University, sanoi, ”perimmäinen syy kasvit ovat sähköisiä signaaleja on, että ne mahdollistavat erittäin nopean ja järjestelmällisen tiedonsiirron, niin että koko kasvi on ilmoitti lähes välittömästi, vaikka vain yhdellä alueella voi olla ollut levoton.”Kasveissa ja eläimissä vaikutuspotentiaalin luonne on kuitenkin aivan erilainen, vaikka molemmissa on kyse niiden solujen ionikanavista., Ottaa huomioon, että eläinten tuottaa aktiopotentiaalin vaihtamalla natrium-ja kalium-ioneja, kasvi potentiaalit ovat valmistettu kalsium-liikenne, joka on parannettu kloridi ja vähentää kaliumia.

so what do we concluate?
ajatus siitä, että kasveilla on jossain mielessä aivot, on sekä kiinnostava että ajatuksia herättävä., Niin provosoiva, todellakin, että vuonna 2007 kolmekymmentä-kuusi tutkijat kolmekymmentä-kolme toimielintä julkaisi avoimen kirjeen, lehden Trends in Plant Science ylläpitäminen ”, että kasvien neurobiologian ei lisää ymmärrystä kasvien fysiologian laitoksen solubiologian tai signalointi,” ja rukoillen kannattajat aloitteen ”uudelleen arvioida kriittisesti käsite ja kehittää älyllisesti tiukka pohjan se”—mukava tapa sanoa, ”vain leikata se pois.”

Kaiken kaikkiaan vastaus kasvi neurobiologists asiasta kasvi ”aivot” on ollut melko ristiriitainen., Anthony Trewavas Edinburghin yliopistosta ehdotti, että”kasvien neurobiologia on metafora” —eikä mitään muuta. Hänen painopiste oli termi itse, ja hänen kiinnostuksensa oli pääasiassa sen merkitys ajo-tiede ymmärtää solun biologia kasvit ja mysteereistä kasvien solu-solu viestintä-ja signalointi. Mutta biologit Franti.sek Balu.,ska Yliopiston Bonn, ja Stefano Mancuso Yliopiston Firenze sinnikkäästi väitti kirjaimellisesti olemassaolon hermoston kasveja, mikä viittaa siihen, että ”vanhaa Aristoteleen skisma välillä kasveja ja eläimiä yhtenäistää kaikki solu-organismit alle yksi käsitteellinen sateenvarjo.””

ilmeisesti molemmat näkökulmat eivät voi olla oikeassa. Trewavas näyttää meistä kutsuvan sitä miksi se on: yksinkertaisesti kyse yhtäläisyyksistä keskustelemisesta. Juuri metafora itsessään tekee lausunnot kasvi-ja eläinjärjestelmien samankaltaisuudesta niin mielenkiintoiseksi., Mutta jotta se olisi hyödyllistä, sinun täytyy tunnustaa, että se on metafora. Kasvien ja eläinten yhdistäminen yhden ”käsitteellisen sateenvarjon” alle, kun sellaista ei oikeasti ole, luo aidon ongelman. Ensinnäkin on olemassa hyviä todisteita siitä, että kasveilla ja eläimillä ei ole yhteistä esi-isää kaikkien muiden planeetan eliöiden poissulkemiseksi. Sienet ja monet yksisoluiset eliöt, joilla on ytimet, tulevat tielle. Yhdistävä sateenvarjo sekä peittelisi tätä todellisuutta että heikentäisi metaforan hyödyllisyyttä. Kun metaforaa ei enää tunnisteta sellaiseksi, harhaluulosta tulee päivän sääntö.