Good Mood

Tilpasset med tillatelse fra Hjernen: Stor Smell, Atferd og Oppfatninger av Rob DeSalle og Ian Tattersall, utgitt av Princeton University Press. Copyright © 2012 av Rob DeSalle og Ian Tattersall

Noen mennesker tror at plantene reagerer til å snakke, spille av musikk, og andre former for menneskelig oppmerksomhet. Og selv om plantene mer enn sannsynlig ikke prosessen menneskelig språk, er de likevel svært klar over sine omgivelser, og er svært dyktige på kommunikasjon mellom cellene sine., Videre, noen forskere tror at en plante er interne kommunikasjons-system som er svært nær det vi rettmessig kan kalle en nervesystemet. Tross alt, noen mimosas er kjent for å trekke seg raskt etter å ha blitt forstyrret, og Venus flytraps reagere raskt på tilstedeværelsen av insekter i sin fangst-enheter. Charles Darwin gjort sammenlignbare observasjoner og forslag til lignende ideer om planter., I en av hans mindre kjente verk, The Power of Bevegelse i Planter (1880), skrev han om radicle, embryonale rot i en plante, og følsomheten av sine tips for ulike typer stimulering:

Det er neppe en overdrivelse å si at tuppen av radicle dermed begavet, og å ha makt til å styre bevegelser i tilstøtende deler, fungerer som hjernen i en av de lavere dyr; hjernen sitter i den fremre delen av kroppen, mottar inntrykk fra sanseorganene, og ledet flere bevegelser.,

Darwin sa at radicle ikke bare oppfører seg som en hjerne ved å sentralisere funksjoner av andre celler, men er også plassert i den tilsvarende sted i anatomi av anlegget. Noen moderne botanikere har utvidet denne ideen. I 2005, og den første internasjonale plante nevrobiologi møte ble avholdt i Firenze,Italia, og en helt ny journal, Anlegg Signalering og Atferd, ble lansert i 2006. Hva er anlegget neurobiologists foreslår?

ideen om at planter har nervesystem stammer fra flere kilder til informasjon., Første, planter har gener som er lik de som angir komponenter av dyr nervesystem. Slike komponenter inkluderer reseptorer for glutamat, en aminosyre som er en av byggesteinene i proteiner, men som også fungerer som en nevrotransmitter. Andre komponenter er nevrotransmitter vei utløsere, slik som de som er kjent som G-boksen proteiner, og en familie av «14-3-3» proteiner, som virker til å binde ulike signalanlegg proteiner. Alle disse proteinene har blitt observert i dyr, der de har vist seg å ha forskjellige roller i nevrale funksjon. Men de er også funnet i planter.,

Andre, selv om de proteiner mer enn sannsynlig ikke har «nevrale» – funksjoner i planter, noen planteproteiner gjøre oppfører seg på måter svært lik nevrale molekyler. Tredje, noen planter ser ut til å vise synapse-lignende områder mellom cellene, over som nevrotransmitter molekyler rette celle-til-celle kommunikasjon. Inkludert i kravet om sammenligningen er at regionene bør ha de samme egenskapene som dyr synapser, for eksempel dannelse av blemmer, små bobler som store signalstoffer som er til å bli utgitt på tvers synapse., Fjerde, mange planter har vaskulære systemer som ser ut som de kan fungere som kanaler for «impulser» som de trenger til å overføre hele kroppen av anlegget. Sist, noen plante-celler vise hva som kan tolkes som at handlingen potensialer—hendelser som elektrisk polaritet på tvers av cellemembranen har en rask, midlertidig tilbakeføring, som oppstår i dyr nevrale celler.

La oss se på disse ulike typer av informasjon og hva de kan bety for eksistensen av hjernen-lignende funksjoner i planter.

Det er neppe overraskende å finne gener i planter som er relatert til dyr gener som er involvert i nervesystemet. Faktisk, bekreftelse på at dette faktisk var en av de første virkelig interessante resultater av ulike genom prosjekter. Grunnen til at det ikke er overraskende, er at alt liv på planeten er forent gjennom felles opphav., For å finne gener i vanlig blant vidt forskjellige organismer er hva du kan vente med nedstigning fra felles forfedre. Dermed en typisk bakteriell genom viser seg å ha tilsvarende 2 prosent eller så av sine gener i det menneskelige genom. For planter antallet er om lag 17 prosent, og for slike organismer som fluer og ormer antall hopp til mellom 30 og 40 prosent. En annen måte å måle likhet forsikring er å spørre hvor mye den faktiske rekkefølgen av baser i genene i et genom variere., For vertebrater, når sekvensen likheten er undersøkt, antallet varierer fra om lag 85 prosent, for eksempel fjerne slektninger som fisk, til 98.7 prosent, for sjimpanse, og 99.7 prosent for våre nær utdødd forhold, Homo neanderthalensis. Hva var ikke så forventet, skjønt, er en bred distribusjon av store genet kategorier som er representert i både planter og dyr.

Likevel, evolusjon kan legge til rette for noen bemerkelsesverdige «variasjoner over temaene» med gener., Hvis et gen som gjør at et protein som er involvert i en bestemt prosess i planter, er det tilsvarende genet i et dyr eller en sopp trenger ikke nødvendigvis å lage et protein som har samme funksjon. Et lærerikt eksempel er glutamat-reseptorer, som er involvert i dyr nevrale synapse og samhandle med signalstoffet glutamat. Planter har glutamat-reseptorer også, men om de serverer alt som et «nevrale» – funksjonen er en annen sak., En undersøkelse av fordelingen av dette genet familie i genomet av planter og dyr vil vise oss hvordan gen familier kan divergere og hvordan bruken av disse genene kan avvike også.

dyr I disse reseptorene finnes først og fremst i den andre enden av nerveceller—deres «postsynaptiske» region. Glutamat er transportert over synapse, møter reseptorer, og så interesserer en handling potensial, eller avfyring av nervecelle. Det skjer at to hoved typer av glutamat-reseptorer er anerkjent på grunnlag av hvordan de markedsfører postsynaptiske impuls., Den første typen er «ionotropic»: glutamat-reseptorer linje ion-kanal porene på tvers av cellemembranen til mottakeren nerve celle, og når de binde seg til reseptorer glutamat, porene er aktivert og ioner strømmer gjennom dem. I «metabotropic» reseptorer, ion-tv er aktivert mer indirekte, gjennom signaliserer kaskader som er vanligvis knyttet til G-proteiner (som binder guanin, en av de fire nukleinsyre baser).

For at prosessen skal fungere, glutamat-reseptorer også har til å binde hva er kalt agonister., Det er tre store typer agonister som samhandler med ionotropic glutamat-reseptorer: AMPA (alfa-amino-3-hydroksyl-5-methyl4-isoxazole propionate), NMDA (N-metyl-D-aspartic acid), og kainate. Andre agonister samhandle med metabotropic reseptorer. Det er også flere versjoner av glutamat-reseptorer for både ionotropic og metabotropic funksjoner, samt flere innen de funksjonelle kategorier som er spesifikke for ulike agonister. Så det er flere versjoner av gener for proteiner i dyr (som er hva som kalles et gen familie)., For eksempel, de fleste pattedyr har seksten ionotropic glutamat-reseptorer: fire som bruker AMPA som en agonist, syv som bruker NMDA som agonist, og fem som bruker kainate som agonist. Likeledes, mus og mennesker har åtte metabotropic glutamat-reseptorer, som hver bruker en rekke agonister.

Planter har glutamat-reseptorer som er mer lik den ionotropic slag., Arabidopsis thaliana (thale karse), en arbeidshest av anlegget genetikk og genomics, har tjue medlemmer av dette genet familie, nummer i samme ballpark, merkelig nok, som de seksten ionotropic glutamat-reseptorer i pattedyr. Videre, tre hovedkategorier av glutamat-reseptorer har blitt oppdaget i planter, som minner om at det er tre hovedkategorier av ionotropic dyr glutamat-reseptorer (de som bruker AMPA, NMDA, og kainite som agonister). Men gjør undergrupper av dyr ionotropic glutamat-reseptorer omtrent tilsvare de i planter?, Med andre ord, er den dyr glutamat-reseptorer som bruker AMPA som en agonist mer nært knyttet til en bestemt undergruppe av plante-glutamat-reseptorer enn de er til noen andre dyr eller plante-reseptorer?

faktisk, de tre kategoriene av plante-glutamat-reseptorer bærer ingen likhet på alle disse dyr kategorier. For én ting, dyr tilsynelatende alle utviklet de samme gener i dette genet familie via duplikasjoner i felles forfedre, mens plante-glutamat-reseptorer alle synes å være utviklet seg fra en felles stamfar som eksisterte før planter og dyr skilte seg., Det betyr at svært spesifikke glutamat-reseptorer av dyr ikke har en én-til-én-forhold med plante-glutamat-reseptorer. Heller ikke reseptorer i planter vise et forhold til forskjellige organer, som de gjør i dyr.

Videre, bortsett fra noen likhet i genene, kan vi snu til vår andre tilsynelatende likheten, som funksjon av proteiner som er angitt av gener. Det er faktisk sant at anlegget glutamat-reseptorer kan forstyrre dyr glutamat-reseptorer, noe som tyder på at anlegget reseptorer har fortsatt noen tilsvarende funksjon i dyr nerveceller., Det er, for eksempel, den merkelige saken på øya Guam av menneskelig inntak av cycad materiale (planter rik i en glutamat som aminosyre) som forårsaker nevrodegenerativ symptomer som ligner på Alzheimers, Parkinsons, og Lou gehrigs sykdom. Og uttrykket av plante-glutamat-reseptorer er bestemt til roten, selve stedet som noen forskere finner mest tankevekkende av anlegget nervesystem., Mens en liten gruppe av disse reseptorene ser ut til å være viktig i tidlig utvikling av røttene, men de forskjellige reseptorer i planter ikke viser generelt et forhold til forskjellige organer, som de gjør i dyr. Likevel, hvis glutamat-reseptorer ikke tjener nervesystemet fungerer i planter, hvorfor er de det? Det vanligste argumentet for sine oppbevaring i planter er at de fungerer som forsvar proteiner for å avverge invaderende insektarter.,

Tredje, gitt alt dette, er det anlegg strukturer som oppfører seg som synapser, sammen med molekyler som oppfører seg som nevrotransmittere aktiv i «synaptic» region? For at dette skal bety noe, noen egenskaper av planter trenger å være bekreftet. Synaptic kommunikasjon må være vist, implementert av nevrotransmittere og neural sender reseptorer på samme måte som i dyr neurotransmission—for eksempel i form av blemmer i nærheten synapse., En nevrotransmitter kandidaten er auxin (indole-3-eddiksyre), et lite molekyl som noen botanikere mener er det beste argumentet for nevrologiske atferd i planter. Det er også transportører for auxin som oppfører seg mye som reseptorer, at de kan hjelpe bevegelse av auxin på tvers av cellemembranen. Men gjør auxin system opptre som neurotransmission? Noen forskere vil faktisk hevde ja., Molekylær botaniker Gerd Jürgens ved Max Planck-Instituttet for utviklingsbiologi, for eksempel, har vist at auxin transport er oppnådd gjennom «vesicle menneskehandel,» en prosess som involverer mobile blemmer (små kalles lipid-innkapslet bobler) som har dyr nevrotransmitter–lignende funksjoner.

Likevel, auxin er ikke funnet i dyr, og det ser ut til å være en plante-bestemt protein som regulerer vekst. Til å begynne med, Jürgens observasjoner tyder på at vesicle strukturer kan være lik nok til å gjøre et godt argument., Når slags «synapser» laget i planter er undersøkt, to junction typer slå ut til å ha protein domener som er innebygd i cellemembranen. Den auxin transport system, oppnådd gjennom vesicle menneskehandel, er påvirket av lys og gravitasjon til kontroll celle-tocell kommunikasjon, og det bruker auxin som en sender, oppfører seg på samme måte som en neurotransmitter.

Den andre «synapse» oppfører seg som sammenhengen mellom et dyr immunceller og en patogene celle. I dyr, er dette systemet implementerer immunforsvaret og ødeleggelse av invaderende patogen., I planter, det gjør at den enkelte ikke bare for å håndtere patogener, men også for å stabilisere interaksjoner med symbionts—en viktig funksjon. Planter etablere nyttige to-veis interaksjon med en rekke mikroorganismer som bakterier og sopp, og i noen tilfeller er disse mikrobene utføre oppgaver som anlegget er ute av stand til å gjøre på egen hånd. Noen planter kan ikke behandle miljø-nitrogen, slik at de danner et symbiotisk forhold med bakterier fra slekten Rhizobium å gjøre triks, og synapse-som vedlegg er avgjørende for forholdet., I den prosessen, rhizobia få nytte av å være lei av anlegget.

Så, for å løse den fjerde og femte punkter hevet over om eksistensen av anlegget nevrale systemer, hva om elektriske impulser eller handling potensialer i planter, og deres mulige veier som en del av anlegget vaskulære systemet? Merkelig nok, elektrisk ledningsevne i planter ble oppdaget for noen år før Luigi Galvani gjorde hans demoniske 1780 frogleg eksperimenter som viser elektriske impulser i dyr. Så det er ingen tvil om at elektriske signaler eller kanskje til og med action potensialet finnes i planter., Det er også ganske klart at, som Eric Davies ved North Carolina State University sagt det, «den grunnleggende årsaken planter har elektriske signaler er at de tillater meget rask og systemisk informasjon overføring, slik at hele anlegget er informert nesten umiddelbart, selv om bare ett område kan ha blitt opprørt.»Likevel, arten av handlingen potensialet er ganske forskjellige i planter og dyr, selv om begge involvere sine celler’ ion-tv., Mens dyr produserer handlingen potensiale ved en utveksling av natrium og kalium ioner, anlegg potensialer er produsert med kalsium transport som forsterkes av klorid og redusert med kalium.

Så hva kan vi konkludere med?
Den oppfatningen at planter har hjerner i en viss forstand er både interessant og tankevekkende., Så provoserende, faktisk, som i 2007 tretti-seks etterforskere fra tretti-tre institusjonene publisert et åpent brev i tidsskriftet Trends in Plant Science opprettholde «at anlegget nevrobiologi ikke legger til vår forståelse av plante-fysiologi, plante celle biologi eller signalering,» og tryglet tilhengere av tiltak for å «revurdere kritisk konseptet, og til å utvikle et intellektuelt strenge grunnlaget for det»—en fin måte å si: «bare kutte det ut.»

Totale responsen fra anlegget neurobiologists på spørsmål om anlegg «hjernen» har vært ganske konfliktfylt., Anthony Trewavas av University of Edinburgh foreslått at «anlegget nevrobiologi er en metafor»—og ikke noe mer. Hans fokus var på selve begrepet, og hans interesse var først og fremst i dens betydning i å drive vitenskap å forstå cellebiologi av planter og mysteriene av plante-celle-til-celle kommunikasjon og signalering. Men biologer Franti.sek Balu.,ska ved Universitetet i Bonn og Stefano Mancuso av Universitetet i Firenze iherdig argumentert for bokstavelig eksistensen av nervesystem i planter, noe som tyder på at «å fjerne den gamle Aristoteliske splittelsen mellom planter og dyr vil forene alle flercellede organismer under ett konseptuelle ‘paraply.'»

Selvfølgelig, begge perspektiver ikke kan være riktig. Trewavas virker det for oss å ta det for hva det er: bare et tilfelle av å diskutere likheter. Det er en metafor i seg selv som gjør uttalelser om likheten av planter og dyr systemer så interessant., Men for å gjøre det nyttig, er du nødt til å erkjenne at det er en metafor. For å samle planter og dyr under et enkelt «konseptuelle paraply» når det egentlig ikke er en, skaper et reelt problem. For én ting, det er god dokumentasjon på at planter og dyr ikke har en felles stamfar til utelukkelse av alle andre organismer på planeten. Sopp og mange encellede organismer som har kjerner komme i veien. En samlende paraply både vil skjule denne virkeligheten og undergrave nytten av metaforen. Når en metafor er ikke lenger anerkjent som sådan, feilslutning blir regelen i dag.