O czym szumią wierzby

Rośliny to istoty inteligentne. Myślą, czują, podejmują decyzje, komunikują się, pamiętają. Badania neurobiologów odsłaniają fantastyczne wynalazki jakich dokonały rośliny – odkrycia, które mogą zmienić rozwój naszych badań nad sztuczną inteligencją, robotyką, czy IoT. Nasza rozmowa z profesorem Stefanem Mancuso, dyrektorem Międzynarodowego Laboratorium Neurobiologii Roślin Uniwersytetu Florenckiego, prelegentem SAS Forum 2016.

CEO/CIO: Panie Profesorze, neurobiologia roślin to nowa gałąź nauki?

Stefan Mancuso, LINV: Za początek uznać można 2005 r.

Wtedy powstała pierwsza instytucja – laboratorium LINV (International Laboratory of Plant Neurobiology), ufundowane przez prywatnych donatorów, ale dla Uniwersytetu Florenckiego.

Jego założycielami i organizatorami jesteśmy wspólnie z dr Frantiskiem Baluskiem, słowackim botanikiem pracującym na Uniwersytecie w Bonn. W 2005 r. doszło do pierwszej konferencji zbierającej kiełkujące zainteresowania badaczy – biologów, botaników, z całego świata, uporządkowania wiedzy, policzyliśmy się – i zaczęliśmy bardziej metodyczny program badań w ramach wspomnianego LINV.

Stefan Mancuso na SAS Forum w Mediolanie

Stefan Mancuso na SAS Forum w Mediolanie

SAS Forum Analytics Everywhere

Okazją do wywiadu było SAS Forum „Analytisc Everywhere”, które odbyło się w kwietniu br. w Mediolanie. Stefan Mancuso było jednym z głównych prelegentów forum, w którym udział wzięło blisko 2,5 tys. osób. Forum poświęcone było przyszłości analityki szczególnie w kontekście IoT.

http://www.sas.com/sas/events/16/sasforum-milan.html

Co nowego dzisiaj wiemy dzięki temu o roślinach?

Zyskaliśmy nową, inną perspektywę na rośliny, ich wzajemne interakcje i interakcje ze światem zwierząt i ludzi.

Rośliny myślą, reagują, zapamiętują, rozwiązują złożone problemy. Zidentyfikowaliśmy ok. 20 zmysłów, którymi dysponują i posługują się rośliny. Słuch, wzrok (widzenie kształtów), dotyk, węch – eksperymenty dowodzą jak bogate i jak podobne w odczuwaniu świata są rośliny. Wiemy, że to stworzenia inteligentne. Wiemy o ich inteligencji zbiorowej i o organizacji społecznej.

Używa Pan do opisu roślin tych samych określeń, tego samego słownika, choćby na określenie zmysłów, którymi się posługują, jaki znamy do opisu ludzi i zwierząt. Jak daleko idą te analogie?

Podstawowa różnica polega oczywiście na tym, że ośrodki decyzyjne u ludzi i zwierząt są skoncentrowane – u roślin rozproszone. Dwadzieścia zmysłów łączą setki tysięcy receptorów. Inny paradygmat stworzenia, inny więc rozwój inteligencji. Wyjściowe zadanie dla roślin to: jak stworzyć ciało, które może się odtworzyć nawet po utracie 90%.

Poza tym jednak - do opisu zmysłów i funkcji możemy posługiwać się analogicznymi, wspólnymi określeniami. Dokładnie tak samo działa zmysł dotyku, słuchu – to odczucia ekwiwalentne. Choć pod względem chemicznym i w ogóle organizacji procesu są różnice. Rośliny używają innych receptorów i innych nośników informacji.

Ale efekt i cel – są dokładnie te same.

Mogą dotykać liśćmi, mogą dotykać korzeniami. Innych roślin, zwierząt, nas. Świetnie rozwinęły zmysł powonienia. I w ogóle całej sfery komunikacji przez powonienie – wszystkie zapachy, które odbieramy nachylając się nad rośliną, to jej komunikaty. Rośliny są wyjątkowo dobre w produkcji zróżnicowanych, lotnych substancji chemicznych, które stosują w tej bogatej komunikacji.

Eksperyment w LINV, foto: LINV

Eksperyment w LINV, foto: LINV

Czy – idąc dalej - opisując rośliny możemy mówić także o charakterach, osobowościach, indywidualnych osobach?

Wydawałoby się, że nie – jeśli będziemy na gruncie filozofii. Osoba to, z definicji, byt niepodzielny. Roślina zaś z założenia może się podzielić i odtworzyć.

Ale rośliny różnią się oczywiście między sobą. Decyduje o tym ich indywidualne doświadczenie. Jeśli osobowość jest sumą przeżyć i relacji z innymi – to tak.

Potrafię sobie to wyobrazić, ale proszę o przykład.

Opowiem o eksperymencie, który ilustruje kilka kwestii jednocześnie.

Mimoza to roślina, która reaguje na dotyk składając liście. To działanie ma oczywiście na celu ochronę przed uszkodzeniem, zniszczeniem, zjedzeniem przez owada – mimoza wstydliwa potrafi zwinąć liście w 0,8 sekundy. Potem potrzebuje kilku-kilkunastu minut, aby ponownie je rozłożyć.

Rozumiem, że to każdorazowo spory wydatek energetyczny.

Właśnie. Przeprowadziłem eksperyment – nauczyłem mimozę, że nie musi chronić się przed moim dotykiem, bo nic jej wówczas nie grozi, mój dotyk nie skutkuje zniszczeniem. To był charakterystyczny dotyk, którym dotykałem ją w różnych częściach – łodygi, liści. „Poznaliśmy się” i mimoza nie traciła już energii na chowanie się przede mną.

Na jak długo?

Po tym kursie zostawiliśmy mimozę w spokoju na 40 dni – bez żadnego stymulowania, przypominania. Po tym okresie – mimoza nadal pamiętała, że przed moim dotykiem nie musi się chronić a przed innym dotykiem – tak. To bardzo długi czas – większość zwierząt nie ma takich zdolności przechowywania w pamięci wyuczonych rzeczy. Owady pamiętają na przykład najwyżej 24 godziny, potem muszą uczyć się od nowa. Długość czasu zapamiętywania zależy jeszcze od rodzaju bodźca, od rośliny.

Eksperyment 2 w LINV, foto: LINV

Eksperyment 2 w LINV, foto: LINV

Jak szybko mimoza się nauczyła odpowiednio nie reagować?

I tu właśnie ciekawa obserwacja. W eksperymencie udział wzięły dwie grupy rodzaje roślin. Jedna – nazwijmy ją „bogata”, miała świetny dostęp do światła i wody. Druga – „uboga”, zamieszkała w miejscu mniej nasłonecznionym i nawodnionym, zatem każdy wysiłek – teoretycznie – powinna bardziej rozważyć. Zważyć każdy kwant energii, nim go zużytkuje.

Uboga roślina, nauczyła się szybciej, że nie musi wydatkować energii bezcelowo – po 2-3 powtórzeniach dotknięcia „opanowała materiał”. Roślina bogata mogła sobie z kolei po prostu pozwolić na nieco lenistwa w nauce. Do nauczenia potrzebowała 5-6 powtórzeń. Natomiast obie rośliny przechowały wyuczony wzór.

Rozumiem – mamy zróżnicowane doświadczenie.

Tak. Ale idźmy dalej. Doświadczenie – to także historia naszych relacji z otoczeniem. Rośliny także wzrastają w rodzinie.

Słucham?

Młode drzewo – siewka w gęstym lesie nie ma dość wysokości aby dobić się słońca i światła. Ale wrasta w leśną rodzinę – łączy się korzeniami z innymi roślinami, starszymi i całkiem starymi drzewami, które jej ta drogą przekazują substancje odżywcze do czasu, aż będzie mogła ich produkować sama dostatecznie dużo. Wówczas zresztą sama zacznie dzielić się z jakimś młodszym krewniakiem…

Czy taki mechanizm działa niezależnie od gatunku? Ile czasu trwa taka opieka?

Jak wynika z eksperymentów, drzewa i rośliny z najbliższego otoczenia tworzą klany. U roślin wszystko trwa dłużej, także wychowywanie – średnio 5-7 lat. Dłużej młodymi opiekują się w zasadzie tylko ludzie.

Później również drzewa opiekują się sobą. W Kanadzie przeprowadzono ciekawy eksperyment. Dorosłe drzewo rosnące w lesie odcięto całkowicie od dopływu wody, ale nie odseparowano łączności z innymi drzewami. Drzewo to było i jest utrzymywane przy życiu i ma się doskonale, dzięki pomocy jego „krewniaków”.

Powiedział Pan o skomunikowaniu roślin systemami korzeniowymi. To kolejny system łączności w świecie roślin.

To w zasadzie ich najważniejszy system. Sieć połączeń w lesie jest doskonale rozproszona, ale łączy ze sobą wszystkie drzewa i rośliny. Istnieją w tej sieci punkty węzłowe, rośliny posiadające kontakt z większą liczbą roślin.

Eksperyment w LINV 3, foto: LINV

Eksperyment w LINV 3, foto: LINV

To powiela opisany przez Pana rozproszony model pojedynczej rośliny w skali całego lasu.

Tak – rozproszony po to, aby mógł się dotworzyć nawet po pożarze, wichurze, inwazji szkodników. Oczywistą analogią do świata technologii jest Internet – on także był przecież zaprojektowany tak, aby komunikacja przetrwała niszczycielski atak i mogła się odtworzyć choćby z niewielkich ocalałych fragmentów.

Ten system to jednak wewnętrzny system do rozmów w gronie roślin. Z resztą świata rośliny rozmawiają inaczej.

Tak, wspomnieliśmy już o substancjach lotnych.

Rośliny muszą komunikować się i to możliwie szybko, natychmiastowo, z innymi stworzeniami. Kiedy na przykład na liściu rośliny siada larwa, która przymierza się do zjedzenia go, roślina wysyła natychmiast kilka sygnałów zapachowych. Do sąsiadujących roślin – uwaga, jestem zaatakowana. Do zwierząt – potencjalnych wrogów larwy, innych owadów albo zwierząt, na przykład ptaków – „uwaga, tu jest posiłek”.

Nie mogą uciec – dlatego właśnie nawet gdy zniszczone jest 90%, we właściwym czasie mogą się odtworzyć. Wszystkie funkcje są rozproszone, pamięć jest rozproszona.

Rozmawiamy o inteligencji roślin posługując się analogiami. W świecie zwierząt większą inteligencją zwykło się przypisywać drapieżnikom. Rośliny w większości wydają się być ofiarami, może między sobą mają relacje ofiara-drapieżnik. Jak to wpływa na inteligencję poszczególnych gatunków? Czy takie międzygatunkowe albo i obiektywne badania poziomu inteligencji można już prowadzić?

Muszę rozczarować. Wszystkie prowadzone przez biologów badania nad inteligencją napotykają na trudności. Spójrzmy prawdzie w oczy. Potrafimy w zasadzie mierzyć tylko jeden, specyficzny rodzaj ludzkiej inteligencji.

Nie ma w tej chwili takich narzędzi aby badać i mierzyć inteligencję roślin, ale w ogóle nie ma też odpowiednich metod do mierzenia innej inteligencji niż ludzka. Wszystkie grupy roślin, które badamy, przejawiają własne, charakterystyczne cechy inteligencji – których nie potrafimy mierzyć.

Podobnie jak rzecz się ma z osobowością indywidualną, osobą. To po prostu życie. Kiedyś postrzegano rośliny jak automaty. Nie ma tymczasem automatyzmu na zasadzie sygnał – reakcja standardowa. One są różne – to widać w obserwacji. Jest jakaś średnia, rozkład normalny zachowań. Jak u ludzi. Próba na grupie 100 osób nie powie nam o tym, jak wygląda zachowanie pojedynczej osoby z tej grupy. I co nam to powie o wszystkich ludziach, o populacji? Nie powie nam prawdy, to statystyka.

Stefan Mancuso

Stefan Mancuso

Stefan Mancuso

Stefan Mancuso jest dyrektorem LINV, Laboratorio Internazionale di Neurobiologia Vegetale (Międzynarodowe Laboratorium Neurobiologii Roślin) na Uniwersytecie Florenckim. Jest pionierem neurobiologii, badaczem i autorem licznych publikacji oraz znakomitym popularyzatorem dyscypliny.

Laboratorium powstało dzięki środkom z fundacji Ente Cassa di Risparmio di Firenze. Obecnie obok badań prowadzone są studia, wśród badaczy LINV spotkamy także polskie nazwiska. LINV posiada także oddział w Japonii.

http://www.linv.org

Nic nie powie nam na przykład o eksperymentach i kreatywności.

Dokładnie – tymczasem rośliny właśnie nieustannie próbują, eksperymentują.

I są rośliny, które robią to częściej, są wśród nich – powiedzielibyśmy o człowieku – rośliny, osobniki, bardziej twórcze. Ze względu na bardzo różne uwarunkowania. Tak jak wspomniana uboga mimoza. Po 2-3 dotknięciach nie „chowała się” przede mną. Ale kiedy dotknąłem za mocno – reagowała już obronnie.

Proszę powiedzieć - jakie obserwacje mogą być dla nas cenne? Wspomniał Pan o tym, że system korzeniowy rośliny rośliny i system komunikacji korzeniowej w lesie strukturą przypomina Internet. Myślę sobie na przykład o możliwości adaptacji tej modelu zbiorowej rozproszonej inteligencji do badań i prac nad sztuczna inteligencją.

Robotyka jest dla nas interesująca. Dotychczasowe maszyny i systemy sterowania to androidy i animaloidy – systemy decyzji i funkcje na wzór ludzkich i zwierzęcych. Tymczasem plantoid – robot na wzór rośliny, symulujący taki model decyzyjny i podziału funkcji jest bardzo obiecujący. Wystarczy spojrzeć na historię Ziemi: organizmy roślinne okazały się najskuteczniejsze w kolonizacji gleby i w powierzchni Ziemi. To jasna przesłanka, skąd wzór powinny brać urządzenia wysyłane na przykład na obce planety.

Mówi się także dużo o Internecie Rzeczy. Rośliny dysponują własną wielką siecią czujników – każdy pojedynczy wierzchołek korzenia (a na przykład pojedyncza roślina ryżu ma system korzeniowy liczący 622 km, z 13 mln korzeni i blisko 11 milionami wierzchołków korzeniowych)...

...przy okazji wspomina Pan o skali rozproszonego przetwarzania danych przez roślinę...

Tak, to już wspomniany mechanizm zabezpieczenia dopływu informacji i zarazem odpowiedź – co w zastępstwie mózgu steruje myśleniem, decyzjami i reakcjami rośliny.

Wierzchołki korzeniowe nieustannie, równolegle monitorują szereg parametrów chemicznych i fizycznych z otoczenia, ważnych dla rośliny. Ich reakcja polega na zmianie potencjału elektrycznego – jest to sygnał, informacja interpretowana odpowiednio przez rośliny.

Jakie parametry interesują rośliny?

Te, którymi interesuje się także dziś ludzkość – skażenie, pożar, brak wody. Zebranie w postaci mapy elektrofizjologicznych sygnałów emitowanych przez rośliny pozwalałyby więc nam uzyskać bardzo dokładną informację. W oparciu przy tym o najlepiej do natury przystosowaną „infrastrukturę” czujników i pomiaru, zastosować do ochrony przed katastrofami ekologicznymi albo w gospodarce rolnej.

Pomysł na wpięcie roślinnych czujników w system IoT to pomysł na hybrydę.

Nie jedyny pomysł hybrydowy, z którym eksperymentujemy. Obiecujące jest także tworzenie robotów będących hybrydą rośliny i maszyny.

Jest i więcej analogii i pól przenoszenia zaobserwowanych przez Pana i innych neurobiologów wynalazków dokonanych przez rośliny - do naszego świata.

Wolałbym powiedzieć – adaptowanych do wspólnego świata.

Ale zdecydowanie tak, zgodzę się. Być może najważniejsza innowacja – to wykorzystanie inteligencji zbiorowej.

Dziękuję za rozmowę.