#093 · Plant Movements - They Move When You're Not Looking

Plants move. They hunt light, throttle vines around posts, snap shut on flies in a tenth of a second, and shout chemical warnings to their neighbours. We mostly miss it because we are the wrong size of animal, watching at the wrong speed.

In the summer of 1880, an ageing Charles Darwin and his son Francis published a 600-page book called *The Power of Movement in Plants*. It was the last major work of Darwin's life, and reviewers found it eccentric. Across hundreds of experiments — seedlings in dark boxes, tendrils brushing against glass rods, roots forced to grow around obstacles — the Darwins argued that plants were not the inert green furniture of the Victorian imagination. They were doing things. Slowly, deliberately, in response to the world around them. The tip of a root, Darwin wrote in the closing pages, behaves as if it were "the brain of one of the lower animals".

That sentence was treated as an embarrassment for nearly a century. It is treated rather differently now.

日本2011年震災後臺灣的反核四橫幅 - 不要再有下一個福島 Banner of TAIWAN's anti-Fourth Nuclear Power Plant Movement ~ No More Fukushima Nisa Yeh · BY-SA 2.0

Plant movement breaks into two families, and they work by entirely different physics. The slow family is the tropisms — directional growth in response to a stimulus. A sunflower seedling on a windowsill leans toward the glass because cells on the shaded side elongate faster than those in the light, bending the stem. This is phototropism, and it is mediated by a hormone called auxin that the Darwins themselves first inferred from coleoptile experiments in 1880. Roots do the same trick in reverse against gravity. Vines do it on contact — a pea tendril that brushes a stake will curl around it within an hour, a behaviour called thigmotropism.

Speed without muscles

The fast family is more interesting, because plants have no muscles, no nerves, and no obvious reason to be quick. And yet a Venus flytrap closes in roughly a hundred milliseconds, which is faster than a human can blink.

A Venus flytrap fills the frame as a small insect brushes two trigger hairs inside the tra Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

It manages this by storing elastic energy in the curvature of its leaves, the way a contact lens snaps between concave and convex when you press its edge. Two trigger hairs on each lobe act as mechanosensors. Brush one: nothing happens. Brush a second within about twenty seconds, or the same one twice, and an electrical signal — a genuine action potential, propagating at around ten centimetres per second — releases the elastic tension. The trap inverts its curvature and shuts. A 2016 study from the University of Würzburg by Rainer Hedrich's group showed that the plant keeps counting after closure: three triggers turn on digestion-related genes, five trigger the secretion of acid and enzymes. The trap is metering effort against the size of the prey.

Mimosa pudica, the so-called sensitive plant, collapses its leaflets within seconds of being touched. Here the mechanism is hydraulic: specialised cells at the base of each leaflet, the pulvini, dump potassium ions and follow them with water, going limp in concert. Touch one leaflet and the signal ripples down the branch. It is not clear what selection pressure paid for this; the leading guess is that the sudden movement startles grazing insects, or shakes them off, or makes the plant look smaller and less worth chewing.

A seedling planted sideways in a clear soil chamber bends its root downward and shoot upwa Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

The wood-wide conversation

The stranger discovery is that plants talk. When a caterpillar starts eating a tomato leaf, the wounded plant releases a cocktail of volatile organic compounds — green-leaf volatiles, methyl jasmonate, methyl salicylate — into the air. Neighbouring tomatoes, even ones not yet under attack, register the chemical signal and begin upregulating their own defensive genes, building tannins and protease inhibitors that make their tissues harder to digest. The effect was first documented in the early 1980s by Ian Baldwin and Jack Schultz, working on poplar and sugar maple seedlings, and the result was so unexpected that the field spent a decade refusing to believe it.

Caution Heavy Plant Movement Matt From London · BY 2.0

Underground, the conversation is denser. Most land plants live in symbiosis with mycorrhizal fungi, and the resulting hyphal network connects neighbouring root systems into a shared chemical substrate. Suzanne Simard's isotope-labelling experiments in British Columbia in the 1990s showed carbon flowing from Douglas fir to paper birch and back again across the seasons, with the direction depending on which species was shaded. Whether to call this "cooperation", "parasitism", or just "leaky physics" is a live argument in the literature.

What is no longer arguable is that plants sense, signal, and respond. They register touch, gravity, light wavelength, humidity, the chewing vibrations of specific insect species, and the volatile chemistry of their wounded neighbours. They act on what they register, on timescales from milliseconds to seasons.

A climbing vine reaches across a garden frame and coils around a rough wooden support Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

What we still don't know

We do not know whether any of this should be called cognition. The phrase "plant neurobiology" was proposed in 2006 and triggered a furious open letter from thirty-six plant scientists demanding it be retired. The disagreement is partly philosophical — what counts as a signal, what counts as a decision — and partly about what to do with a system that learns and remembers without neurons.

We do not know how plants integrate. A Venus flytrap that counts touches is, in some functional sense, doing arithmetic across distributed cells. Where the count is held between triggers, in what physical substrate, remains an open question. Calcium-ion concentration is the leading suspect.

A damaged leaf releases volatile chemicals into warm air while neighboring leaves respond Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

And we do not know how much of the wood-wide conversation is signal versus eavesdropping. A plant that releases a chemical when wounded may be warning its kin, or alerting predators of its attacker, or simply leaking — and neighbours may be listening in opportunistically. Selection on emitters and selection on receivers do not have to point the same way.

Darwin watched a climbing plant for hours and decided its tip was searching. A century and a half later, with high-speed cameras and ion-channel genetics, the verb still fits. We just had the wrong frame rate.

植物会移动。它们寻找光线，将藤蔓缠绕在柱子上，在十分之一秒内闭合捕食苍蝇，并向邻居发出化学警告。我们大多忽略了这一点，因为我们作为动物的体型不对，观察的速度也不对。

1880年夏天，年迈的 Charles Darwin 和他的儿子弗朗西斯出版了一本名为《植物的运动本领》的600页著作。这是达尔文一生中最后一部重要作品，评论家们觉得它很古怪。通过数百次实验——将幼苗放在暗盒里，让卷须摩擦玻璃棒，强迫根部绕过障碍物生长——达尔文父子证明了植物并不是维多利亚时代想象中毫无生机的绿色摆设。它们在活动。缓慢地、刻意地，对周围的世界做出反应。达尔文在结尾的几页中写道，根尖的行为就好像它是“某种低等动物的大脑”。

这一论断在近一个世纪里都被视为令人尴尬的荒谬之词。而现在，人们对它的看法已大不相同。

植物的运动分为两大类，它们的物理机制完全不同。缓慢的一类是 tropisms——对刺激做出的定向生长反应。窗台上的向日葵幼苗向玻璃倾斜，是因为背光侧的细胞比向光侧细胞伸长得更快，从而使茎部弯曲。这就是 phototropism，它由一种被称为 auxin 的激素介导，达尔文父子在1880年通过胚芽鞘实验首次推导出了这种激素的存在。根部则以相反的方式对抗重力。藤蔓在接触时也会做出反应——触摸木桩的豌豆卷须会在一小时内缠绕在木桩上，这种行为被称为向触性。

无肌肉的速度

快速的一类更有趣，因为植物没有肌肉，没有神经，也没有显而易见的快速运动的理由。然而，一株 Venus flytrap 在约一百毫秒内就能闭合，这比人眨眼还要快。

它通过在叶片的弯曲中储存弹性势能来实现这一点，就像你按下边缘时隐形眼镜会在凹面和凸面之间弹跳一样。每个叶瓣上的两根触发毛起着机械感受器的作用。碰触一根：什么也不会发生。在约二十秒内碰触第二根，或者同一根碰触两次，一个电信号——一个真正的动作电位，以每秒约十厘米的速度传播——就会释放弹性张力。捕虫夹会反转其弯曲并闭合。维尔茨堡大学（ University of Würzburg ）雷纳·海德里希团队在2016年的一项研究表明，植物在闭合后仍在继续计数：三次触发会开启与消化相关的基因，五次触发会促使酸和酶的分泌。捕虫夹正在根据猎物的大小调整付出的努力。

含羞草在被触摸后几秒钟内就会折叠其小叶。这里的机制是水力的：每个小叶基部的特殊细胞（叶枕）会排出钾离子，水分紧随其后，使小叶协同变软。触摸一片小叶，信号就会沿枝条泛起涟漪。目前尚不清楚是什么选择压力促成了这一特征；最主要的猜测是，这种突然的运动会惊吓取食的昆虫，或者将它们抖落，或者让植物看起来更小，更不值得咀嚼。

森林间的交谈

更奇特的发现是植物会说话。当毛毛虫开始啃食西红柿叶子时，受伤的植物会向空气中释放一种由挥发性有机化合物组成的混合物——绿叶挥发物、茉莉酸甲酯、水杨酸甲酯。邻近的西红柿，即使是那些尚未受到攻击的西红柿，也会感知到这种化学信号，并开始上调自身的防御基因，合成单宁和蛋白酶抑制剂，使它们的组织更难被消化。这一效应最早由伊安·鲍德温（ Ian Baldwin ）和杰克·舒尔茨于20世纪80年代初在杨树和糖枫幼苗上记录下来，当时这一结果太出乎意料，以至于该领域花了十年时间拒绝相信它。

在地下，这种交谈更为密集。大多数陆生植物都与 mycorrhizal 真菌共生，由此产生的菌丝网络将相邻的根系连接到一个共享的化学介质中。苏珊·西马德（ Suzanne Simard ）在20世纪90年代于不列颠哥伦比亚省进行的同位素标记实验表明，碳在不同季节从花旗松流向纸皮桦，并再次流回，方向取决于哪个物种处于阴影中。究竟是将这称为“合作”、“寄生”还是仅仅是“有泄漏的物理机制”，在文献中仍有争议。

目前已毋庸置疑的是，植物能够感知、传递信号并做出反应。它们能记录触摸、重力、光波长、湿度、特定昆虫物种的咀嚼震动，以及受伤邻居的挥发性化学物质。它们会在从毫秒到季节的时间尺度上，对记录到的信息采取行动。

我们仍未知道的事

我们不知道这是否应该被称为认知。2006年提出了“植物神经生物学”这一术语，引发了36位植物科学家发表了一封愤怒的公开信，要求弃用该词。这种分歧部分是哲学上的——什么算作信号，什么算作决定——部分是关于如何对待一个在没有神经元的情况下学习和记忆的系统。

我们不知道植物是如何进行整合的。一株记录触摸次数的捕蝇草，在某种功能意义上，正在跨分布式细胞进行算术计算。触发之间计数是如何保持的，在什么物理介质中保持，仍是一个悬而未决的问题。钙离子浓度是主要的怀疑对象。

而且我们不知道在森林间的交谈中，有多少是刻意发送的信号，有多少只是窃听。一株受伤时释放化学物质的植物可能是为了警告其亲属，或者向捕食者警示其攻击者的存在，或者仅仅是泄露——而邻居们可能只是顺便旁听。对发射者的选择和对接收者的选择并不一定要指向同一个方向。

达尔文观察了一株攀缘植物数小时，断定它的顶端正在搜寻。一个半世纪后，借助高速相机和离子通道遗传学，这个动词依然适用。我们只是用错了帧率。

Las plantas se mueven. Buscan la luz, estrangulan las enredaderas alrededor de los postes, se cierran sobre las moscas en una décima de segundo y gritan advertencias químicas a sus vecinas. En su mayoría nos lo perdemos porque somos animales del tamaño equivocado, que observan a la velocidad equivocada.

En el verano de 1880, un envejecido Charles Darwin y su hijo Francis publicaron un libro de 600 páginas llamado *The Power of Movement in Plants*. Fue la última obra importante de la vida de Darwin, y los críticos la encontraron excéntrica. A través de cientos de experimentos (plántulas en cajas oscuras, zarcillos que rozaban varillas de vidrio, raíces obligadas a crecer alrededor de obstáculos), los Darwin argumentaron que las plantas no eran los muebles verdes inertes de la imaginación victoriana. Estaban haciendo cosas. Lenta, deliberadamente, en respuesta al mundo que las rodeaba. La punta de una raíz, escribió Darwin en las páginas finales, se comporta como si fuera "el cerebro de uno de los animales inferiores".

Esa frase fue tratada como una vergüenza durante casi un siglo. Hoy se trata de manera muy diferente.

El movimiento de las plantas se divide en dos familias, y funcionan mediante físicas completamente distintas. La familia lenta son los tropisms, el crecimiento direccional en respuesta a un estímulo. Una plántula de girasol en el alféizar de una ventana se inclina hacia el vidrio porque las células del lado sombreado se alargan más rápido que las que están a la luz, doblando el tallo. Esto es el phototropism, y está mediado por una hormona llamada auxin que los propios Darwin infirieron por primera vez a partir de experimentos con coleóptilos en 1880. Las raíces hacen el mismo truco a la inversa contra la gravedad. Las enredaderas lo hacen al contacto: un zarcillo de guisante que roza una estaca se curvará alrededor de ella en una hora, un comportamiento llamado tigmotropismo.

Velocidad sin músculos

La familia rápida es más interesante, porque las plantas no tienen músculos, ni nervios, ni ninguna razón obvia para ser rápidas. And y, sin embargo, una Venus flytrap se cierra en aproximadamente cien milisegundos, lo que es más rápido de lo que un humano puede parpadear.

Lo logra almacenando energía elástica en la curvatura de sus hojas, de la misma manera que una lente de contacto cambia entre cóncava y convexa cuando presionas su borde. Dos pelos sensores en cada lóbulo actúan como mecanosensores. Roza uno: no pasa nada. Roza un segundo en unos veinticinco segundos, o el mismo dos veces, y una señal eléctrica (un verdadero potencial de acción que se propaga a unos diez centímetros por segundo) libera la tensión elástica. La trampa invierte su curvatura y se cierra. Un estudio de 2016 de la Universidad de Würzburg University of Würzburg por el grupo de Rainer Hedrich demostró que la planta sigue contando después del cierre: tres estímulos activan genes relacionados con la digestión, cinco activan la secreción de ácido y enzimas. La trampa dosifica el esfuerzo según el tamaño de la presa.

La Mimosa pudica, la llamada planta sensitiva, colapsa sus folíolos a los pocos segundos de ser tocada. Aquí el mecanismo es hidráulico: células especializadas en la base de cada folíolo, los pulvínulos, liberan iones de potasio y los siguen con agua, volviéndose flácidas en concierto. Toca un folíolo y la señal se propaga por la rama. No está claro qué presión de selección dio lugar a esto; la principal conjetura es que el movimiento repentino asusta a los insectos herbívoros, o los sacude, o hace que la planta parezca más pequeña y menos apetecible de masticar.

La conversación en todo el bosque

El descubrimiento más extraño es que las plantas hablan. Cuando una oruga comienza a comerse una hoja de tomate, la planta herida libera al aire un cóctel de compuestos orgánicos volátiles (volátiles de hojas verdes, jasmonato de metilo, salicilato de metilo). Los tomates vecinos, incluso los que aún no están bajo ataque, registran la señal química y comienzan a regular al alza sus propios genes defensivos, produciendo taninos e inhibidores de proteasa que hacen que sus tejidos sean más difíciles de digerir. El efecto fue documentado por primera vez a principios de la década de 1980 por Ian Baldwin y Jack Schultz, trabajando con plántulas de álamo y arce azucarero, y el resultado fue tan inesperado que el campo pasó una década negándose a creerlo.

Bajo tierra, la conversación es más densa. La mayoría de las plantas terrestres viven en simbiosis con hongos mycorrhizal, y la red de hifas resultante conecta los sistemas de raíces vecinos en un sustrato químico compartido. Los experimentos de marcado de isótopos de Suzanne Simard en la Columbia Británica en la década de 1990 mostraron carbono fluyendo del abeto de Douglas al abedul papelero y viceversa a lo largo de las estaciones, dependiendo de qué especie estuviera sombreada. Si llamar a esto "cooperación", "parasitismo" o simplemente "física con fugas" es una discusión abierta en la literatura.

Lo que ya no es discutible es que las plantas sienten, envían señales y responden. Registran el tacto, la gravedad, la longitud de onda de la luz, la humedad, las vibraciones de masticación de especies de insectos específicas y la química volátil de sus vecinas heridas. Actúan sobre lo que registran, en escalas de tiempo que van desde milisegundos hasta estaciones.

Lo que aún no sabemos

No sabemos si algo de esto debería llamarse cognición. La frase "neurobiología vegetal" fue propuesta en 2006 y provocó una furiosa carta abierta de treinta y seis científicos de plantas exigiendo su retiro. El desacuerdo es en parte filosófico (qué cuenta como señal, qué cuenta como decisión) y en parte sobre qué hacer con un sistema que aprende y recuerda sin neuronas.

No sabemos cómo integran las plantas. Una Venus atrapamoscas que cuenta los toques está, en cierto sentido funcional, haciendo aritmética a través de células distribuidas. Dónde se mantiene el conteo entre estímulos, en qué sustrato físico, sigue siendo una pregunta abierta. La concentración de iones de calcio es el sospechoso más probable.

Y no sabemos cuánto de la conversación en todo el bosque es señal frente a escucha. Una planta que libera un compuesto químico cuando es herida puede estar advirtiendo a sus parientes, o alertando a los depredadores de su atacante, o simplemente teniendo fugas, y las vecinas pueden estar escuchando de manera oportunista. La selección sobre los emisores y la selección sobre los receptores no tienen por qué apuntar en la misma dirección.

Darwin observó una planta trepadora durante horas y decidió que su punta estaba buscando. Un siglo y medio después, con cámaras de alta velocidad y genética de canales iónicos, el verbo sigue encajando. Solo teníamos la velocidad de fotogramas incorrecta.

As plantas movem-se. Elas buscam a luz, estrangulam trepadeiras em torno de estacas, fecham-se sobre moscas em um décimo de segundo e lançam alertas químicos para suas vizinhas. Nós geralmente não percebemos isso porque somos animais do tamanho errado, observando na velocidade errada.

No verão de 1880, um envelhecido Charles Darwin e seu filho Francis publicaram um livro de 600 páginas chamado *The Power of Movement in Plants*. Foi o último grande trabalho da vida de Darwin, e os críticos o consideraram excêntrico. Através de centenas de experimentos — mudas em caixas escuras, gavinhas roçando em bastões de vidro, raízes forçadas a crescer em torno de obstáculos — os Darwin argumentaram que as plantas não eram a mobília verde inerte da imaginação vitoriana. Elas estavam agindo. Lentamente, deliberadamente, em resposta ao mundo ao seu redor. A ponta de uma raiz, escreveu Darwin nas páginas finais, comporta-se como se fosse "o cérebro de um dos animais inferiores".

Essa frase foi tratada como um embaraço por quase um século. Hoje ela é tratada de forma muito diferente.

O movimento das plantas divide-se em duas famílias, e elas funcionam por físicas inteiramente distintas. A família lenta são os tropisms — o crescimento direcionado em resposta a um estímulo. Uma muda de girassol em um peitoril de janela inclina-se em direção ao vidro porque as células do lado sombreado se alongam mais rapidamente do que aquelas sob a luz, curvando o caule. Isso é o phototropism, e é mediado por um hormônio chamado auxin que os próprios Darwin inferiram pela primeira vez a partir de experimentos com coleóptilos em 1880. As raízes fazem o mesmo truque de forma inversa contra a gravidade. As trepadeiras fazem-no ao contato — uma gavinha de ervilha que roça em uma estaca se enrolará nela em uma hora, um comportamento chamado tigmotropismo.

Velocidade sem músculos

A família rápida é mais interessante, porque as plantas não têm músculos, nem nervos, e nenhuma razão óbvia para serem rápidas. E, no entanto, uma Venus flytrap fecha-se em cerca de cem milissegundos, o que é mais rápido do que o piscar de olhos de um humano.

Ela consegue isso armazenando energia elástica na curvatura de suas folhas, da mesma forma que uma lente de contato muda entre côncava e convexa quando pressionamos sua borda. Dois pelos sensores em cada lobo atuam como mecanossensores. Roce um: nada acontece. Roce um segundo em cerca de vinte segundos, ou o mesmo duas vezes, e um sinal elétrico — um potencial de ação real, propagando-se a cerca de dez centímetros por segundo — libera a tensão elástica. A armadilha inverte sua curvatura e se fecha. Um estudo de 2016 da Universidade de Würzburg ( University of Würzburg ) pelo grupo de Rainer Hedrich mostrou que a planta continua contando após o fechamento: três estímulos ativam genes relacionados à digestão, cinco ativam a secreção de ácido e enzimas. A armadilha calibra o esforço de acordo com o tamanho da presa.

A Mimosa pudica, a chamada planta sensitiva, dobra seus folíolos poucos segundos após ser tocada. Aqui o mecanismo é hidráulico: células especializadas na base de cada folíolo, os pulvinos, liberam íons de potássio e os seguem com água, murchando em conjunto. Toque em um folíolo e o sinal se propaga pelo ramo. Não está claro que pressão de seleção favoreceu isso; a principal hipótese é que o movimento repentino assusta insetos herbívoros, ou os afasta, ou faz a planta parecer menor e menos atraente para ser mastigada.

A conversa em toda a floresta

A descoberta mais estranha é que as plantas conversam. Quando uma lagarta começa a comer uma folha de tomate, a planta ferida libera no ar um coquetel de compostos orgânicos voláteis — voláteis de folhas verdes, jasmonato de metila, salicilato de metilo. Os tomates vizinhos, mesmo os que ainda não estão sob ataque, registram o sinal químico e começam a regular positivamente seus próprios genes de defesa, acumulando taninos e inibidores de protease que tornam seus tecidos mais difíceis de digerir. O efeito foi documentado pela primeira vez no início dos anos 1980 por Ian Baldwin e Jack Schultz, trabalhando com mudas de choupo e bordo-açucareiro, e o resultado foi tão inesperado que a comunidade científica passou uma década recusando-se a acreditar.

Sob a terra, a conversa é mais densa. A maioria das plantas terrestres vive em simbiose com fungos mycorrhizal, e a rede de hifas resultante conecta os sistemas de raízes vizinhos em um substrato químico compartilhado. Os experimentos de marcação isotópica de Suzanne Simard na Colúmbia Britânica nos anos 1990 mostraram carbono fluindo do abeto de Douglas para a bétula-papelera e de volta ao longo das estações, com a direção dependendo de qual espécie estava sombreada. Se devemos chamar isso de "cooperação", "parasitismo" ou apenas "física com vazamentos" é uma discussão em aberto na literatura.

O que não é mais discutível é que as plantas sentem, sinalizam e respondem. Elas registram o toque, a gravidade, o comprimento de onda da luz, a umidade, as vibrações de mastigação de espécies de insetos específicas e a química volátil de suas vizinhas feridas. Elas agem de acordo com o que registram, em escalas de tempo de milissegundos a estações.

O que ainda não sabemos

Não sabemos se algo disso deveria ser chamado de cognição. A expressão "neurobiologia vegetal" foi proposta em 2006 e gerou uma furiosa carta aberta de trinta e seis cientistas de plantas exigindo que fosse aposentada. O desacordo é em parte filosófico — o que conta como sinal, o que conta como decisão — e em parte sobre o que fazer com um sistema que aprende e se lembra sem neurônios.

Não sabemos como as plantas se integram. Uma Vênus papa-moscas que conta os toques está, em algum sentido funcional, fazendo aritmética através de células distribuídas. Onde a contagem é mantida entre os estímulos, em que substrato físico, continua sendo uma pergunta aberta. A concentração de íons de cálcio é a principal suspeita.

E não sabemos o quanto da conversa em toda a floresta é sinal em oposição a escuta clandestina. Uma planta que libera uma substância química quando ferida pode estar alertando seus parentes, ou alertando predadores de seu atacante, ou simplesmente vazando — e as vizinhas podem estar escutando de forma oportunista. A seleção sobre os emissores e a seleção sobre os receptores não têm necessariamente que apontar na mesma direção.

Darwin observou uma planta trepadeira por horas e decidiu que sua ponta estava procurando. Um século e meio depois, com câmeras de alta velocidade e genética de canais iônicos, o verbo ainda se aplica. Nós apenas tínhamos a taxa de quadros errada.

Les plantes bougent. Elles cherchent la lumière, enroulent leurs tiges autour des tuteurs, se referment sur les mouches en un dixième de seconde et crient des avertissements chimiques à leurs voisines. Cela nous échappe le plus souvent, car nous ne sommes pas à la bonne échelle animale et regardons à la mauvaise vitesse.

Au cours de l'été 1880, un Charles Darwin vieillissant et son fils Francis publièrent un ouvrage de 600 pages intitulé *The Power of Movement in Plants*. Ce fut la dernière œuvre majeure de la vie de Darwin, et les critiques la jugèrent excentrique. À travers des centaines d'expériences — des pousses dans des boîtes sombres, des vrilles effleurant des tiges de verre, des racines forcées de contourner des obstacles — les Darwin affirmèrent que les plantes n'étaient pas le mobilier vert inerte de l'imagination victorienne. Elles agissaient. Lentement, délibérément, en réponse au monde qui les entourait. L'extrémité d'une racine, écrivait Darwin dans les dernières pages, se comporte comme si elle était "le cerveau de l'un des animaux inférieurs".

Cette phrase fut traitée comme un sujet d'embarras pendant près d'un siècle. Elle est perçue bien différemment aujourd'hui.

Le mouvement des plantes se divise en deux familles, qui relèvent de physiques entièrement distinctes. La famille lente est celle des tropisms — la croissance directionnelle en réponse à um stimulus. Une jeune pousse de tournesol sur le rebord d'une fenêtre se penche vers la vitre parce que les cellules du côté ombragé s'allongent plus vite que celles exposées à la lumière, courbant la tige. C'est le phototropism, et il est médié par une hormone appelée auxin que les Darwin ont été les premiers à déduire d'expériences sur les coléoptiles en 1880. Les racines font la même chose à l'inverse, contre la gravité. Les plantes grimpantes réagissent au contact : une vrille de pois frôlant un tuteur s'enroulera autour en moins d'une heure, un comportement appelé thigmotropisme.

La vitesse sans muscles

La famille rapide est plus intéressante, car les plantes n'ont ni muscles, ni nerfs, ni raison évidente d'être rapides. Et pourtant, une Venus flytrap se referme en environ cent millisecondes, ce qui est plus rapide qu'un battement de cils humain.

Elle y parvient en stockant de l'énergie élastique dans la courbure de ses feuilles, à la manière d'une lentille de contact qui passe du concave au convexe sous la pression du doigt. Deux poils sensitifs sur chaque lobe font office de mécanorécepteurs. Effleurez-en un : rien ne se passe. Effleurez-en un second dans un intervalle d'environ vingt secondes, ou le même deux fois, et un signal électrique — un véritable potentiel d'action se propageant à environ dix centimètres par seconde — libère la tension élastique. Le piège inverse sa courbure et se referme. Une étude de 2016 menée à l'Université de Wurtzbourg ( University of Würzburg ) par le groupe de Rainer Hedrich a montré que la plante continue de compter après la fermeture : trois stimulations activent les gènes liés à la digestion, cinq déclenchent la sécrétion d'acide et d'enzymes. Le piège dose son effort selon la taille de la proie.

La Mimosa pudica, la plante dite sensitive, replie ses folioles en quelques secondes dès qu'on la touche. Ici, le mécanisme est hydraulique : des cellules spécialisées à la base de chaque foliole, les pulvini, expulsent des ions potassium que l'eau suit par osmose, ce qui les rend flasques de concert. Touchez une foliole et le signal se propage le long de la branche. On ignore quelle pression de sélection a favorisé ce trait ; l'hypothèse principale est que ce mouvement soudain surprend les insectes herbivores, les fait tomber, ou donne à la plante un aspect plus petit et moins appétissant.

La conversation à l'échelle de la forêt

La découverte la plus étrange est que les plantes parlent. Lorsqu'une chenille commence à dévorer une feuille de tomate, la plante blessée libère dans l'air un cocktail de composés organiques volatils — volatils de feuilles vertes, jasmonate de métile, salicylate de méthyle. Les tomates voisines, même celles qui ne sont pas encore attaquées, captent ce signal chimique et commencent à suractiver leurs propres gènes de défense, produisant des tanins et des inhibiteurs de protéases qui rendent leurs tissus plus difficiles à digérer. Cet effet a été documenté pour la première fois au début des années 1980 par Ian Baldwin et Jack Schultz, sur des jeunes pousses de peuplier et d'érable à sucre, et le résultat était si inattendu que la communauté scientifique a mis dix ans à y croire.

Sous terre, la conversation est plus dense. La plupart des plantes terrestres vivent en symbiose avec des champignons mycorrhizal, et le réseau hyphal qui en résulte relie les systèmes racinaires voisins en un substrat chimique partagé. Les expériences de marquage isotopique de Suzanne Simard en Colombie-Britannique dans les années 1990 ont montré un flux de carbone allant du sapin de Douglas au bouleau à papier et inversement selon les saisons, la direction dépendant de l'espèce qui se trouvait à l'ombre. Qualifier cela de "coopération", de "parasitisme" ou simplement de "physique à fuites" fait l'objet d'un débat actif dans la littérature.

Ce qui n'est plus contestable, c'est que les plantes perçoivent, signalent et réagissent. Elles enregistrent le toucher, la gravité, la longueur d'onde de la lumière, l'humidité, les vibrations de mastication d'espèces d'insectes spécifiques et la chimie volatile de leurs voisines blessées. Elles agissent en conséquence, sur des échelles de temps allant de la milliseconde aux saisons.

Ce que nous ignorons encore

Nous ignorons si tout cela mérite le nom de cognition. L'expression "neurobiologie végétale" a été proposée en 2006 et a déclenché une lettre ouverte virulente de trente-six phytologues exigeant son abandon. Le désaccord est en partie philosophique — qu'est-ce qui constitue un signal ou une décision ? — et en partie pratique : que faire d'un système qui apprend et se souvient sans neurones ?

Nous ignorons comment les plantes intègrent ces informations. Une dionée attrape-mouche qui compte les stimulations fait, en un sens fonctionnel, de l'arithmétique via des cellules distribuées. L'endroit où le décompte est conservé entre deux stimulations, et dans quel substrat physique, reste une question ouverte. La concentration d'ions calcium est le principal suspect.

Et nous ignorons dans quelle mesure cette conversation forestière relève du signal ou de l'écoute clandestine. Une plante qui libère une substance chimique lorsqu'elle est blessée peut avertir ses proches, ou signaler son agresseur à des prédateurs, ou simplement fuir — et les voisines peuvent en profiter pour écouter. La sélection sur les émetteurs et la sélection sur les récepteurs n'ont pas nécessairement le même but.

Darwin a observé une plante grimpante pendant des heures et a conclu que son extrémité cherchait. Un siècle et demi plus tard, avec des caméras ultra-rapides et la génétique des canaux ioniques, le verbe convient toujours. C'est notre vitesse de défilement qui n'était pas la bonne.

Pflanzen bewegen sich. Sie jagen das Licht, schlingen Ranken um Pfosten, schnappen in einer Zehntelsekunde nach Fliegen und rufen ihren Nachbarn chemische Warnungen zu. Wir übersehen das meistens, weil wir die falsche Tiergröße haben und mit der falschen Geschwindigkeit hinsehen.

Im Sommer 1880 veröffentlichten der alternde Charles Darwin und sein Sohn Francis ein 600-seitiges Buch mit dem Titel *The Power of Movement in Plants*. Es war das letzte große Werk in Darwins Leben, und die Kritiker fanden es exzentrisch. In Hunderten von Experimenten — Keimlinge in dunklen Kisten, Ranken, die an Glasstäben entlangstreiften, Wurzeln, die um Hindernisse herumwachsen mussten — argumentierten die Darwins, dass Pflanzen nicht das leblose grüne Mobiliar der viktorianischen Vorstellungskraft waren. Sie taten etwas. Langsam, bewusst, als Reaktion auf die Welt um sie herum. Die Spitze einer Wurzel, so schrieb Darwin auf den letzten Seiten, verhalte sich so, als ob sie „das Gehirn eines der niederen Tiere“ wäre.

Dieser Satz wurde fast ein Jahrhundert lang als Peinlichkeit behandelt. Heute wird er ganz anders bewertet.

Pflanzenbewegung teilt sich in zwei Familien auf, und sie funktionieren nach völlig unterschiedlicher Physik. Die langsame Familie sind die tropisms — gerichtetes Wachstum als Reaktion auf einen Reiz. Ein Sonnenblumenkeimling auf einer Fensterbank lehnt sich zum Glas hin, weil sich die Zellen auf der Schattenseite schneller strecken als die im Licht, wodurch sich der Stängel biegt. Dies ist der phototropism, und er wird durch ein Hormon namens auxin vermittelt, das die Darwins selbst erstmals 1880 in Koleoptilen-Experimenten nachwiesen. Wurzeln machen denselben Trick umgekehrt gegen die Schwerkraft. Ranken tun es bei Kontakt — eine Erbsenranke, die einen Pfahl streift, wickelt sich innerhalb einer Stunde um ihn, ein Verhalten, das Thigmotropismus genannt wird.

Geschwindigkeit ohne Muskeln

Die schnelle Familie ist interessanter, weil Pflanzen keine Muskeln, keine Nerven und keinen offensichtlichen Grund haben, schnell zu sein. Und doch schließt sich eine Venus flytrap in etwa hundert Millisekunden, was schneller ist, als ein Mensch blinzeln kann.

Sie schafft dies, indem sie elastische Energie in der Krümmung ihrer Blätter speichert, so wie eine Kontaktlinse zwischen konkav und konvex umspringt, wenn man auf ihren Rand drückt. Zwei Triggerhaare auf jedem Lappen wirken als Mechanosensoren. Streift man eines: Nichts passiert. Streift man innerhalb von etwa zwanzig Sekunden ein zweites oder dasselbe zweimal, löst ein elektrisches Signal — ein echtes Aktionspotenzial, das sich mit etwa zehn Zentimetern pro Sekunde ausbreitet — die elastische Spannung. Die Falle kehrt ihre Krümmung um und schnappt zu. Eine Studie der Universität Würzburg ( University of Würzburg ) aus dem Jahr 2016 durch die Gruppe von Rainer Hedrich zeigte, dass die Pflanze nach dem Schließen weiterzählt: Drei Reize schalten verdauungsbezogene Gene ein, fünf lösen die Sekretion von Säure und Enzymen aus. Die Falle dosiert den Aufwand im Verhältnis zur Größe der Beute.

Mimosa pudica, die sogenannte Mimose, klappt ihre Blättchen innerhalb von Sekunden nach einer Berührung zusammen. Hier ist der Mechanismus hydraulisch: Spezialisierte Zellen an der Basis jedes Blättchens, die Pulvini, stoßen Kaliumionen aus und ziehen Wasser nach, wodurch sie gemeinsam schlaff werden. Berührt man ein Blättchen, breitet sich das Signal wie eine Welle über den Ast aus. Es ist unklar, welcher Selektionsdruck dies begünstigt hat; die führende Vermutung ist, dass die plötzliche Bewegung fressende Insekten aufschreckt, sie abschüttelt oder die Pflanze kleiner und weniger attraktiv zum Abkauen aussehen lässt.

Die waldweite Unterhaltung

Die seltsamere Entdeckung ist, dass Pflanzen sprechen. Wenn eine Raupe beginnt, ein Tomatenblatt zu fressen, gibt die verletzte Pflanze einen Cocktail aus flüchtigen organischen Verbindungen — Green Leaf Volatiles, Methyljasmonat, Methylsalicylat — an die Luft ab. Benachbarte Tomaten, selbst solche, die noch nicht angegriffen wurden, registrieren das chemische Signal und beginnen, ihre eigenen Abwehrgene hochzuregulieren. Sie bilden Tannine und Proteaseinhibitoren, die ihr Gewebe schwerer verdaulich machen. Der Effekt wurde erstmals Anfang der 1980er Jahre von Ian Baldwin und Jack Schultz an Pappel- und Zuckerahornkeimlingen dokumentiert, und das Ergebnis war so unerwartet, dass das Fachgebiet sich ein Jahrzehnt lang weigerte, es zu glauben.

Unter der Erde ist die Unterhaltung noch dichter. Die meisten Landpflanzen leben in Symbiose mit Mykorrhizapilzen ( mycorrhizal ), und das resultierende Hyphennetzwerk verbindet benachbarte Wurzelsysteme zu einem gemeinsamen chemischen Substrat. Die Isotopenmarkierungsexperimente von Suzanne Simard in British Columbia in den 1990er Jahren zeigten, dass Kohlenstoff im Laufe der Jahreszeiten von der Douglasie zur Papierbirke und zurück fließt, wobei die Richtung davon abhängt, welche Art beschattet war. Ob man dies als „Kooperation“, „Parasitismus“ oder nur als „undichte Physik“ bezeichnen soll, ist in der Literatur umstritten.

Was nicht mehr umstritten ist, ist, dass Pflanzen wahrnehmen, signalisieren und reagieren. Sie registrieren Berührung, Schwerkraft, Lichtwellenlänge, Feuchtigkeit, die Kaugereäusche bestimmter Insektenarten und die flüchtige Chemie ihrer verletzten Nachbarn. Sie reagieren auf das, was sie registrieren, auf Zeitskalen von Millisekunden bis hin zu Jahreszeiten.

Was wir noch nicht wissen

Wir wissen nicht, ob irgendetwas davon als Kognition bezeichnet werden sollte. Der Begriff „Pflanzenneurobiologie“ wurde 2006 vorgeschlagen und löste einen wütenden offenen Brief von sechsunddreißig Pflanzenwissenschaftlern aus, die seine Abschaffung forderten. Die Uneinigkeit ist teils philosophisch — was zählt als Signal, was als Entscheidung — und teils eine Frage dessen, wie man mit einem System umgeht, das ohne Neuronen lernt und erinnert.

Wir wissen nicht, wie Pflanzen Informationen integrieren. Eine Venusfliegenfalle, die Berührungen zählt, betreibt in einem funktionalen Sinne Arithmetik über verteilte Zellen hinweg. Wo die Zählung zwischen den Reizen gespeichert wird, in welchem physikalischen Substrat, bleibt eine offene Frage. Die Kalium- oder Calciumionenkonzentration ist der Hauptverdächtige.

Und wir wissen nicht, wie viel der waldweiten Unterhaltung Signal und wie viel bloßes Mithören ist. Eine Pflanze, die bei einer Verletzung eine Chemikalie freisetzt, warnt vielleicht ihre Verwandten, alarmiert die Fressfeinde ihres Angreifers oder läuft einfach nur aus — und Nachbarn hören opportunistisch mit. Die Selektion auf Sender und die Selektion auf Empfänger müssen nicht in dieselbe Richtung weisen.

Darwin beobachtete eine Kletterpflanze stundenlang und entschied, dass ihre Spitze suchte. Eineinhalb Jahrhunderte später, mit Hochgeschwindigkeitskameras und Ionenkanalgenetik, passt das Verb immer noch. Wir hatten nur die falsche Bildrate.

Tumbuhan bergerak. Mereka memburu cahaya, melilitkan batang pada tiang, menutup rapat pada lalat dalam sepersepuluh detik, dan meneriakkan peringatan kimiawi kepada tetangga mereka. Kita sebagian besar melewatkannya karena kita adalah jenis hewan dengan ukuran yang salah, yang mengamati dengan kecepatan yang salah.

Pada musim panas tahun 1880, Charles Darwin yang sudah menua beserta putranya, Francis, menerbitkan sebuah buku setebal 600 halaman berjudul *The Power of Movement in Plants*. Itu adalah karya besar terakhir dalam hidup Darwin, dan para pengulas menganggapnya eksentrik. Melalui ratusan eksperimen — kecambah dalam kotak gelap, sulur yang bergesekan dengan batang kaca, akar yang dipaksa tumbuh di sekitar rintangan — keluarga Darwin berargumen bahwa tumbuhan bukanlah perabotan hijau yang tidak aktif dalam imajinasi era Victoria. Mereka melakukan sesuatu. Lambat, sengaja, sebagai respons terhadap dunia di sekitar mereka. Ujung akar, tulis Darwin di halaman-halaman penutup, berperilaku seolah-olah itu adalah "otak dari salah satu hewan tingkat rendah".

Kalimat itu dianggap sebagai hal yang memalukan selama hampir satu abad. Sekarang hal itu diperlakukan dengan sangat berbeda.

Gerakan tumbuhan terbagi menjadi dua keluarga, dan mereka bekerja dengan fisika yang sepenuhnya berbeda. Keluarga yang lambat adalah tropisms — pertumbuhan terarah sebagai respons terhadap rangsangan. Kecambah bunga matahari di ambang jendela condong ke arah kaca karena sel-sel di sisi yang teduh memanjang lebih cepat daripada sel-sel yang terkena cahaya, sehingga membengkokkan batangnya. Ini adalah phototropism, dan dimediasi oleh hormon bernama auxin yang pertama kali disimpulkan oleh keluarga Darwin sendiri dari eksperimen koleoptil pada tahun 1880. Akar melakukan trik yang sama secara terbalik melawan gravitasi. Tanaman merambat melakukannya saat bersentuhan — sulur kacang polong yang menyentuh tiang pancang akan melingkarinya dalam waktu satu jam, perilaku yang disebut tigmotropisme.

Kecepatan tanpa otot

Keluarga yang cepat lebih menarik, karena tumbuhan tidak memiliki otot, tidak memiliki saraf, dan tidak memiliki alasan yang jelas untuk menjadi cepat. Namun, sebuah Venus flytrap menutup dalam waktu sekitar seratus milidetik, yang lebih cepat daripada kedipan mata manusia.

Ia berhasil melakukannya dengan menyimpan energi elastis pada kelengkungan daunnya, seperti cara lensa kontak berpindah antara cekung dan cembung saat Anda menekan tepinya. Dua rambut pemicu pada setiap lobus bertindak sebagai mekanosensor. Sentuh satu: tidak terjadi apa-apa. Sentuh yang kedua dalam waktu sekitar dua puluh detik, atau sentuh yang sama dua kali, dan sinyal listrik — potensial aksi nyata, yang merambat dengan kecepatan sekitar sepuluh sentimeter per detik — melepaskan tegangan elastis. Perangkap membalikkan kelengkungannya dan menutup. Sebuah studi tahun 2016 dari Universitas Würzburg ( University of Würzburg ) oleh kelompok Rainer Hedrich menunjukkan bahwa tumbuhan terus menghitung setelah penutupan: tiga pemicu mengaktifkan gen yang terkait dengan pencernaan, lima pemicu merangsang sekresi asam dan enzim. Perangkap mengukur upaya terhadap ukuran mangsa.

Mimosa pudica, yang disebut tanaman sensitif atau putri malu, melipat anak daunnya dalam hitungan detik setelah disentuh. Di sini mekanismenya adalah hidrolik: sel-sel khusus di dasar setiap anak daun, pulvini, membuang ion kalium dan diikuti oleh air, sehingga layu secara bersamaan. Sentuh satu anak daun dan sinyalnya merambat ke bawah cabang. Tidak jelas tekanan seleksi apa yang mendasari hal ini; dugaan utama adalah bahwa gerakan tiba-tiba itu mengagetkan serangga yang sedang merumput, atau mengibaskannya, atau membuat tumbuhan terlihat lebih kecil dan kurang layak untuk dikunyah.

Percakapan di seluruh hutan

Penemuan yang lebih aneh adalah bahwa tumbuhan berbicara. Ketika seekor ulat mulai memakan daun tomat, tumbuhan yang terluka melepaskan koktail senyawa organik yang mudah menguap — volatil daun hijau, metil jasmonat, metil salisilat — ke udara. Tomat tetangga, bahkan yang belum diserang, merekam sinyal kimia tersebut dan mulai meningkatkan gen pertahanan mereka sendiri, memproduksi tanin dan penghambat protease yang membuat jaringan mereka lebih sulit dicerna. Efek ini pertama kali didokumentasikan pada awal tahun 1980-an oleh Ian Baldwin & Jack Schultz, yang meneliti kecambah poplar dan pohon mapel gula, dan hasilnya sangat tidak terduga sehingga bidang tersebut menghabiskan waktu satu dekade menolak untuk mempercayainya.

Di bawah tanah, percakapan berlangsung lebih padat. Sebagian besar tumbuhan darat hidup bersimbiosis dengan jamur mikoriza ( mycorrhizal ), dan jaringan hifa yang dihasilkan menghubungkan sistem akar tetangga menjadi substrat kimia bersama. Eksperimen pelabelan isotop oleh Suzanne Simard di British Columbia pada tahun 1990-an menunjukkan karbon mengalir dari cemara Douglas ke birch kertas dan kembali lagi sepanjang musim, dengan arah yang bergantung pada spesies mana yang ternaungi. Apakah akan menyebut ini sebagai "kerja sama", "parasitisme", atau hanya "fisika yang bocor" merupakan perdebatan hangat dalam literatur.

Yang tidak dapat diperdebatkan lagi adalah bahwa tumbuhan merasakan, memberi sinyal, dan merespons. Mereka merekam sentuhan, gravitasi, panjang gelombang cahaya, kelembapan, getaran kunyahan dari spesies serangga tertentu, dan kimia volatil dari tetangga mereka yang terluka. Mereka bertindak berdasarkan apa yang mereka rekam, pada skala waktu dari milidetik hingga musim.

Apa yang masih belum kita ketahui

Kita tidak tahu apakah semua ini harus disebut kognisi. Istilah "neurobiologi tumbuhan" diusulkan pada tahun 2006 dan memicu surat terbuka yang marah dari tiga puluh enam ilmuwan tumbuhan yang menuntut agar istilah tersebut dihentikan. Ketidaksepakatan ini sebagian bersifat filosofis — apa yang dihitung sebagai sinyal, apa yang dihitung sebagai keputusan — dan sebagian lagi tentang apa yang harus dilakukan dengan sistem yang belajar dan mengingat tanpa neuron.

Kita tidak tahu bagaimana tumbuhan berintegrasi. Venus flytrap yang menghitung sentuhan, dalam beberapa arti fungsional, sedang melakukan aritmatika di seluruh sel yang terdistribusi. Di mana hitungan itu disimpan di antara pemicu, dalam substrat fisik apa, tetap menjadi pertanyaan terbuka. Konsentrasi ion kalsium adalah tersangka utama.

Dan kita tidak tahu seberapa banyak percakapan di seluruh hutan merupakan sinyal versus penyadapan. Tumbuhan yang melepaskan zat kimia saat terluka mungkin memperingatkan kerabatnya, atau memperingatkan predator dari penyerangnya, atau hanya sekadar bocor — dan tetangga mungkin mendengarkan secara oportunistik. Seleksi pada pemancar dan seleksi pada penerima tidak harus mengarah ke arah yang sama.

Darwin mengamati tanaman merambat selama berjam-jam dan memutuskan bahwa ujungnya sedang mencari. Satu setengah abad kemudian, dengan kamera berkecepatan tinggi dan genetika saluran ion, kata kerja itu masih cocok. Kita hanya memiliki frame rate yang salah.

Растения двигаются. Они охотятся за светом, обвивают побегами опоры, за десятую долю секунды захлопывают ловушки на мухах и посылают химические предупреждения соседям. Мы почти не замечаем этого, потому что мы животные другого размера, наблюдающие с неподходящей скоростью.

Летом 1880 года стареющий Charles Darwin и его сын Фрэнсис опубликовали 600-страничную книгу под названием *The Power of Movement in Plants*. Это была последняя крупная работа в жизни Дарвина, и рецензенты нашли ее эксцентричной. На примере сотен экспериментов — проростков в темных коробках, усиков, соприкасающихся со стеклянными палочками, корней, вынужденных расти в обход препятствий — Дарвины доказывали, что растения не были инертной зеленой мебелью из викторианских представлений. Они действовали. Медленно, намеренно, реагируя на мир вокруг них. Кончик корня, писал Дарвин на последних страницах, ведет себя так, словно это «мозг одного из низших животных».

К этому предложению относились как к неловкой нелепости почти целое столетие. Сейчас к нему относятся совершенно иначе.

Движение растений делится на два семейства, и они подчиняются совершенно разным законам физики. Медленное семейство — это tropisms, направленный рост в ответ на раздражитель. Росток подсолнечника на подоконнике наклоняется к стеклу, потому что клетки на теневой стороне удлиняются быстрее, чем на свету, изгибая стебель. Это phototropism, и он регулируется гормоном под названием auxin, существование которого Дарвины впервые предположили на основе экспериментов с колеоптилями в 1880 году. Корни проделывают тот же трюк в обратном направлении против силы тяжести. Вьющиеся растения делают это при контакте — усик гороха, задевший колышек, обовьет его в течение часа; такое поведение называется тигмотропизмом.

Скорость без мышц

Быстрое семейство гораздо интереснее, ведь у растений нет ни мышц, ни нервов, ни очевидных причин для быстроты. И тем не менее, Venus flytrap захлопывается примерно за сто миллисекунд, что быстрее, чем моргает человек.

Она добивается этого путем накопления упругой энергии в изгибе своих листьев, подобно тому как контактная линза перещелкивается между вогнутым и выпуклым состояниями, если нажать на ее край. Два чувствительных волоска на каждой доле действуют как механосенсоры. Заденьте один — ничего не произойдет. Заденьте второй в течение примерно двадцати секунд (или тот же самый дважды), и электрический сигнал — настоящий потенциал действия, распространяющийся со скоростью около десяти сантиметров в секунду — высвободит упругое напряжение. Ловушка меняет кривизну и закрывается. Исследование 2016 года, проведенное группой Райнера Хедриха в Вюрцбургском университете ( University of Würzburg ), показало, что растение продолжает считать после закрытия: три раздражителя включают гены, связанные с пищеварением, пять — запускают секрецию кислоты и ферментов. Ловушка соизмеряет усилия с размером добычи.

Mimosa pudica, так называемая стыдливая мимоза, сворачивает свои листья в течение нескольких секунд после прикосновения. Здесь работает гидравлический механизм: специализированные клетки у основания каждого листочка, пульвины, сбрасывают ионы калия, за которыми устремляется вода, из-за чего они синхронно обмякают. Стоит коснуться одного листочка, и сигнал пробегает по всей ветке. Неясно, какое эволюционное давление привело к этому; основное предположение заключается в том, что внезапное движение пугает травоядных насекомых, стряхивает их или заставляет растение выглядеть меньше и менее привлекательным для поедания.

Лесной разговор

Еще более странным открытием стало то, что растения разговаривают. Когда гусеница начинает есть лист томата, раненое растение выбрасывает в воздух коктейль из летучих органических соединений — летучих веществ зеленых листьев, метилжасмоната, метилсалицилата. Соседние томаты, даже те, которые еще не подверглись нападению, улавливают химический сигнал и начинают активировать собственные защитные гены, вырабатывая танины и ингибиторы протеазы, которые делают их ткани более трудноперевариваемыми. Этот эффект был впервые задокументирован в начале 1980-х годов Ian Baldwin и Джеком Шульцем, работавшими с проростками тополя и сахарного клена, и результат оказался настолько неожиданным, что научное сообщество в течение десяти лет отказывалось в него верить.

Под землей общение происходит еще плотнее. Большинство наземных растений живут в симбиозе с микоризными грибами ( mycorrhizal ), и образующаяся сеть гиф связывает соседние корневые системы в общий химический субстрат. Эксперименты Suzanne Simard с изотопным мечением в Британской Колумбии в 1990-х годах показали, что углерод перетекает от пихты Дугласа к березе бумажной и обратно в зависимости от сезона, причем направление зависит от того, какой вид находится в тени. Стоит ли называть это «сотрудничеством», «паразитизмом» или просто «несовершенной физикой» — предмет активных споров в научной литературе.

Что больше не подлежит сомнению, так это то, что растения чувствуют, подают сигналы и реагируют. Они фиксируют прикосновение, гравитацию, длину волны света, влажность, вибрации от жевания конкретных видов насекомых и летучие вещества раненых соседей. Они действуют на основе того, что воспринимают, в масштабах времени от миллисекунд до сезонов.

Чего мы до сих пор не знаем

Мы не знаем, можно ли назвать что-либо из этого когнитивной деятельностью. Термин «нейробиология растений» был предложен в 2006 году и вызвал яростное открытое письмо тридцати шести ботаников с требованием отказаться от него. Разногласия носят отчасти философский характер (что считать сигналом, что — решением), а отчасти касаются того, как относиться к системе, которая учится и запоминает без участия нейронов.

Мы не знаем, как растения интегрируют информацию. Венерина мухоловка, которая считает прикосновения, в каком-то функциональном смысле производит арифметические действия с помощью распределенных клеток. Где именно хранится этот счет между прикосновениями и на каком физическом носителе — остается открытым вопросом. Концентрация ионов кальция является главным подозреваемым.

И мы не знаем, насколько лесной разговор является именно передачей сигналов, а не обычным подслушиванием. Растение, выделяющее химическое вещество при повреждении, может предупреждать своих сородичей, привлекать хищников для борьбы с вредителем или просто «протекать» — а соседи могут пользоваться этой утечкой информации. Отбор среди отправителей и отбор среди получателей не обязательно должны быть направлены в одну сторону.

Дарвин часами наблюдал за вьющимся растением и пришел к выводу, что его верхушка находится в поиске. Полтора века спустя, с высокоскоростными камерами и генетикой ионных каналов, этот глагол по-прежнему подходит. Просто у нас была неправильная частота кадров.

植物は動く。光を追い求め、支柱に蔓を巻き付け、0.1秒でハエを捕らえ、隣の植物に化学物質で警告を発する。私たちがそれを見過ごしてしまうのは、動物としての身体のサイズが異なり、見ている時間スケールが違うからである。

1880年の夏、老境にあった Charles Darwin と息子のフランシスは『植物の運動力』という600ページに及ぶ本を出版した。それはダーウィンの生涯における最後の重要な著作であり、書評家たちからは奇異なものと受け止められた。暗箱の中の苗木、ガラス棒に触れる巻きひげ、障害物を避けて伸びる根など、数百回に及ぶ実験を通じて、ダーウィン親子は、植物がヴィクトリア朝の人々が想像していたような「不活性な緑の家具」ではないと主張した。植物は行動していた。周囲の世界に反応して、ゆっくりと、意図的に。根の先端は、ダーウィンがその結びのページで書いたように、まるで「下等動物の脳」のように振る舞うのである。

この一文は、その後1世紀近くにわたり恥ずべき迷信として扱われた。しかし、現在では全く異なる捉え方をされている。

植物の運動は大きく2つに分類され、それぞれ全く異なる物理的メカニズムで動作する。遅いグループは tropisms （屈性）であり、刺激に対する方向性を持った成長運動である。窓辺のヒマワリの苗がガラスに向かって傾くのは、日陰側の細胞が光の当たる側の細胞よりも速く伸長し、茎を曲げるからである。これは phototropism （屈光性）であり、1880年にダーウィン親子が子葉鞘の実験からその存在を初めて推論した auxin （オーキシン）というホルモンによって制御されている。根は重力に対してこれと逆の反応を示す。蔓は接触によって反応し、エンドウの巻きひげは支柱に触れると1時間以内に巻き付く。これは接触屈性と呼ばれる挙動である。

筋肉なき速度

速いグループはより興味深い。植物には筋肉も神経もなく、素早く動くべき明白な理由がないからである。それにもかかわらず、 Venus flytrap （ハエトリソウ）は約100ミリ秒で葉を閉じる。これは人間が瞬きするよりも速い。

これは、コンタクトレンズの端を押すと凹凸がパチンと切り替わるように、葉の湾曲部分に弾性エネルギーを蓄えることで実現している。各葉片にある2本の感覚毛が機械的センサーとして機能する。1本に触れても何も起こらない。約20秒以内にもう1本に触れるか、同じ毛に2回触れると、電気信号（秒速約10センチメートルで伝播する本物の活動電位）が送られ、弾性張力が解放される。これにより葉の湾曲が反転し、捕虫葉が閉じる。ヴュルツブルク大学（ University of Würzburg ）のライナー・ヘドリッヒ教授らのグループによる2016年の研究では、植物は閉じた後もカウントを続けていることが示された。3回の刺激で消化関連遺伝子が活性化し、5回の刺激で酸や酵素の分泌が始まる。獲物の大きさに応じて労力を調整しているのである。

おじぎ草（ミモザ・プディカ）は、触れると数秒以内に葉を閉じる。ここでのメカニズムは水圧によるものである。各小葉の基部にある「葉枕」と呼ばれる特殊な細胞がカリウムイオンを放出し、それに水が追随することで、一斉に細胞の緊張が失われる。1枚の小葉に触れると、その信号が枝へと波及していく。どのような淘汰圧がこの進化をもたらしたのかは不明だが、突然の動きによって捕食する昆虫を驚かせて追い払うか、あるいは植物自体を小さく見せて咀嚼する価値を低く見せるためだという説が有力である。

森林規模の会話

さらに奇妙な発見は、植物が対話することである。毛虫がトマトの葉を食べ始めると、傷ついた植物は揮発性有機化合物（みどりの香り成分、ジャスモン酸メチル、サリチル酸メチルなど）のコックテルを空気中に放出する。まだ攻撃を受けていない隣のトマトもこの化学信号を感知し、自らの防御遺伝子の発現を高め、組織を消化しにくくするタンニンやプロテアーゼ阻害剤を合成し始める。この効果は1980年代初頭に、ポプラやサトウカエデの苗木を用いた Ian Baldwin とジャック・シュルツの研究によって初めて報告されたが、その結果があまりにも予想外だったため、学会がそれを信じるまでに10年を要した。

地下では、さらに濃密な対話が行われている。ほとんどの陸上植物は菌根菌（ mycorrhizal ）と共生しており、その菌糸ネットワークが隣接する根系同士を接続し、化学物質を共有する共通の基盤を形成している。1990年代にブリティッシュコロンビア州で行われた Suzanne Simard の同位素標識実験では、季節を通じて炭素がトガサワラからカバノキへ、またその逆へと流れており、その移動方向はどちらの樹木が日陰にあるかによって決定されることが示された。これを「協調」と呼ぶべきか、「寄生」と呼ぶべきか、あるいは単なる「漏出する物理現象」と呼ぶべきかは、現在も議論が続いている。

もはや議論の余地がないのは、植物が感知し、信号を送り、反応しているという事実である。植物は、接触、重力、光の波長、湿度、特定の昆虫の咀嚼振動、そして傷ついた隣人から発せられる揮発性物質を感知している。そして、ミリ秒から季節にわたるタイムスケールで、感知した情報に基づいて行動している。

未だ解明されていない謎

これらの一一の現象を「認知」と呼ぶべきかは分かっていない。2006年に「植物神経生物学」という言葉が提唱された際、36人の植物学者からその撤回を求める激しい抗議声明が出された。この対立は、何をもって「信号」や「意思決定」とするかという哲学的な問題と、ニューロンを持たないシステムがどのように学習し記憶するかという科学的な問いの双方に起因している。

植物がどのように情報を統合しているのかは解明されていない。接触回数を数えるハエトリソウは、機能的な意味において、分散した細胞全体で算術を行っている。刺激の間でどのようにカウントが保持されるのか、どのような物理的媒体に記憶されているのかは未解決のままである。カルシウムイオン濃度が最有力候補とされている。

そして、森林規模の対話のうち、どれだけが意図的な伝達であり、どれだけが単なる「傍受」であるかも分かっていない。傷ついた際に化学物質を放出する植物は、同種に警告を与えているのか、捕食者を呼び寄せているのか、あるいは単に物質を漏出させているだけなのかもしれず、隣人はそれを利己的に利用しているだけかもしれない。発信側と受信側の淘汰圧が同じ方向を向いているとは限らないのである。

ダーウィンはつる植物を何時間も観察し、その先端が「探索している」と結論づけた。150年後の今日、高速カメラとイオンチャネル遺伝学をもってしても、その動詞はやはり適切である。私たちはただ、時間解像度を誤っていただけだったのだ。

식물은 움직인다. 빛을 쫓고, 기둥에 덩굴을 감아올리며, 10분의 1초 만에 파리를 덮쳐 가두고, 이웃 식물에게 화학적 경고를 보낸다. 우리가 이를 보지 못하는 것은 동물의 시간 척도와 덩치가 식물과 맞지 않기 때문이다.

1880년 여름, 노쇠해진 Charles Darwin과 그의 아들 프랜시스는 *The Power of Movement in Plants*(식물의 운동력)라는 600페이지 분량의 책을 출간했다. 이는 발견자 다윈의 생애 마지막 주요 저작이었으나, 비평가들은 이를 기이하게 여겼다. 어두운 상자 속 묘목, 유리 막대에 닿는 덩굴손, 장애물을 피해 자라는 뿌리 등 수백 번의 실험을 통해 다윈 부부는 식물이 빅토리아 시대 사람들이 상상하던 '비활성 녹색 가구'가 아니라고 주장했다. 식물은 움직이고 있었다. 느리고 의도적으로, 자신을 둘러싼 세계에 반응하며 말이다. 다윈은 책의 마지막 페이지에서 뿌리 끝이 마치 "하등 동물 중 하나의 뇌"처럼 행동한다고 적었다.

이 문장은 거의 한 세기 동안 당혹스러운 오류로 취급받았다. 그러나 오늘날에는 사뭇 다르게 다루어진다.

식물의 운동은 두 갈래로 나뉘며, 완전히 다른 물리 법칙으로 작동한다. 느린 운동은 자극에 반응하여 방향성을 갖고 자라는 tropisms(굴성)이다. 창가의 해바라기 묘목이 유리를 향해 기우는 것은 그늘진 쪽의 세포가 빛을 받는 쪽의 세포보다 빠르게 자라 줄기를 굽히기 때문이다. 이것이 바로 phototropism(굴광성)이며, 1880년 다윈 부부가 자엽초 실험을 통해 처음 존재를 유도해 낸 auxin(옥신)이라는 호르몬이 이를 매개한다. 뿌리는 중력에 대해 이와 반대로 움직인다. 덩굴손은 접촉 시 반응하는데, 완두콩 덩굴손이 지지대에 닿으면 한 시간 내에 감아 돌며, 이를 접촉굴성이라 부른다.

근육 없는 속도

빠른 운동은 더 흥미롭다. 식물에게는 근육도, 신경도 없으며 빠르게 움직여야 할 명백한 이유도 없기 때문이다. 그럼에도 Venus flytrap(파리지옥)은 인간이 눈을 깜빡이는 것보다 빠른 약 100밀리초 만에 잎을 닫는다.

이는 콘택트렌즈의 가장자리를 누르면 오목한 면과 볼록한 면이 툭 전환되는 것처럼 잎의 곡률에 탄성 에너지를 저장함으로써 가능하다. 각 잎에 돋아난 두 개의 감각모가 기계적 센서 역할을 한다. 하나를 건드리면 아무 일도 일어나지 않는다. 약 20초 이내에 다른 하나를 건드리거나 같은 것을 두 번 건드리면 초당 약 10센티미터 속도로 전파되는 실제 활동전위인 전기 신호가 방출되어 탄성 긴장을 해제한다. 잎은 곡률을 뒤집으며 닫힌다. 뷔르츠부르크 대학교( University of Würzburg ) 라이너 헤드리히 그룹의 2016년 연구에 따르면, 식물은 잎을 닫은 후에도 횟수를 계속 센다. 세 번 건드리면 소화 관련 유전자가 켜지고, 다섯 번 건드리면 산과 효소 분비가 시작된다. 사냥감의 크기에 따라 소모할 에너지를 측정하는 것이다.

미모사(Mimosa pudica)는 접촉 후 수 초 내에 잎을 접는다. 이 메커니즘은 수압식이다. 각 잎의 기부에 있는 특수한 세포인 엽침(pulvini)이 칼륨 이온을 방출하고 물이 그 뒤를 따라 이동하면서 세포가 일제히 이완된다. 잎 하나를 건드리면 신호가 가지를 타고 물결처럼 퍼진다. 어떤 선택압이 이 진화를 이끌어냈는지는 불분명하지만, 갑작스러운 움직임으로 곤충을 놀라게 해 쫓아내거나 식물을 더 작아 보이게 하여 뜯어먹을 가치를 낮추기 위함이라는 설이 유력하다.

숲 전체의 대화

가장 기이한 발견은 식물이 대화를 나눈다는 점이다. 애벌레가 토마토 잎을 먹기 시작하면 상처 입은 식물은 휘발성 유기화합물(청록색 잎 휘발성 물질, 메틸 자스모네이트, 메틸 살리실레이트 등)을 공기 중으로 방출한다. 아직 공격받지 않은 이웃 토마토 식물도 이 화학 신호를 감지하고 자체 방어 유전자를 활성화하여 타닌과 단백질분해효소 억제제를 합성해 조직을 소화하기 어렵게 만든다. 이 효과는 1980년대 초 포플러와 설탕단풍나무 묘목을 연구하던 Ian Baldwin과 잭 슐츠에 의해 처음 기록되었는데, 결과가 너무 예상 밖이라 학계는 10년 동안 이를 믿지 않았다.

지하에서의 대화는 더욱 촘촘하다. 대부분의 육상 식물은 균근균( mycorrhizal )과 공생하며, 이로 인해 형성된 균사 네트워크가 이웃한 뿌리계를 연결해 하나의 화학적 기반을 공유한다. 1990년대 브리티시컬럼비아주에서 수행된 Suzanne Simard의 동위원소 표지 실험은 탄소가 계절에 따라 미기동나무에서 종이자작나무로, 그리고 다시 반대로 흐르는 것을 보여주었으며 그 방향은 어느 나무가 그늘에 있는지에 의해 결정되었다. 이를 '협력'이라 부를지, '기생'이라 부를지, 아니면 단지 '유출되는 물리적 현상'이라 부를지는 학계에서 활발한 토론 주제이다.

더 이상 논쟁의 여지가 없는 것은 식물이 감각하고, 신호를 보내며, 반응한다는 사실이다. 식물은 접촉, 중력, 빛의 파장, 습도, 특정 곤충의 저작 진동, 상처 입은 이웃 식물의 휘발성 화학 물질을 감지한다. 그리고 밀리초에서 계절에 이르는 시간 척도 속에서 자신이 감지한 바에 따라 행동한다.

아직 우리가 모르는 것들

이 모든 현상을 인지라고 부를 수 있을지는 알 수 없다. 2006년에 '식물 신경생물학'이라는 용어가 제안되었을 때 36명의 식물학자가 서명한 격렬한 항의 서한을 통해 그 용어의 폐기를 요구했다. 이러한 이견은 무엇을 신호나 의사결정으로 볼 것인가라는 철학적 문제와, 뉴런 없이 학습하고 기억하는 시스템을 어떻게 설명할 것인가라는 과학적 문제 양측에 기인한다.

식물이 정보를 어떻게 통합하는지는 알 수 없다. 감각모의 자극 횟수를 세는 파리지옥은 기능적 의미에서 분산된 세포 전체에서 연산을 수행하는 셈이다. 자극 사이에 카운트가 어떻게 유지되는지, 어떤 물리적 매체에 기억되는지는 미해결 상태이다. 칼슘 이온 농도가 유력한 후보이다.

또한 숲 전체의 대화 중 얼마만큼이 의도된 전달이고 얼마만큼이 단순한 '도청'인지도 모른다. 상처 입을 때 화학 물질을 방출하는 식물은 동족에게 경고를 보내는 것일 수도, 포식자를 불러들이는 것일 수도, 단순히 물질을 흘리는 것일 수도 있으며 이웃은 이를 기회주의적으로 이용하는 것일 수 있다. 발신측의 선택압과 수신측의 선택압이 반드시 같은 방향을 향하는 것은 아니다.

다윈은 덩굴식물을 몇 시간 동안 관찰한 끝에 그 끝이 탐색하고 있다고 결론지었다. 150년이 지난 오늘날, 고속 카메라와 이온 통로 유전학을 사용하더라도 그 동사(search)는 여전히 유효하다. 우리는 단지 프레임 레이트를 잘못 맞추고 있었을 뿐이다.

تتحرك النباتات. فهي تطارد الضوء، وتلتف بسيقانها حول الأعمدة، وتطبق على الذباب في عشر ثانية، وتطلق تحذيرات كيميائية لجاراتها. نحن نتغاضى عن هذا غالباً لأننا كائنات ذات حجم وسرعة مراقبة غير مناسبين.

في صيف عام 1880، نشر Charles Darwin الذي كان يتقدم في السن وابنه فرانسيس كتاباً يقع في 600 صفحة بعنوان *The Power of Movement in Plants*. وكان هذا آخر عمل رئيسي في حياة داروين، ووجده المراجعون غريباً. ومن خلال مئات التجارب — شتلات في صناديق مظلمة، ومحاليق تحتك بقضبان زجاجية، وجذور مجبرة على النمو حول العوائق — جادل داروين بأن النباتات لم تكن مجرد أثاث أخضر خامل كما كان يتصور العصر الفيكتوري. بل كانت تفعل أشياء. ببطء وتأنٍ، استجابة للعالم من حولها. وكتب داروين في الصفحات الختامية أن طرف الجذر يتصرف كما لو أنه "دماغ أحد الحيوانات الدنيا".

وعوملت هذه الجملة كمصدر للإحراج لما يقرب من قرن من الزمان. غير أنها تُعامل بشكل مختلف تماماً الآن.

تنقسم حركة النباتات إلى عائلتين، وتعملان بفيزياء مختلفة تماماً. العائلة البطيئة هي الانتحاءات tropisms — وهي نمو اتجاهي استجابة لمؤثر. تميل شتلة عباد الشمس على حافة النافذة نحو الزجاج لأن الخلايا في الجانب المظلل تستطيل بشكل أسرع من الخلايا المعرضة للضوء، مما يؤدي إلى انحناء الساق. هذا هو الانتحاء الضوئي phototropism، ويوجهه هرمون يسمى الأوكسين auxin والذي استنتجه داروين وابنه لأول مرة من تجارب الغمد الورقي عام 1880. وتفعل الجذور نفس الحيلة بشكل عكسي ضد الجاذبية. وتفعل النباتات المتسلقة ذلك عند التلامس — فمحلاق البازلاء الذي يحتك بوتد سيتف حوله في غضون ساعة، وهو سلوك يسمى الانتحاء اللمسي.

سرعة بلا عضلات

العائلة السريعة أكثر إثارة للاهتمام، لأن النباتات لا تملك عضلات ولا أعصاب، ولا يوجد سبب واضح يجعلها سريعة. ومع ذلك، فإن نبتة صائد الذباب Venus flytrap تطبق في حوالي مائة مللي ثانية، وهو أسرع من رمشة عين الإنسان.

وتحقق ذلك من خلال تخزين طاقة مرنة في انحناء أوراقها، بنفس الطريقة التي تنثني بها العدسة اللاصقة بين وضعين مقعر ومحدب عند الضغط على حافتها. وتعمل شعيرتان حساستان على كل فص كمستشعرات ميكانيكية. المس واحدة: لا يحدث شيء. المس الثانية في غضون عشرين ثانية، أو نفس الشعيرة مرتين، وتنطلق إشارة كهربائية — جهد فعل حقيقي، ينتشر بسرعة تقارب عشرة سنتيمترات في الثانية — لتحرير التوتر المرن. فتنقلب الورقة وتغلق. وأظهرت دراسة أجريت عام 2016 في جامعة فورتسبورغ ( University of Würzburg ) من قبل مجموعة راينر هيدريش أن النبتة تواصل العد بعد الإغلاق: فثلاث لمسات تنشط الجينات المرتبطة بالهضم، وخمس لمسات تحفز إفراز الأحماض والإنزيمات. إن المصيدة تقيس الجهد المبذول بناءً على حجم الفريسة.

أما النبتة الحساسة (الميموزا المستحية)، فتطوي وريقاتها في غضون ثوانٍ من لمسها. وهنا تكون الآلية هيدروليكية: خلايا متخصصة عند قاعدة كل وريقة (الانتفاخات الورقية) تتخلص من أيونات البوتاسيوم وتتبعها بالماء، مما يجعلها ترتخي بشكل جماعي. المس وريقة واحدة وستنتشر الإشارة عبر الغصن كالموجة. وليس من الواضح ما هو ضغط الاختيار الذي أدى إلى تطور هذا السلوك؛ والتخمين الأبرز هو أن الحركة المفاجئة تفزع الحشرات الرعوية، أو تنفضها، أو تجعل النبتة تبدو أصغر حجماً وأقل جاذبية للمضغ.

محادثة على نطاق الغابة

والاكتشاف الأكثر غرابة هو أن النباتات تتحدث. فعندما تبدأ يرقة في أكل ورقة طماطم، تطلق النبتة الجريحة في الهواء مزيجاً من المركبات العضوية المتطايرة — متطايرات الأوراق الخضراء، وجاسمونات الميثيل، وساليسيلات الميثيل. وتسجل نباتات الطماطم المجاورة، حتى تلك التي لم تتعرض للهجوم بعد، الإشارة الكيميائية وتبدأ في زيادة تنشيط جينات الدفاع الخاصة بها، وبناء التانينات ومثبطات البروتياز التي تجعل أنسجتها أصعب هضماً. تم توثيق هذا التأثير لأول مرة في أوائل الثمانينيات بواسطة إيان بالدوين Ian Baldwin وجاك شولتز، في العمل على شتلات الحور والقيقب السكري، وكانت النتيجة غير متوقعة لدرجة أن المجتمع العلمي قضى عقداً من الزمن يرفض تصديقها.

وتحت الأرض، تكون المحادثة أكثر كثافة. تعيش معظم النباتات البرية في تكافل مع فطريات الجذور mycorrhizal، وتربط شبكة الخيوط الفطرية الناتجة أنظمة الجذور المجاورة في طبقة كيميائية مشتركة. وأظهرت تجارب وسم النظائر التي أجرتها سوزان سيمارد Suzanne Simard في كولومبيا البريطانية في التسعينيات تدفق الكربون من تنوب دوغلاس إلى Birch الورقي وبالعكس على مدار الفصول، مع اعتماد الاتجاه على النوع المظلل. ولا يزال الجدل قائماً في الأبحاث حول ما إذا كان ينبغي تسمية هذا "تعاوناً" أو "تطفلاً" أو مجرد "فيزياء تسرب".

وما لم يعد قابلاً للجدل هو أن النباتات تشعر وترسل الإشارات وتستجيب. فهي تسجل اللمس، والجاذبية، والطول الموجي للضوء، والرطوبة، واهتزازات المضغ لأنواع معينة من الحشرات، والكيمياء المتطايرة لجاراتها الجريحة. وتتصرف بناءً على ما تسجله، في أطر زمنية تتراوح من أجزاء من الثانية إلى فصول كاملة.

ما لا نزال نجهله

لا نعرف ما إذا كان ينبغي تسمية أي من هذا بالإدراك. فمصطلح "علم الأعصاب النباتي" تم اقتراحه عام 2006 وأثار رسالة مفتوحة غاضبة من ستة وثلاثين عالماً نباتياً يطالبون بإلغائه. والخلاف فلسفي جزئياً — ما الذي يعتبر إشارة أو قراراً؟ — وجزئياً حول كيفية التعامل مع نظام يتعلم ويتذكر دون وجود خلايا عصبية.

ولا نعرف كيف تتكامل النباتات. فنبتة صائد الذباب التي تعد اللمسات تقوم، بمعنى وظيفي ما، بعمليات حسابية عبر خلايا موزعة. وأين يتم الاحتفاظ بالعد بين اللمسات، وفي أي وسط فيزيائي، يظل سؤالاً مفتوحاً. وتعد تركيزات أيونات الكالسيوم المتهم الرئيسي.

ولا نعرف مدى كون المحادثة عبر الغابة إشارة مقصودة في مقابل كونها مجرد استراق سمع. فالنبتة التي تطلق مادة كيميائية عند إصابتها قد تحذر أقاربها، أو تنبه مفترسي مهاجمها، أو ببساطة تتسرب منها المواد — وجاراتها تتصنت بانتهازية. ولا يجب أن يشير الاختيار على المرسِل والاختيار على المستقبِل إلى نفس الاتجاه.

راقب داروين نباتاً متسلقاً لساعات وقرر أن طرفه يبحث. بعد قرن ونصف، مع الكاميرات عالية السرعة وعلم جينات القنوات الأيونية، لا يزال الفعل مناسباً. لقد كنا نراقب بمعدل إطارات خاطئ فقط.

पौधे चलते हैं। वे प्रकाश का शिकार करते हैं, खंभों के चारों ओर लताओं को लपेटते हैं, एक सेकंड के दसवें हिस्से में मक्खियों को पकड़ लेते हैं, और अपने पड़ोसियों को रासायनिक चेतावनी भेजते हैं। हम इसे अक्सर अनदेखा कर देते हैं क्योंकि हम गलत आकार के जीव हैं, जो गलत गति से देख रहे हैं।

१८८० की गर्मियों में, एक वृद्ध Charles Darwin और उनके बेटे फ्रांसिस ने *The Power of Movement in Plants* नामक ६०० पृष्ठों की एक पुस्तक प्रकाशित की। यह डार्विन के जीवन का अंतिम प्रमुख कार्य था, और समीक्षकों ने इसे अजीब पाया। सैकड़ों प्रयोगों के माध्यम से — अंधेरे बक्से में अंकुर, कांच की छड़ों से टकराने वाले प्रतान (तेंदुए), बाधाओं के चारों ओर बढ़ने के लिए मजबूर जड़ें — डार्विन ने तर्क दिया कि पौधे विक्टोरियन कल्पना के निष्क्रिय हरे फर्नीचर नहीं थे। वे कुछ कर रहे थे। धीरे-धीरे, जानबूझकर, अपने आसपास की दुनिया के जवाब में। डार्विन ने अंतिम पृष्ठों में लिखा कि जड़ की नोक इस तरह व्यवहार करती है जैसे कि यह "निचले जानवरों में से एक का मस्तिष्क" हो।

उस वाक्य को लगभग एक सदी तक एक शर्मिंदगी के रूप में माना जाता रहा। अब इसके साथ बिल्कुल अलग व्यवहार किया जाता है।

पौधों की गति दो परिवारों में विभाजित होती है, और वे पूरी तरह से अलग भौतिकी द्वारा काम करते हैं। धीमा परिवार अनुवर्तन tropisms है — एक उत्तेजना के जवाब में दिशात्मक विकास। खिड़की पर सूरजमुखी का एक अंकुर कांच की ओर झुक जाता है क्योंकि छाया वाले हिस्से की कोशिकाएं प्रकाश वाले हिस्से की तुलना में तेजी से बढ़ती हैं, जिससे तना झुक जाता है। यह phototropism है, और यह auxin नामक हार्मोन द्वारा नियंत्रित होता है जिसे डार्विन ने खुद पहली बार १८८० में कोलियोप्टाइल प्रयोगों से निकाला था। जड़ें गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ उल्टा यही काम करती हैं। लताएं संपर्क पर ऐसा करती हैं — मटर का एक प्रतान जो किसी खंभे को छूता है, वह एक घंटे के भीतर उसके चारों ओर लपेट लेगा, इस व्यवहार को थिगमोट्रोपिज्म (स्पर्शानुवर्तन) कहा जाता है।

बिना मांसपेशियों की गति

तेज़ परिवार अधिक दिलचस्प है, क्योंकि पौधों में कोई मांसपेशियां नहीं होतीं, कोई तंत्रिकाएं नहीं होतीं, और तेज़ होने का कोई स्पष्ट कारण नहीं होता। और फिर भी एक Venus flytrap लगभग सौ मिलीसेकंड में बंद हो जाता है, जो मानव के पलक झपकने से भी तेज़ है।

यह अपनी पत्तियों के घुमाव में लोचदार ऊर्जा को संग्रहीत करके ऐसा करता है, ठीक उसी तरह जैसे जब आप इसके किनारे को दबाते हैं तो एक संपर्क लेंस अवतल और उत्तल के बीच घूम जाता है। प्रत्येक लोब पर दो ट्रिगर बाल मैकेनोसेंसर के रूप में कार्य करते हैं। एक को छुएं: कुछ नहीं होता। लगभग बीस सेकंड के भीतर दूसरे को छुएं, या उसी को दो बार छुएं, और एक विद्युत संकेत — एक वास्तविक एक्शन पोटेंशियल, जो लगभग दस सेंटीमीटर प्रति सेकंड की गति से फैलता है — लोचदार तनाव को मुक्त करता है। जाल अपना घुमाव बदलता है और बंद हो जाता है। वूर्जबर्ग विश्वविद्यालय ( University of Würzburg ) के रेनर हेड्रिच के समूह द्वारा २०१६ के एक अध्ययन से पता चला है कि पौधा बंद होने के बाद भी गिनती जारी रखता है: तीन ट्रिगर पाचन से जुड़े जीन को सक्रिय करते हैं, पांच ट्रिगर एसिड और एंजाइम के स्राव को प्रेरित करते हैं। जाल शिकार के आकार के अनुसार प्रयास को मापता है।

मिमोसा पुडिका, जिसे संवेदनशील पौधा (छुईमुई) कहा जाता है, छूने के कुछ सेकंड के भीतर अपनी पत्तियों को सिकोड़ लेता है। यहाँ तंत्र हाइड्रोलिक है: प्रत्येक पत्ती के आधार पर विशिष्ट कोशिकाएं, पल्विनी, पोटेशियम आयनों को बाहर निकालती हैं और उनके पीछे पानी जाता है, जिससे वे मिलकर ढीली हो जाती हैं। एक पत्ती को छुएं और संकेत पूरी शाखा में फैल जाता है। यह स्पष्ट नहीं है कि किस चयन दबाव ने इसका विकास किया; मुख्य अनुमान यह है कि अचानक होने वाली हलचल चरने वाले कीड़ों को डरा देती है, या उन्हें हिलाकर गिरा देती है, या पौधे को छोटा और खाने के लिए कम आकर्षक बनाती है।

वन-व्यापी बातचीत

अनोखी खोज यह है कि पौधे बात करते हैं। जब कोई कैटरपिलर टमाटर की पत्ती को खाना शुरू करता है, तो घायल पौधा हवा में वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों — हरी पत्ती के वाष्पशील, मिथाइल जैस्मोनेट, मिथाइल सैलिसिलेट — का मिश्रण छोड़ता है। पड़ोसी टमाटर, यहाँ तक कि जिन पर अभी तक हमला नहीं हुआ है, वे भी इस रासायनिक संकेत को दर्ज करते हैं और अपने स्वयं के रक्षात्मक जीन को सक्रिय करना शुरू कर देते हैं, जिससे टैनिन और प्रोटीज अवरोधक बनते हैं जो उनके ऊतकों को पचाने में कठिन बनाते हैं। इस प्रभाव को सबसे पहले १९८० के दशक की शुरुआत में Ian Baldwin और जैक शुल्त्ज़ ने चिनार और शुगर मेपल के अंकुरों पर काम करते हुए प्रलेखित किया था, और परिणाम इतना अप्रत्याशित था कि विज्ञान जगत ने एक दशक तक इस पर विश्वास करने से इनकार कर दिया।

भूमि के भीतर, यह बातचीत अधिक घनी है। अधिकांश स्थलीय पौधे कवक ( mycorrhizal ) के साथ सहजीवन में रहते हैं, और परिणामी कवक तंतु नेटवर्क पड़ोसी जड़ प्रणालियों को एक साझा रासायनिक माध्यम से जोड़ता है। १९९० के दशक में ब्रिटिश कोलंबिया में Suzanne Simard के समस्थानिक-अंकन (आइसोटोप-लेबलिंग) प्रयोगों ने मौसम के अनुसार कार्बन को डगलस फर से पेपर बर्च और वापस प्रवाहित होते दिखाया, जिसकी दिशा इस बात पर निर्भर करती थी कि कौन सी प्रजाति छाया में थी। क्या इसे "सहयोग", "परजीवीवाद", या सिर्फ "लीकी फिजिक्स" कहा जाए, यह विज्ञान जगत में एक जीवंत बहस का विषय है।

अब बहस का विषय यह नहीं है कि पौधे महसूस करते हैं, संकेत देते हैं और जवाब देते हैं। वे स्पर्श, गुरुत्वाकर्षण, प्रकाश तरंगदैर्ध्य, आर्द्रता, विशिष्ट कीट प्रजातियों के चबाने के कंपन और अपने घायल पड़ोसियों के वाष्पशील रसायनों को दर्ज करते हैं। वे मिलीसेकंड से लेकर मौसम तक के समय के पैमाने पर जो कुछ भी दर्ज करते हैं, उस पर कार्रवाई करते हैं।

हम अभी भी क्या नहीं जानते हैं

हम नहीं जानते कि इनमें से किसी को अनुभूति (कॉग्निशन) कहा जाना चाहिए या नहीं। २००६ में "प्लांट न्यूरोबायोलॉजी" वाक्यांश प्रस्तावित किया गया था और इसने छत्तीस पादप वैज्ञानिकों द्वारा इसे वापस लेने की मांग करते हुए एक तीखा खुला पत्र जारी किया था। असहमति आंशिक रूप से दार्शनिक है — किसे संकेत माना जाए, किसे निर्णय माना जाए — और आंशिक रूप से इस बारे में है कि ऐसे सिस्टम का क्या किया जाए जो न्यूरॉन्स के बिना सीखता और याद रखता है।

हम नहीं जानते कि पौधे कैसे एकीकृत होते हैं। एक वीनस फ्लाईट्रैप जो स्पर्शों को गिनता है, वह कुछ कार्यात्मक अर्थों में वितरित कोशिकाओं में अंकगणित कर रहा होता है। ट्रिगर्स के बीच गिनती कहाँ रखी जाती है, किस भौतिक माध्यम में, यह एक खुला प्रश्न बना हुआ है। कैल्शियम आयन सांद्रता प्रमुख संदिग्ध है।

और हम यह नहीं जानते कि वन-व्यापी बातचीत का कितना हिस्सा वास्तविक संकेत है और कितना केवल दूसरों की बातें सुनना है। कोई पौधा घायल होने पर जो रसायन छोड़ता है, वह अपने परिजनों को चेतावनी दे रहा हो सकता है, या अपने हमलावर के शिकारियों को सचेत कर रहा हो सकता है, या केवल लीक हो रहा हो सकता है — और पड़ोसी अवसरवादी रूप से इसे सुन रहे हो सकते हैं। उत्सर्जक पर चयन और प्राप्तकर्ता पर चयन का एक ही दिशा में होना आवश्यक नहीं है।

डार्विन ने घंटों तक एक चढ़ने वाले पौधे को देखा और फैसला किया कि उसकी नोक खोज रही थी। डेढ़ शताब्दी बाद, उच्च गति वाले कैमरों और आयन-चैनल आनुवंशिकी के साथ, वह क्रिया (सर्च) अभी भी फिट बैठती है। बस हमारा फ्रेम रेट गलत था।

Plant Movements - They Move When You're Not Looking