植物的感知能力有多強？這是丹尼爾·查莫維茨（Daniel Chamovitz）的新書《植物知道什麼》的核心問題，他是特拉維夫大學曼納植物生物科學中心的負責人。他認為，植物能看、能聞、能感覺。當受到攻擊時，它們會發起防禦，並警告鄰居即將到來的麻煩。甚至可以說，植物具有記憶。但這是否意味著植物會思考——或者可以談論花的“神經科學”？查莫維茨回答了《心靈事務》編輯加雷思·庫克提出的問題。
1. 您最初是如何對這個話題感興趣的？
我對植物和人類感官之間相似之處的興趣始於 20 世紀 90 年代中期，當時我還是耶魯大學邢旺登實驗室的博士後研究員。我當時對研究一種植物特有的生物過程感興趣，而且它不會與人類生物學有關聯（可能是在我的家庭中其他六位“醫生”，都是內科醫生，做出的一種回應）。所以我被植物如何感知光線來調節其發育的問題所吸引。
幾十年來，人們都知道植物不僅利用光進行光合作用，還將其作為改變植物生長方式的訊號。在我的研究中，我發現了一組獨特的基因，這些基因對於植物確定其是否處於光照或黑暗中至關重要。當我們報告我們的發現時，這些基因似乎是植物界獨有的，這與我避免任何涉及人類生物學的事物相符。但令我驚訝的是，而且完全出乎我的意料，我後來發現這組相同的基因也是人類 DNA 的一部分。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮訂閱，以支援我們屢獲殊榮的新聞報道。 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
這引出了一個顯而易見的問題，這些看似“植物特有”的基因在人類中有什麼作用？多年以後，我們現在知道這些相同的基因在動物中對於細胞分裂的定時、神經元的軸突生長以及免疫系統的正常運作非常重要。
但最令人驚奇的是，這些基因還能調節動物對光的反應！雖然我們不會像植物那樣改變我們對光的反應形式，但我們的內部時鐘會受到光的影響。我們的內部晝夜節律時鐘使我們保持 24 小時的節奏，這就是為什麼當我們環遊世界時會感到時差。但是，這個時鐘可以透過光線重置。幾年前，我與紐約大學的賈斯汀·布勞合作，表明缺失其中一些基因的突變果蠅失去了對光做出反應的能力。換句話說，如果我們改變它們的時鐘，它們仍然會時差。
這讓我意識到植物和動物之間的基因差異並不像我曾經天真地認為的那麼重要。因此，雖然我沒有積極地研究這個領域，但我開始質疑植物和人類生物學之間的相似之處，即使我自己的研究從研究植物對光的反應演變為研究果蠅的白血病。
2. 您認為人們應該如何改變他們對植物的看法？
人們必須意識到，植物是複雜的生物，它們過著豐富而感性的生活。你知道，我們中的許多人將植物視為無生命的物體，與石頭沒什麼不同。甚至許多人用絲綢花代替真花，或用人造聖誕樹代替真聖誕樹，在某種程度上也體現了我們與植物的關係。你知道，我沒見過任何人用毛絨狗代替真狗！
但是，如果我們意識到所有植物生物學都源於“根植”的進化限制，這種限制使植物無法移動，那麼我們就可以開始欣賞葉子和花朵中發生的非常複雜的生物學。如果你仔細想想，根植是一個巨大的進化限制。這意味著植物無法逃脫惡劣的環境，無法遷移以尋找食物或伴侶。因此，植物必須開發出非常敏感和複雜的感官機制，才能在不斷變化的環境中生存。我的意思是，如果你餓了或渴了，你可以走到最近的水源地（或酒吧）。如果你覺得熱，你可以向北移動，如果你正在尋找伴侶，你可以去參加聚會。但是植物是無法移動的。它們需要看到食物在哪裡。它們需要感受天氣，並且需要聞到危險。然後，它們需要能夠整合所有這些非常動態和不斷變化的資訊。僅僅因為我們沒有看到植物在移動，並不意味著植物內部沒有一個非常豐富和動態的世界。
3. 您說植物有嗅覺？
當然。但是要回答這個問題，我們必須為自己定義什麼是“嗅覺”。當我們聞到某種東西時，我們會感覺到一種溶解在空氣中的揮發性化學物質，然後以某種方式對這種氣味做出反應。植物中最明顯的例子是水果成熟期間發生的事情。你可能聽說過，如果你把一個成熟的水果和一個未成熟的水果放在同一個袋子裡，未成熟的水果會更快成熟。發生這種情況是因為成熟的水果會向空氣中釋放一種成熟資訊素，綠色水果會聞到它，然後開始自行成熟。這種情況不僅發生在我們的廚房中，而且甚至主要發生在自然界中。當一個水果開始成熟時，它會釋放這種被稱為乙烯的激素，這種激素會被鄰近的水果感知到，直到整棵樹和樹林或多或少地同步成熟。
植物利用嗅覺的另一個例子是被稱為菟絲子的寄生植物如何找到它的食物。菟絲子無法進行光合作用，因此必須依靠其他植物生存。它找到寄主植物的方式是透過嗅覺。菟絲子可以檢測到鄰近植物在空氣中釋放的微量化學物質，並且實際上會選擇它認為最美味的化學物質！在一個經典的實驗中，科學家表明菟絲子更喜歡番茄而不是小麥，因為它更喜歡番茄的氣味。
3B。聽覺呢？
這有點棘手，因為雖然大量研究支援植物具有視覺、嗅覺、味覺和觸覺的觀點，但對植物聽覺能力的支援與我們所擁有的關於音樂可能影響植物生長的軼事資訊量成反比。我們中的許多人聽說過植物在有古典音樂的房間裡生長茂盛的故事。然而，通常情況下，許多關於音樂和植物的研究，說得客氣點，不是由具有科學方法基礎的研究人員進行的。毫不奇怪，在這些研究中的大多數情況下，植物在實驗人員也喜歡的音樂中茁壯成長。
從進化的角度來看，植物可能也真的不需要聽覺。在人類和其他動物中，聽覺的進化優勢是一種我們的身體警告我們潛在危險情況的方式。我們早期的人類祖先可以透過森林聽到危險的捕食者在跟蹤他們，而今天我們聽到的是駛近的汽車的發動機。聽覺還可以在個體之間和動物之間實現快速通訊。大象可以透過發出在物體周圍隆隆作響並傳播數英里的次聲波來在遙遠的距離中找到彼此。海豚群可以透過遇險的鳴叫聲找到在海洋中迷路的海豚幼崽。在所有這些情況中，共同點是聲音能夠實現資訊的快速傳遞和響應，而響應通常是移動——逃離火災、逃脫攻擊、尋找家人。
但是植物是紮根的，固定的生物。雖然它們可以向太陽生長，並隨著重力彎曲，但它們無法逃跑。它們無法逃脫。它們不會隨著季節遷徙。因此，也許在我們世界中習慣的聽覺訊號對於植物來說是不相關的。
儘管如此，我必須宣告，一些非常最新的研究暗示植物可能會對聲音做出反應。不是對音樂，請注意，這對植物來說是無關緊要的，而是對某些振動。看看這將會如何發展會非常有趣。
4. 植物之間會相互交流嗎？
在基本層面上，是的。但這我想取決於你如何定義交流。毫無疑問，植物會對其他植物的訊號做出反應。例如，如果一棵楓樹受到蟲子的攻擊，它會向空氣中釋放一種資訊素，這種資訊素會被鄰近的樹木吸收。這會誘導接收樹木開始製造有助於其抵抗即將到來的蟲子攻擊的化學物質。因此，從表面上看，這絕對是交流。
但是我我認為我們還必須問一個關於意圖的問題（如果我們甚至可以使用這個詞來描述植物，請允許我擬人化一下）。這些樹木是在交流嗎，意思是說那棵受到攻擊的樹是在警告周圍的樹木嗎？或者它可能更微妙嗎？也許受到攻擊的分支為了自我生存而與同一棵樹的其他分支進行交流更有意義，而鄰近的樹木，好吧，它們只是在竊聽並從訊號中獲益。
還有其他此類交流的例子。例如，一項非常新的研究表明，植物還可以透過從根到根傳遞的訊號進行交流。在這種情況下，“說話”的植物因乾旱而承受壓力，它“告訴”鄰近的植物為缺水做好準備。我們知道訊號是透過根傳遞的，因為如果兩棵植物只是在鄰近的花盆中，這種情況就不會發生。它們必須有相鄰的根。
5. 植物有記憶嗎？
植物肯定具有幾種不同形式的記憶，就像人類一樣。它們具有短期記憶、免疫記憶，甚至還有跨代記憶！我知道這對某些人來說是一個難以理解的概念，但是如果記憶包括形成記憶（編碼資訊）、保留記憶（儲存資訊）和回憶記憶（檢索資訊），那麼植物肯定會記住。例如，捕蠅草需要讓昆蟲觸控其葉子上的兩根毛髮才能關閉，因此它會記住第一根毛髮已被觸控。但這隻持續約 20 秒，然後它就會忘記。小麥幼苗會記住它們在開花和結籽之前經歷過冬天。一些受壓植物會產生對相同壓力更具抵抗力的後代，這是一種跨代記憶，最近也在動物身上得到證實。雖然捕蠅草的短期記憶是基於電的，很像神經活動，但較長期的記憶是基於表觀遺傳學的——基因活動的改變，不需要像突變那樣改變 DNA 程式碼，但仍然會從父母傳遞給後代。
6. 那麼，您會說植物會“思考”嗎？
不，我不會，但也許這就是我自己的想法仍然受限的地方！對我來說，思考和資訊處理是兩個不同的概念。我在這裡必須謹慎，因為這真的接近哲學範疇了，但我認為有目的的思考需要高度發達的大腦和自知或至少是理智的意識。植物表現出無知意識的元素，在我看來，這不包括思考的能力。正如植物在沒有大腦的情況下不會遭受主觀痛苦一樣，我也不認為它會思考。
7. 您是否看到植物所做的事情與人腦所做的事情之間有任何相似之處？是否可以有植物的神經科學，而沒有神經元？
首先，冒著得罪我一些最親密的朋友的風險，我認為“植物神經生物學”這個術語就像“人類花卉生物學”一樣荒謬。植物沒有神經元，就像人類沒有花朵一樣！
但是你不需要神經元來進行細胞間的通訊、資訊儲存和處理。即使在動物中，也不是所有資訊都只在大腦中處理或儲存。大腦在更復雜的動物中主導著更高層次的處理，但在簡單的動物中並非如此。植物的不同部分相互交流，交換關於細胞、生理和環境狀態的資訊。例如，根的生長依賴於一個在枝條頂端產生的激素訊號，並被運輸到正在生長的根部，而枝條的發育部分依賴於一個在根部產生的訊號。葉子向枝條頂端傳送訊號，告訴它們開始開花。透過這種方式，如果你真的想做一些重大的手勢，那麼整個植物都類似於大腦。
但是，雖然植物沒有神經元，但植物既會產生神經活性化學物質，也會受其影響！例如，穀氨酸受體是人腦中記憶形成和學習所必需的神經受體。雖然植物沒有神經元，但它們確實有穀氨酸受體，令人著迷的是，抑制人類穀氨酸受體的相同藥物也會影響植物。透過研究植物中的這些蛋白質，科學家們已經瞭解了穀氨酸受體如何介導細胞間的通訊。因此，也許應該向神經生物學家提出這樣的問題：是否存在一個沒有人花的“人類植物學”！
達爾文，一位偉大的植物研究者，提出了後來被稱為“根-大腦”假說的理論。達爾文提出，根的頂端，我們稱之為分生組織的部分，像低等動物的大腦一樣，接收感官輸入並指導運動。幾個現代研究小組正在跟進這一研究方向。
您是專門研究神經科學、認知科學或心理學的科學家嗎？您是否讀過一篇您想撰寫的最近的同行評審論文？請將建議傳送給《心理事務》編輯 Gareth Cook，他是波士頓環球報一位獲得普利策獎的記者。可以透過 garethideas AT gmail.com 或 Twitter @garethideas 與他聯絡。