О чем говорят деревья
«О чем думают растения»: Как деревья общаются между собой И чем лес напоминает интернет
В издательстве «Бомбора» вышла книга «О чем думают растения» нейробиолога Стефано Манкузо. Он пришел к выводу, что растения способны считать, делать выбор и запоминать. The Village публикует отрывок о том, как общаются между собой деревья.
Разумные растения
Мы начнем данный раздел с констатации очевидного факта: у растений нет мозга. Мы уже неоднократно повторяли это раньше, но повторяемся здесь еще раз для пущей ясности: у растений нет органа, который напоминал бы головной мозг в привычном нам виде.
У человека именно мозг является вместилищем разума, и недаром мы используем определения «мозговитый» или «безмозглый» для описания людей, обладающих или не обладающих интеллектуальными способностями. Как и большинство животных, за которыми мы признаем право на мыслительные способности, мы обладаем этим удивительным органом, устройство и функционирование которого мы все еще продолжаем изучать и без которого не представляем себе мышления (во всяком случае, среди представителей царства животных). Теперь поставим перед собой первый вопрос: действительно ли мозг — то самое уникальное место, где «производится» разум? Разумен ли мозг без тела, или, наоборот, он представляет собой лишь группу клеток без каких-либо специфических характеристик? Можно ли найти в нем какие-то следы разума? Очевидно, что ответ на эти вопросы отрицательный. Головной мозг самых великих гениев человечества не более разумен, чем их желудок. Это не какой-то волшебный орган, и он, безусловно, ничего не может создавать самостоятельно. Для любого разумного ответа нужна информация, поступающая из остальных частей тела.
Так вот, у растений сознание и функционирование не разделены, а присутствуют в каждой клетке: это реальный, живой пример того, что специалисты в области искусственного интеллекта называют «материализованным агентом», т. е. разумным агентом, взаимодействующим с миром посредством собственного физического тела.
В результате эволюции растения получили модульную структуру, при которой функции не сосредоточены в специализированных органах, а распределены по всему организму. Этот важнейший стратегический выбор, как мы видели, позволяет растениям терять даже значительные фрагменты тела без риска для жизни. Поэтому у растений нет легких, печени, желудка, поджелудочной железы или почек. Но они могут осуществлять все функции, которые эти органы выполняют у животных. Так почему же отсутствие мозга должно помешать им быть разумными?
Что делают корни
Давайте поговорим о корнях — о той расти растения, с которой Дарвин связывал способность растений принимать решения и осуществлять движения. Крайняя точка, верхушка корня, отвечает за движения растения под землей и за анализ почвы на наличие воды, кислорода и питательных веществ. Конечно, можно предположить, что рост корня является автоматическим и направляется такими простыми инструкциями, как «найти воду» или «расти вниз». В таком случае функция корней проста: найти воду и развиваться в этом направлении или расти вниз под действием силы гравитации. Но в реальности функция корней намного сложнее. У них множество задач и множество нужд; при продвижении в почве верхушки корней проводят сложный «анализ местности».
Кислород, минеральные соли, вода и питательные вещества обычно находятся в разных участках почвы, иногда достаточно далеко друг от друга. Поэтому корни вынуждены постоянно делать серьезный выбор: расти вправо и достичь столь необходимого растению фосфора или расти влево в поисках всегда недостающего азота? Расти вниз в поисках воды или вверх, где больше воздуха для дыхания? Как совместить решение столь разных задач? Кроме того, не забываем, что корням постоянно приходится огибать различные препятствия, а также ускользать или защищаться от врагов (других растений или паразитов). И это еще не все, поскольку местные нужды конкретного корня необходимо сопоставлять с общими нуждами всего растения в целом, а они могут не совпадать. Так много переменных, и все они столь существенны для выживания! Как растению удается удерживать корни от роста в одном и том же направлении, например, в поисках воды? Автоматический контроль роста корней представлял бы реальную опасность. Чтобы понять ситуацию, нужно сначала понять устройство и функцию этой замечательной части корня, называемой верхушкой.
Размер этой части корня разный у разных видов — от нескольких десятых миллиметра (например, у Arabidopsis thaliana) до нескольких миллиметров (например, у кукурузы). Эта жизненно важная часть корня обычно имеет белый цвет и обладает самой высокой чувствительностью. Кроме того, это область интенсивной электрической активности, основанной на потенциале действия — электрическом сигнале, напоминающем сигналы в нейронах головного мозга животных. Каждое растение имеет миллионы верхушек корней: корневая система даже очень маленького растения может иметь свыше 15 миллионов!
Верхушка каждого корня постоянно регистрирует множество параметров, таких как сила тяжести, температура, влажность, сила электрического поля, освещенность, давление, химические градиенты, наличие токсичных веществ (ядов, тяжелых металлов), звуковые волны, наличие или отсутствие кислорода и углекислого газа. Этот длинный список далеко не полный: ученые постоянно добавляют в него все новые и новые параметры. Верхушка корня в непрерывном режиме регистрирует эти параметры и направляет движение корня в соответствии с расчетами, учитывающими локальные и общие нужды растения. Никакой автоматический ответ не может удовлетворять таким запросам. На самом деле верхушка каждого корня представляет собой истинный «центр обработки данных» и действует не в одиночку, а в тесной связи с миллионами других корней, образующих корневую систему каждого растения.
Каждое растение — живой интернет
До сих пор мы обсуждали функционирование верхушки каждого корня в отдельности, но даже такие небольшие растения, как рожь или овес, могут иметь десятки миллионов верхушек, тогда как у дерева их может насчитываться несколько сотен миллионов (хотя никто их специально не подсчитывал). Как все эти корни действуют сообща? Верхушки корней одного растения нужно рассматривать не как изолированные функциональные центры, но как совместно действующие составляющие единой сети.
Чтобы понять, о чем идет речь, представьте себе интернет — самую обширную и мощную коммуникационную сеть, когда-либо созданную человеком. В последние десятилетия для выполнения сложных расчетов применяются главным образом два подхода (которые имеют непосредственное отношение к теме нашего рассказа). С одной стороны, создаются все более и более мощные суперкомпьютеры, способные выполнять невероятное количество вычислений за очень короткие промежутки времени (компьютер Sequoia марки IBM, выпущенный в 2012 году, за час может осуществить такое количество вычислений, которое 6,7 миллиарда человек, работая на простых калькуляторах по 24 часа в сутки, выполнили бы за 320 лет).
С другой стороны, для той же цели используется гигантский вычислительный потенциал целой сети компьютеров, такой как интернет. Эти две противоположные стратегии напоминают две стратегии, выбранные эволюцией для повышения эффективности принятия решений живыми организмами. С одной стороны, все более крупный и эффективно работающий индивидуальный мозг (в данном случае аналог суперкомпьютера — человек), с другой стороны, распределенный разум, такой, как мы видим в сообществах насекомых или у растений.
Скорость вычислений, осуществляемых суперкомпьютером в единицу времени, превышает и всегда будет превышать скорость вычислений компьютерной сети, однако нельзя не учитывать и недооценивать такой важный фактор, как надежность, которую обеспечивает компьютерная сеть. Первая версия интернета (Arpanet) была разработана агентством DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) при Министерстве обороны США с целью противостояния масштабным ядерным ударам. Даже если бы большинство компьютеров, составлявших сеть, было уничтожено (так ставилась задача), модульная структура сети обеспечивала ее функционирование и продолжение передачи данных.
Вам это ничего не напоминает? Такую же стратегию избрали растения: миллионы верхушек корней работают в единой сети, так что повреждение или удаление даже значительной части растения не нарушает работу сети в целом. Сама по себе одна верхушка корня не может эффективно осуществлять вычисления, но все верхушки корней вместе способны на удивительные подвиги — как муравей, который в одиночку не может выработать никакой стратегии, но совместно с другими муравьями создает одно из самых сложных и структурированных природных сообществ.
Как же корни сообщаются и сотрудничают друг с другом? Пока мы точно не знаем, но последние исследования позволяют сформулировать несколько интересных гипотез. Корневая система, прежде всего, представляет собой физическую структуру, внутри которой корни соединены между собой анатомическим образом. Однако эта связь, по-видимому, не является главной. На самом деле сигналы, связывающие между собой корни растений, скорее всего, проходят не внутри растения. Как это возможно?
Вернемся к аналогии с муравьями и попытаемся представить себе верхушки корней как колонию насекомых: муравьи вообще не связаны между собой физическим образом, но при этом действуют согласованно, общаясь посредством химических сигналов. Может быть, корни действуют таким же путем? Растения, безусловно, мастерски используют искусство синтеза химических молекул всех видов и для всех целей. Так что, вполне возможно, что их подземные части, как и надземные, используют для общения химические сигналы.
Однако это пока лишь гипотеза, и поэтому следует рассмотреть и другие возможности. Например, верхушки корней могут быть чрезвычайно чувствительны к изменению электромагнитных полей, в том числе производимому соседними верхушками, и могут действовать в соответствии с получаемыми сигналами. Кроме того, они умеют воспринимать звуковые волны, испускаемые другими корнями по мере роста. Как показали недавние исследования, растущие корни издают звуки («клики»), которые слышат соседние корни. И это может быть весьма удобной системой коммуникаций: как мы видели, растения, по-видимому, производят эти звуки непреднамеренно, а в процессе расщепления клеточных стенок по мере роста. В таком случае этот звук является проявлением так называемого принципа парсимонии — данный сигнал достигает цели, но при этом не стоит растению дополнительных усилий или энергетических затрат.
О чём думают и говорят растения?
П омните «энтов» — сказочных деревьев из трилогии «Властелин колец»? Это живые деревья, которые в фильме сыграли ключевую роль в борьбе против тёмного мага, который вырубал леса и тем самым лишал «энтов» среды обитания. Существует мнение, что Толкин вовсе не фантазировал, когда писал свои книги, а в художественной форме описывал некие эзотерические знания, которые каким–то образом стали ему доступны. Как обычно бывает в подобных случаях, в фантастических фильмах показывается полуправда — она преувеличивается, чтобы всё выглядело, как фантастика.
Впрочем, старо как мир — чтобы спрятать правду, нужно оставить её на поверхности.
Так было с фильмами «Матрица», «Москва 2017» и многими другими, где в общем–то показана правда, но в такой форме, что выглядит как фантастика.
А что же насчёт деревьев? Неужели они и правда способны думать, чувствовать и даже говорить? Это кажется и вовсе невероятным. И неужели нам, разумным существам, есть чему у них поучиться? Впрочем, наши предки относились к растениям более уважительно. К примеру, вы никогда не задумывались, почему великие практики йоги медитировали именно под деревом? Дело в том, что в дереве энергия движется снизу вверх (корни вытягивают влагу и направляют её к веткам), и когда человек садится под деревом, то и его энергия начинает синхронно с энергией дерева двигаться вверх.
К примеру, в казачьем спасе есть практика древо жизни, которая позволяет накапливать энергию, и название говорит само за себя. Во время этой практики человек стоит неподвижно, подобно дереву, подняв руки, подобно ветвям, и это позволяет накапливать энергию.
Что же такое деревья и растения? Быть может это живые существа, у которых нам есть чему поучиться? Попробуем разобраться.
Удивительное о простом дереве
Вы никогда не задумывались о том, откуда берётся масса дерева? Интересный эксперимент провёл учёный Ян Баптиста ван Гельмонта. Все мы знаем, что дерево питается углекислым газом из атмосферы и водой из земли. И учёный заинтересовался вопросом о том, из чего же именно дерево формирует своё, так сказать, «тело».
Для эксперимента учёный взял землю, откуда для чистоты эксперимента удалил всю воду, и посадил в него саженец ивы весом в 2 кг. Масса самой земли составляла 80 кг. На протяжении пяти лет учёный ухаживал за деревом, поливая его только дождевой водой. Спустя пять лет он вытащил землю и взвесил. Выяснилось, что вес земли был 79 кг 943 г. Притом что вес самого дерева через пять лет составлял 76,5 кг. То есть за все пять лет роста дерева масса земли практически не изменилась. Получается, что всё, что нужно для роста, дерево берёт из воды и воздуха, а весь углерод, из которого создаётся «тело» дерева, берётся из воздуха. Земля же, по сути, играет в росте дерева лишь роль опоры и платформой для микроорганизмов, которые также снабжают дерево питательными веществами. Именно этим объясняется тот факт, как деревья могут расти на крышах домов и на скалистых поверхностях.
Не случайно цвет деревьев зелёный. Благодаря именно этому цвету деревья способны так фильтровать солнечный свет, что СО2 распадается и образует углерод, из которого дерево и создаёт своё тело. Тоже самое дерево делает с водой, разлагая её на водород и кислород. И в процессе этого образуется углеводород. Вот так дерево формирует массу своего тела из солнца, воды и воздуха.
Чему деревья могут научить нас
Деревья — одни из древнейших созданий, которые живут на земле намного дольше, чем люди, а именно около 500 млн лет. Некоторые из деревьев в своей массе достигают десяти тонн. И как мы уже выяснили, всё это создаётся буквально из воздуха. Но самое интересное — дальше. Оказывается, между людьми и деревьями много общего. Об этом в своём докладе говорил кандидат технических наук и специалист по работе с деревьями Эрвин Тома.
Если взять мельчайшую частицу плоти человека и частицу дерева и рассмотреть их под микроскопом, то разница между ними не будет принципиальной. Так согласно исследованиям Эрвина Тома, фотосинтез, за счёт которого и происходят чудесные превращения микроэлементов, обеспечивается хлорофиллом. Это не новость, но интересный факт в другом. Дело в том, что между хлорофиллом и гемоглобином — составляющим кровь человека разница в том, что вместо магния гемоглобин содержит железо, а в остальном их структуры практически идентичны.
Так чему же деревья могут научить нас? Рождаясь из семени, дерево тянется вверх, к свету. Дерево уже с первых дней жизни знает своё предназначение, и оно в том, чтобы расти вверх и развиваться. Многие из людей даже во взрослом возрасте понимают своё предназначение, не говоря уже о детях?
А как же взаимодействуют деревья друг с другом? Существует мнение, что в лесу между ними постоянно идёт конкуренция и борьба, в которой сильные деревья «душат» слабых. Однако в реальности конкуренция происходит на начальном этапе развития растений, когда рядом прорастают несколько семян, выживет то, которое сильнее. Но далее развитие каждого дерева и захват им пространства идёт ровно до того момента, до которого это не причиняет дискомфорт другим деревьям.
Вы и сами можете это заметить — взрослые деревья никогда не мешают друг другу, они разрастаются ровно настолько, чтобы существовать гармонично. Хотя чисто теоретически своими корнями и кроной они могли бы разрастаться бесконечно, и в итоге всё пришло бы к тому, что лес состоял бы из нескольких гигантских деревьев, которые оказались самыми сильными. Но почему этого не происходит? Неужели интеллект растений и их умение взаимодействовать друг с другом гораздо выше, чем у людей? Поведение растений говорит нам именно об этом.
Есть ли у растений нервная система?
Неужели и правда деревья способны слышать, чувствовать, думать и даже говорить? Интересные исследования на тему нейробиологии растений в своё время проводил итальянский профессор Стефано Манкузо, который поведал о возможностях растений много нового. Так Стефано Манкузо обнаружил, что в деревьях так же, как и в людях проходят слабые электрические импульсы. К примеру, электрические импульсы, которые были замечены в корневой системе, являются идентичными работе нейронов в мозгу человека. И корневая система дерева — это разумный живой организм. Корни дерева могут двигаться, причём двигаться синхронно, адаптируясь к тем или иным условиям окружающей среды.
Также Манкузо обнаружил, что корни дерева обладают своего рода «нюхом», который позволяет им расти именно в нужных направлениях. Так корни растений заранее (!) прекращают расти в ту сторону, где есть какая–либо преграда, и даже более того не растут в те стороны, где в почве могут быть какие–то вредные вещества, и, напротив, растут в ту сторону, где содержатся питательные вещества.
Но и это ещё не всё. По словам Манкузо, эксперименты над грибами–слизевиками показали, что они строят настолько оптимальные системы транспортировки питательных веществ, что напоминают дорожные системы крупных городов мира. Аналогичное явление было замечено в экспериментах над бобовыми растениями. Лабораторные наблюдения показали, что бобовые растут именно в ту сторону, где находится опора для растения. То есть если рядом с горшком поставить палку, то растение будет расти именно в эту сторону. Но самое интересное дальше. Если возле палки растут два растения, и одно из них доросло до палки первой, то второе прекращает рост в эту сторону и растёт в другую, ища иную опору. Это снова к вопросу конкуренции — между растениями её просто нет.
Растения способны видеть
Дальше — больше. Нервная система растений развита настолько, что они способны видеть. Такое предположение учёные сделали в ходе наблюдений за цепляющейся лианой вида boquila trifoliolata. Это растение крепится к разным деревьям, но самое интересное то, что оно способно мимикрировать под своего хозяина. Когда лиана дорастает до дерева, она вдруг начинает копировать его и выпускать такие же листья. То есть эта лиана, растущая на двух разных деревьях, может иметь разные листья, чтобы маскироваться под свою, так сказать, «жертву». Что же получается? Выходит, что эта лиана обладает зрением и способностью копировать то, что она «видит».
Чилийские ботаники пошли дальше и «предложили» лиане пластиковое растение, но лиана справилась и с этим заданием, точно скопировав форму листьев из пластика. То есть тут речь идёт о том, что лиана анализирует форму растения не по химическому или физиологическому составу. Речь идёт именно о зрении.
Впервые идею о том, что у растений есть зрение, предложил немецкий ботаник Готлиб Хаберландт, который высказал предположение, что они могут видеть с помощью эпидермиса. Эту идею в своё время поддержал и Фрэнсис Дарвин.
По мнению биофизика и доктора биологических наук Феликса Литвина, растения с помощью растительных пигментов в их клетках способны буквально «видеть», то есть анализировать окружающую среду за счёт соотношения света и тени. Такое предположение учёный подтверждает тем фактом, что листья на дереве растут таким образом, что не загораживают свет друг другу. То есть растение максимально оптимальным образом захватывает всё возможное пространство, чтобы поглощать свет, не оставляя между листочками ни малейшего просвета. Людям бы поучиться такой рациональности!
Что же касается вышеупомянутой лианы — та, скорее всего, анализирует листья чужих деревьев за счёт соотношения света и тени и так формирует новую форму листьев.
Деревья способны слышать
По словам Стефано Манкузо, растения способны воспринимать не менее 20 разных типов воздействия. Так их корни чувствуют вредоносные вещества, способны различать химические компоненты между собой, реагируют на импульсы, способны чувствовать изменение уровня кислорода, соли, света, температуры и так далее.
Корни всегда стремятся расти в сторону источника воды, и это обеспечивается за счёт того, что корни в буквальном смысле способны слышать. Согласно исследованиям Стефано Манкузо, корни растений слышат частоты в районе 200 герц и начинают рост в этом направлении, так как именно в этом диапазоне находится звук шума воды.
Растения общаются между собой: о чём говорят деревья?
Общение деревьев между собой — вовсе не фантастика. О чём же говорят растения? Так канадские учёные убедились, что деревья способны передавать воду и питательные вещества своим собратьям, которым не хватает ресурсов. И это свидетельствует о том, что растения общаются между собой с помощью неких импульсов.
Манкузо описывает, что, если одно растение испытывает некий дискомфорт — недостаток воды или питательных веществ, атака насекомых и так далее, оно передаёт соответствующие импульсы другим растениям, и те вырабатывают резистентность к тем или иным негативным воздействиям.
Так растения способны передавать друг другу сигналы о бедствии и просьбы о помощи, на которые другие растения охотно реагируют. Этому бы нам, людям, также следовало поучиться у растений.
Растения чувствуют боль: научный факт или вымысел?
Учёные доказали, что растения чувствуют боль. Так исследователи из университета Тель–Авива выяснили (biorxiv.org/content/10.1101/507590v4), что растения способны передавать некий высокочастотный звук, который свидетельствует о боли. Учёные в ходе эксперимента лишили воды растения томата и табака, а также сделали несколько надрезов на их стеблях. После чего высокочувствительный микрофон, который был расположен на расстоянии десяти сантиметров, зафиксировал, что растения стали издавать звуки в диапазоне 20–100 килогерц.
Так было зафиксировано, что после надрезания стебля томата тот издал 25 сигналов в течение часа, растение табака в аналогичной ситуации издало 15 сигналов. Когда же растения были лишены воды, они стали сигнализировать о своей боли более активно, издавая до 35 звуков.
Растения чувствуют боль — это научный факт
В стрессовой ситуации исследуемые растения издавали ультразвуковые сигналы, притом что в ситуации отсутствия стресса они также издавали сигналы, но гораздо меньшей интенсивности и гораздо реже. Таким образом, это доказательство также и того, что имеет место быть общение растений между собой, которое во время стрессовых ситуаций становится более активным. А за год до этих исследований учёные также выяснили, что растения выбрасывают в свои листья вещества с неприятным вкусом, когда эти листья у них начинают отрывать. Так растение пытается отпугнуть поедающее его насекомое или животное.
Но самое интересное, что растения способны общаться не только между собой, но и с другими живыми организмами. Так, по мнению учёных, растение издаёт не случайные звуки, а те, которые могут быть распознаны другими живыми организмами. К примеру, если растение поедает гусеница, то тот звук, который издаёт при этом растение, может быть распознан насекомоядными, и те в буквальном смысле придут на помощь.
И это ещё раз доказывает то, насколько гармонично устроен мир, где все живые существа взаимодействуют друг с другом. Все… кроме людей. Как ни прискорбно признать, но получается, что растение и насекомое научились находить общий язык лучше, чем люди.
И если бы деревья могли говорить, они бы, наверное, многое могли нам сказать и многому научить. Но мы, мы слишком далеко ушли от природы и разучились слышать её голос. Мы привыкли, что чувствующими существами на земле являемся только мы. Мы едим животных, ловим рыбу и рубим деревья. Почему–то мы считаем, что все они только и рождены для того, чтобы мы их потребляли.
А ведь любой садовод знает, что дерево чувствует боль и способно слышать. Есть даже действенный метод заставить дерево плодоносить, если оно приносит плохой урожай. Для этого к дереву подходят два человека, и разыгрывается следующий небольшой «спектакль». Один человек легонько ударяет топором по стволу дерева и говорит, что дерево плохое, не приносит урожая и его надо срубить, а второй человек, стоящий рядом, «заступается» за дерево и говорит, что рубить не нужно, потому что в следующем году дерево обязательно принесёт плоды. И чаще всего в следующем году дерево и правда приносит больше плодов.
Наверное, было бы интересно, о чём думают растения? По словам Эрвина тома, растения гораздо более альтруистичны, чем большинство людей, и гораздо чаще думают об общем благе, чем о личном. К примеру, если у дерева заканчивается вода, оно сигнализирует, что у него дефицит воды. И тогда все деревья на определённом участке земли замедляют потребление воды, чтобы её хватило на всех. И чем меньше запасы воды, тем в большей степени замедляется рост деревьев и потребление воды.
Как мы можем видеть, лес — это целый мир, где деревья живут гармонично, и на примере их взаимодействия люди могли бы создать идеальное общество. И это на самом деле было бы возможно, если бы мы только научились слышать то, что говорят нам деревья, и распознавать их знаки. Но, увы, знаки эти способны слышать только их собратья. А человек продолжает махать топором, считая себя царём природы. Но царь — это тот, кто заботится о каждом из своих подданных. А махать топором — это удел палача, а не царя. Давайте же перестанем быть палачами и в шелесте листвы научимся слышать голос природы?