Едноклетъчен организъм решава лабиринт без нито един неврон

През 2000 г. Тошиюки Накагаки описва в списание Nature един кратък опит. В плитко блюдо има лабиринт, изрязан в тънък слой агар. В двата му изхода е сложена храна, а на входа са положени парченца от жълта слузеста гъба.

Гъбата се разстила във всички коридори, включително в задънените. После започва да се изтегля от тях. Накрая в блюдото остава една единствена тръба, която свързва двата източника на храна по най-краткия път през лабиринта.

Организмът е една клетка. Няма мозък, няма нито един неврон и няма предна страна, с която да гледа накъде върви. Въпреки това в блюдото се появява решение на задача, която човек решава с поглед отгоре и с молив в ръка.

Опитът обикаля интернет от четвърт век, обикновено в компанията на още две находки: растение, което спира да реагира, ако го изпускат многократно, и друго, замиращо под упойка. Изводът в социалните мрежи е кратък. Значи и растенията имат съзнание.

Находките са истински. Изводът е отделно твърдение и не следва от тях сам по себе си. Ще мина през пет опита, един по един: лабиринтът, картата на Токио, мимозата, грахът и упойката. За всеки ще кажа какво е измерено и докъде стига това. Накрая ще кажа какво би трябвало да се види, за да се говори за преживяване, и защо днес то не се вижда.

През цялата статия ще ми върши работа един образ. През тревата между два блока рано или късно се появява утъпкана пътечка. Никой не я е чертал. Минали са хиляди хора и всеки е направил по няколко крачки. Най-удобната следа се е разширила, а неудобните са обрасли. Пътечката е решение на задача: най-краткият път от входа до спирката. Знанието обаче не е в главата на нито един от минувачите. То е в тревата.

Слузестата гъба прави почти същото. Тялото ѝ е мрежа от тръбички, а вътре в тях течност тече напред и назад и пренася храна. Където течението е по-силно и носи повече храна, стената на тръбата се укрепва и тръбата се разширява. Където течението спада, тръбата изтънява и се прибира. Никъде в тялото няма център, който да сравни два маршрута и да избере единия.

Оттук задачата се решава сама. Коридорът, който води до храна, поддържа силно течение и се задържа. Задънените коридори не връщат нищо, течението в тях спада и гъбата ги изоставя. Остава маршрутът, по който течението не е спирало, и той се оказва най-краткият.

Измерено е следното: организъм от една клетка, без нервна система, намира най-краткия път между две точки в лабиринт. Това е силно доказателство за разпределено усещане, за състояние, което се задържа във времето, и за пренареждане на мрежата според обратна връзка. За вътрешна картина на лабиринта то не казва нищо: такава картина в тялото не е откривана.

Лабиринтът обаче има един правилен отговор. Истинските задачи почти никога не са такива. Следващият опит е точно за това.

През януари 2010 г. екип, воден от Атсуши Теро, публикува в Science опит с друга задача. Върху влажна повърхност изследователите подреждат овесени ядки на местата на градовете и гарите около Токио, слагат гъбата в средата и я оставят да расте.

Пътечката през тревата тук трябва да изпълни три несъвместими желания наведнъж. Да е кратка, защото всеки метър струва. Да свързва всичко с всичко достатъчно пряко. И да не се разпада, ако някой прекопае част от нея.

Мрежата, която израства между ядките, се доближава до истинската железопътна мрежа около Токио и по трите мерки едновременно: обща дължина, бързина на връзките и издръжливост при прекъсване. Когато изследователите прекъсват част от мрежата, гъбата продължава да я пренастройва.

Приносът на статията не е приликата с картата. Правилото, по което гъбата строи, е записано като математически модел. Моделът се използва при проектиране на мрежи, които трябва да са едновременно евтини и издръжливи.

Изследването показва компромис между три цели, постигнат без център и без представа за Токио. Овесените ядки дават посоките, химичните следи дават местната информация, укрепването на тръбите дава правилото.

Дотук две неща, и двете от един и същ организъм: (1) най-кратък път през лабиринт и (2) мрежа, сравнима с проектирана от инженери. Получават се от местни правила, без център.

Дотук сравнението с пътечката работи. Оттук нататък спира да важи. И е важно къде точно. По тревата минават хора, а всеки от тях има своя глава и своя причина. Решението остава в тревата. В слузестата гъба минувачи няма. Тръбата е едновременно минувачът и пътечката. Затова, когато се каже, че гъбата „помни“ маршрута, думата описва поведение на тяло, а не спомен на някого.

Гъбата обаче не е растение, а виралното твърдение е за растенията. При тях следата в тревата започва да изглежда още повече като памет.

Мимозата (Mimosa pudica) свива листата си при докосване или разтърсване. Движението е защитно, отнема секунда и се вижда с просто око.

През януари 2014 г. Моника Галиано и колеги публикуват в Oecologia опит с многократно изпускане. Саксията с растението пада от малка височина отново и отново, без то да бъде увредено. В началото листата се свиват при всяко падане. След много повторения спират да се свиват. Разтърсено, същото растение продължава да реагира. Според съобщеното промяната в поведението се задържа до около месец.

Ето мястото, където пътечката през тревата започва да заблуждава. Ако утъпканата следа избледнее, има два еднакво прилични прочита. Хората може да са сменили маршрута. Или тревата е стъпкана до земята и вече няма какво да се приглажда. От снимка отгоре двата случая изглеждат еднакво.

Точно това е спорът около мимозата. Освен с учене, спадането на реакцията се обяснява и с изтощение на движещите клетки, и с притъпяване на самия сетивен път, и с промяна във водния натиск в тъканта. Изследването показва промяна в поведението. Кой от тези механизми я произвежда, опитът не различава.

През 2018 г. Р. Бийглер публикува отговор със заглавие „Недостатъчно доказателства за хабитуация при Mimosa pudica“. Според него по-голямата част от спадането се обяснява с изтощение на движението, а очакваното възстановяване на реакцията при нов дразнител не се вижда в данните. Бийглер не твърди, че хабитуация при растение е невъзможна. Твърди, че въпросът остава отворен.

Тайз и колеги добавят методологично възражение: разтърсването е по-силен дразнител от изпускането. Щом е по-силен, продължаващата реакция към него не изключва притъпяване на сетивния път.

Дотук три: (1) лабиринт, (2) мрежа като проектирана и (3) растение, което измеримо променя поведението си по неясна причина. Третото твърдение има и по-силна версия. Точно тя беше проверена от друг човек и в друга лаборатория.

По-силната версия не е хабитуация, а асоциация: растение да свърже един дразнител с друг и да действа според първия. През декември 2016 г. екипът на Галиано съобщава такъв резултат с грахови кълнове в списание Scientific Reports. Кълновете растат в лабиринт с формата на буквата Y. От едното рамо духа въздушна струя от вентилатор, а светлината идва или от същото рамо, или от противоположното. След обучението кълновете тръгват натам, накъдето сочи струята. Ако е вярно, научената връзка надделява над вроденото привличане към светлината.

Тук е мястото за най-скучното и същевременно най-важно изречение в науката. Един резултат става знание не когато е публикуван, а когато някой друг направи същото и види същото.

През юни 2020 г. в eLife Кейси Маркел публикува точно такъв опит. Три дни обучение в раздвоени лабиринти, вентилатори и лампи както в оригинала, по-голяма извадка от оригиналната и заслепен анализ: обработващият данните не знае кое растение от коя група е. Резултат: няма следа от съобщения ефект. Заглавието на статията е „Липса на доказателства за асоциативно учене при граха“.

Спорът не свършва там и това също е част от честната картина. През септември 2020 г. Галиано и колеги публикуват коментар: в техния опит синята светлина е обръщала всички растения в една и съща посока, докато при Маркел растенията показват само слаб уклон към последната светлина. Без надежден безусловен дразнител, твърдят те, опитът не проверява тяхната хипотеза. Маркел отговаря в същия ден: разликата в устройството не обяснява нулевия резултат, а по-слабият уклон намалява чувствителността на опита, без да го прави негоден.

Честното описание днес е кратко. Резултатът с граха е непотвърден и оспорван. Един неуспешен опит не затваря въпроса. Но и не позволява резултатът да носи тежестта, която му се приписва, когато го цитират като доказателство, че растенията учат.

Дотук четири: (1) лабиринт, (2) мрежа като проектирана, (3) промяна в поведението на мимозата по неясна причина и (4) по-силното твърдение за учене, което при независим опит не се появи. Остава петият, който изглежда най-силен от всички, защото идва от операционната зала.

Обща упойка от вида, използван при операция, действа и върху растения. Под етер мимозата спира да свива листата си, а венерината мухоловка спира да затваря капана си. Щом веществото се отнеме, реакциите се връщат.

През ноември 2018 г. Кен Йокава, Франтишек Балушка и колеги публикуват наблюдението в Annals of Botany. Няколко упойващи вещества спират разнообразни движения на растителни органи и блокират електрическите импулси във венерината мухоловка.

В образа с пътечката упойката се излива върху тревата и тя спира да се приглажда под краката. Следите изчезват, докато веществото действа. Това казва нещо за тревата, не за минувачите.

Изследването показва, че съгласуваното поведение на растението зависи от процеси, които могат да бъдат разстроени химично, и че мишените на упойката са общи за животинската и растителната клетка. Това е сериозен резултат в сравнителната клетъчна биология и размива границата между фармакологията на животните и тази на растенията.

Скокът в социалните мрежи е друг: щом упойката действа, значи е имало съзнание, което да бъде изключено. Обратимото спиране на движение показва обратимо физиологично действие. Същото вещество разстройва йонните канали, течливостта на мембраните, вътреклетъчния транспорт, хормоналните сигнали и обмяната на енергия. При животно тези промени се случват в нервна система, за която има отделни доказателства, че произвежда съзнателни състояния. При растение такава система не е откривана.

Петте твърдения са налице: (1) лабиринт, (2) мрежа като проектирана, (3) растение, което променя поведението си по неясна причина, (4) по-силната версия на това твърдение, която не се повтори при независим опит, и (5) упойка, която обратимо спира движението. И едно уточнение, без което петте изглеждат по-тежки, отколкото са: тези находки не се подкрепят взаимно. Отнасят се за различни организми, а две от тях спорят помежду си.

Всичко това не прави въпроса излишен. Има изследователи, които го задават сериозно и без мистика.

В университета в Мурсия работи Minimal Intelligence Lab, лаборатория за минимална интелигентност. Програмата ѝ, свързана най-вече с Пако Калво, пита дали понятия като познание, памет, решение и интелигентност могат да се прилагат към организми без мозък. И то без да се твърди, че растението мисли като човек.

Полезната част от тази програма не е отговорът, а въпросът: дали определението за интелигентност, изградено върху животни, не е прекалено тясно за сравнителна биология. Ако едно тяло усеща средата, съчетава сигнали, предвижда и се пренастройва, функционалното определение вече е изпълнено.

Самата лаборатория не съобщава доказателство за съзнание у растенията. Защитимото ѝ твърдение е по-скромно и по-интересно: растенията заслужават да бъдат изследвани като сложни приспособяващи се системи.

Срещу тази програма стои най-силният скептичен текст в спора, подписан от осем автори.

През август 2019 г. в Trends in Plant Science излиза статия със заглавие „Растенията нито имат, нито се нуждаят от съзнание“. Подписана е от Линкълн Тайз от Калифорнийския университет в Санта Круз и още седем автори, сред които изследователи от Хайделберг, Глазгоу, Дармщат, Оксфорд Брукс и Мериленд. Това е аргументативен обзор на съществуващата литература, а не нов опит. И заслужава да бъде изложен в най-силната си форма, не в карикатура.

• Съзнанието при животните върви заедно с висока степен на структурна и функционална обединеност на нервната система.
• Организмите, за които съзнание е най-правдоподобно, са гръбначните, включително рибите, членестоногите, например насекомите и раците, и главоногите, например октоподът. Всички те имат нервна система, устроена така, че да обединява информацията на едно място.
• Растенията нямат неврони, мозък, ганглии, нито известен еквивалент на централна структура, която да представя вътрешните състояния.
• Електрическите сигнали в растението са истински, включително импулсите, подобни на животинските. Сигналът сам по себе си обаче не е доказателство за обединено преживяване.
• Гъвкавото поведение, хабитуацията и дори асоциативното учене се получават и от механизми без съзнание.
• Действието на упойките е неспецифично и остава такова, докато не бъде свързано с механизъм на осъзнаване и на неговата загуба.
• Съзнанието струва много енергия и организация. Нищо не показва, че растението има нужда от него, за да живее и да се размножава.
• Следователно съзнанието при растенията е излишно обяснение, а положително доказателство за него няма.

Изводът им е формулиран така: вероятността растенията да имат съзнание е „практически нула“. Това не е измерване, а заключение от сравнителна анатомия, механизъм и икономия на обясненията.

Честността иска и една добавка. Липсата на неврони не е измерване на преживяване. Аргументът стъпва върху теория за съзнанието, извлечена от животни, и ако тази теория е тясна, изводът от нея също е тесен. Тайз и колеги не съобщават детектор за съзнание и не описват опит, който изключва всяка форма на преживяване без нервна система. Тежестта на доказване обаче остава при онзи, който твърди, че растението чувства.

Спорът продължи в самото списание. Антъни Тревавас и Пако Калво отговарят, а Тайз и колеги им отвръщат през 2020 г. Никоя от страните не представя тест, който да реши въпроса, защото такъв тест няма.

Тук честният отговор е, че не знаем. Това не е аргумент в полза на никоя от двете страни: празнина в знанието не е доказателство.

Затова си заслужава да се каже какво изобщо би се приело за доказателство. Приет тест за съзнание у растение или слузеста гъба няма, но изискванията към такъв тест са описани и са четири.

• Признак, свързан с теория, а не с интелигентност. Теорията трябва да казва в какво физически се състои преживяването и да предсказва нещо, което го различава от обикновена биохимична регулация.
• Гъвкаво поведение в различни положения: учене, което се пренася в нов контекст, избор според вътрешно състояние, размяна на едно благо за друго.
• Знак за стойност: нещо да бъде по-добро или по-лошо за организма по начин, който не се свежда до следване на градиент, и следващото поведение да се променя според запомнената стойност.
• Причинна намеса: да се разстрои предполагаемият обединяващ процес и гъвкавото поведение да изчезне избирателно, а после да се възстанови. И още: съвпадение между поведение, електрофизиология, фармакология и модел, при предварително обявен план и независимо повторение.

Полезно е и да се подредят петте нива, защото спорът почти винаги е за това на кое от тях се намираме.

• Отзивчивост: организмът променя състоянието си след дразнене.
• Приспособяване: отговорът зависи от историята и от контекста.
• Поведение като учене: миналото дразнене променя бъдещото поведение.
• Организация като познание: информацията се обединява, за да води гъвкаво действие.
• Субективно преживяване: организмът има вътрешна гледна точка.

Днешните данни са силни на първите три нива, спорни на четвъртото и не стигат до петото. Това е цялото изречение.

Че слузестата гъба решава лабиринта, е измерено. Че го преживява, не е измервал никой, защото никой още не знае как се мери преживяване.

Следващия път, когато в лентата ви се появи заглавие за мислещи растения, три въпроса вършат работа.

• Какво е измерено и как го описват самите автори? Ако в статията пише „предполагаме“, а в заглавието пише „доказано“, разликата е в заглавието.
• Повторил ли е опита някой друг, независимо? При граха отговорът е да и резултатът е нула.
• За кой организъм става дума? Лабиринтът е на слузеста гъба, упойката е на мимоза и на мухоловка. Наредени заедно, те пак не се събират в едно твърдение.

Помага и една дребна езикова дисциплина. „Измерено е“ не е същото като „изследването показва“, а „изследването показва“ не е същото като „хипотезата е“. За съзнание у растенията в момента важи третото.

За същия въпрос, зададен вътре в нашия вид, Futuria има отделен текст: проверка на дванадесетте вида интелигентност, които се приписват на човека, един по един. Тук движението е обратно. Не колко вида интелигентност има човекът, а колко малко е нужно, за да свърши нещо работа.

И понеделнишката практика. Правилото, по което гъбата строи мрежата си, вече е математически модел и се използва там, където една мрежа трябва да е и евтина, и издръжлива. Мимозата на перваза през това време прави нещо измеримо: усеща, обединява сигнали и променя поведението си според историята си. За да е интересна, не ѝ е нужно съзнание. А ако някой ден се появи тест, който различава преживяване от регулация, той ще бъде далеч по-голяма новина от спора за растенията. Същият тест ще трябва да мине и през животните, и през машините, и през нас.