Μπορούν τα φυτά να θυμούνται;
Μνήμη χωρίς εγκέφαλο
Ένα φυτό δεν διαθέτει εγκέφαλο. Δεν έχει νευρώνες, συνάψεις ή ένα κεντρικό όργανο στο οποίο συγκεντρώνονται οι εμπειρίες του. Κι όμως, ένας σπόρος μπορεί να «γνωρίζει» ότι ο χειμώνας πέρασε. Ένα φυτό που βίωσε ξηρασία μπορεί να αντιδράσει διαφορετικά στην επόμενη περίοδο λειψυδρίας. Και η ταπεινή μιμόζα, όταν εκτεθεί επανειλημμένα σε ένα ακίνδυνο ερέθισμα, ενδέχεται σταδιακά να πάψει να σπαταλά ενέργεια αντιδρώντας σε αυτό.
Μπορούμε λοιπόν να πούμε ότι τα φυτά θυμούνται; Η απάντηση εξαρτάται λιγότερο από το τι κάνουν τα φυτά και περισσότερο από το τι εννοούμε εμείς με τη λέξη «μνήμη».
Η μνήμη πριν από τον εγκέφαλο
Στην καθημερινή γλώσσα, η μνήμη συνδέεται με την ανάκληση: θυμόμαστε ένα πρόσωπο, μια εικόνα, μια συζήτηση. Πρόκειται όμως για μια ιδιαίτερα ανθρώπινη μορφή μνήμης. Στη βιολογία, ο ορισμός μπορεί να είναι ευρύτερος: ένα σύστημα έχει μνήμη όταν μια προηγούμενη κατάσταση επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο ανταποκρίνεται αργότερα.
Με αυτή την έννοια, η μνήμη δεν προϋποθέτει απαραίτητα συνείδηση. Το ανοσοποιητικό σύστημα θυμάται παθογόνους οργανισμούς χωρίς να τους «ανακαλεί». Ένα κύτταρο μπορεί να διατηρεί το αποτύπωμα μιας προηγούμενης έκθεσης. Ακόμη και ένα απλό ηλεκτρονικό κύκλωμα μπορεί να αλλάζει κατάσταση ανάλογα με τα σήματα που έχει δεχθεί.
Η κρίσιμη ιδιότητα δεν είναι η σκέψη αλλά η διάρκεια: το παρελθόν πρέπει να αφήνει ένα ίχνος που μεταβάλλει το μέλλον.
Για έναν οργανισμό καθηλωμένο στο έδαφος, αυτή η ικανότητα είναι εξαιρετικά πολύτιμη. Ένα ζώο μπορεί να απομακρυνθεί από τη ζέστη, την ξηρασία ή έναν εχθρό. Το φυτό πρέπει να προσαρμόσει τον ίδιο του τον οργανισμό. Η επιβίωσή του βασίζεται στη δυνατότητα να ανιχνεύει, να αποθηκεύει και να αξιοποιεί πληροφορίες από το περιβάλλον.
Η μιμόζα που σταμάτησε να φοβάται
Η Mimosa pudica είναι ίσως το πιο θεαματικό παράδειγμα φυτικής αντίδρασης. Όταν αγγίξει κανείς τα φύλλα της, αυτά διπλώνουν γρήγορα και οι μίσχοι χαμηλώνουν. Η κίνηση οφείλεται σε απότομες μεταβολές της πίεσης του νερού μέσα σε εξειδικευμένα κύτταρα και πιθανότατα λειτουργεί ως άμυνα απέναντι σε φυτοφάγα ζώα ή μηχανικές διαταραχές.
Σε μια πολυσυζητημένη μελέτη του 2014, ερευνητές υπέβαλαν φυτά μιμόζας σε επαναλαμβανόμενες, ελεγχόμενες πτώσεις. Αρχικά, τα φυτά έκλειναν τα φύλλα τους. Καθώς όμως το ακίνδυνο ερέθισμα επαναλαμβανόταν, άρχισαν να μην αντιδρούν.
Η προφανής εξήγηση θα ήταν ότι εξαντλήθηκαν. Όταν όμως δέχθηκαν ένα διαφορετικό ερέθισμα, εξακολουθούσαν να κλείνουν τα φύλλα τους. Οι ερευνητές ερμήνευσαν το αποτέλεσμα ως πιθανή μορφή εξοικείωσης: το φυτό είχε διακρίνει ότι η συγκεκριμένη επαναλαμβανόμενη διαταραχή δεν αποτελούσε απειλή. Η μειωμένη αντίδραση φάνηκε, υπό τις συγκεκριμένες πειραματικές συνθήκες, να διατηρείται για σημαντικό διάστημα.
Το αποτέλεσμα δεν σημαίνει ότι η μιμόζα σκέφτηκε «δεν υπάρχει κίνδυνος». Ούτε αποτελεί οριστική απόδειξη μάθησης με την έννοια που χρησιμοποιείται για τα ζώα. Η διάκριση ανάμεσα στη μάθηση, στην εξοικείωση, στη φυσιολογική προσαρμογή και στην απλή απευαισθητοποίηση παραμένει αντικείμενο επιστημονικής διαφωνίας.
Η παγίδα που μετρά
Η μυγοπαγίδα της Αφροδίτης, Dionaea muscipula, προσφέρει ένα διαφορετικό παράδειγμα. Στο εσωτερικό κάθε παγίδας υπάρχουν ευαίσθητες τρίχες. Ένα μοναδικό άγγιγμα συνήθως δεν αρκεί για να την κλείσει. Το φυτό χρειάζεται δεύτερο ερέθισμα μέσα σε περιορισμένο χρονικό διάστημα.
Η καθυστέρηση λειτουργεί σαν φίλτρο: μια σταγόνα βροχής ή ένα τυχαίο άγγιγμα δεν πρέπει να προκαλεί μια ενεργειακά δαπανηρή αντίδραση. Αν όμως ένα έντομο κινηθεί επανειλημμένα μέσα στην παγίδα, παράγονται ηλεκτρικά σήματα και ενεργοποιείται σταδιακά η διαδικασία σύλληψης και πέψης.
Το φυτό διατηρεί προσωρινά πληροφορία για το προηγούμενο ερέθισμα. Δεν μετρά όπως ένας άνθρωπος, αλλά η τελική του απόκριση εξαρτάται από τον αριθμό και τη συχνότητα των σημάτων. Εδώ η μνήμη διαρκεί δευτερόλεπτα, όχι εβδομάδες. Παρ’ όλα αυτά, είναι αρκετή ώστε να επιτρέψει στο φυτό να πάρει μια βιολογικά χρήσιμη «απόφαση».
Τα ηλεκτρικά σήματα των φυτών δεν ταξιδεύουν σε νεύρα. Προκύπτουν από ελεγχόμενες ροές ιόντων μέσα από τις μεμβράνες των κυττάρων και μπορούν να μεταδώσουν πληροφορία σε απομακρυσμένους ιστούς. Η ομοιότητα με τα δυναμικά ενέργειας των νευρώνων είναι λειτουργικά ενδιαφέρουσα, αλλά δεν σημαίνει ότι τα φυτά διαθέτουν νευρικό σύστημα.
Μνήμη γραμμένη στα γονίδια – αλλά όχι στο DNA
Οι πιο καλά τεκμηριωμένες μορφές φυτικής μνήμης δεν βρίσκονται στις εντυπωσιακές κινήσεις των φύλλων αλλά μέσα στον πυρήνα των κυττάρων.
Όταν ένα φυτό εκτεθεί σε υψηλή θερμοκρασία, ξηρασία, αλατότητα ή παθογόνα, ενεργοποιεί ένα μεγάλο δίκτυο γονιδίων. Μετά την υποχώρηση του κινδύνου, τα περισσότερα επιστρέφουν στην αρχική τους κατάσταση. Ορισμένα όμως παραμένουν σε μια μορφή μοριακής ετοιμότητας. Αν το ίδιο στρες επανεμφανιστεί, ενεργοποιούνται ταχύτερα ή εντονότερα.
Το DNA δεν χρειάζεται να αλλάξει αλληλουχία. Αντίθετα, μπορεί να μεταβληθεί ο τρόπος με τον οποίο είναι οργανωμένο και προσβάσιμο. Χημικές τροποποιήσεις στις ιστόνες – τις πρωτεΐνες γύρω από τις οποίες τυλίγεται το DNA -, μεταβολές στη μεθυλίωση του DNA, ρυθμιστικά RNA και σταθερά δίκτυα γονιδιακής έκφρασης μπορούν να διατηρούν πληροφορία από μια προηγούμενη κατάσταση.
Σε πειράματα με Arabidopsis thaliana, η επαναλαμβανόμενη αφυδάτωση «εκπαίδευσε» ορισμένα γονίδια ώστε να αποκρίνονται εντονότερα στις επόμενες περιόδους στρες. Κατά το διάστημα ανάκαμψης, μοριακοί δείκτες παρέμεναν στις σχετικές περιοχές του γονιδιώματος, σαν σελίδες που είχαν μείνει σημαδεμένες για να ανοίξουν γρηγορότερα.
Η μνήμη του χειμώνα
Μια από τις ωραιότερες εκδοχές φυτικής μνήμης είναι η εαρινοποίηση. Πολλά φυτά δεν ανθίζουν αμέσως μόλις βλαστήσουν. Πρέπει πρώτα να περάσουν μια παρατεταμένη περίοδο χαμηλών θερμοκρασιών.
Το κρύο προκαλεί σταδιακή καταστολή γονιδίων που εμποδίζουν την ανθοφορία. Όταν έρθει η άνοιξη και η θερμοκρασία αυξηθεί, η καταστολή διατηρείται. Το φυτό έχει, κατά κάποιον τρόπο, κρατήσει την πληροφορία ότι ο χειμώνας ολοκληρώθηκε.
Η μνήμη αυτή δεν είναι ανάμνηση του χιονιού ή του ψύχους. Είναι μια σταθερή κυτταρική κατάσταση. Εξασφαλίζει όμως ότι το φυτό δεν θα ανθίσει στη μέση μιας σύντομης ζεστής περιόδου του φθινοπώρου, διακινδυνεύοντας να καταστραφεί από τον επόμενο παγετό.
Εδώ η μνήμη μετατρέπεται σε ημερολόγιο.
Άλλες εργασίες έχουν καταγράψει μνήμη απέναντι στη ζέστη, στο κρύο, στη σκιά και σε βιολογικές επιθέσεις. Δεν υπάρχει ένα μοναδικό «κέντρο μνήμης». Η πληροφορία είναι κατανεμημένη σε DNA, ιστόνες, πρωτεΐνες, μεταβολίτες και μικρά RNA σε ολόκληρο τον οργανισμό.
Μπορεί η εμπειρία να περάσει στους απογόνους;
Η πιο αμφιλεγόμενη ερώτηση είναι αν η περιβαλλοντική μνήμη ενός φυτού μπορεί να κληρονομηθεί από τις επόμενες γενιές.
Υπάρχουν περιπτώσεις στις οποίες επιγενετικές μεταβολές περνούν μέσω των σπόρων. Ωστόσο, πολλά από τα σημάδια που δημιουργούνται από ένα στρες επαναφέρονται κατά την αναπαραγωγή. Ακόμη και όταν παρατηρείται διαγενεακή επίδραση, είναι δύσκολο να διαχωριστεί η γνήσια επιγενετική κληρονομικότητα από άλλους παράγοντες, όπως η κατάσταση του σπόρου, τα αποθηκευμένα θρεπτικά συστατικά ή το κοινό περιβάλλον.
Η επιστημονικά ασφαλής θέση είναι ότι τα φυτά διαθέτουν σαφείς μορφές μνήμης μέσα στη διάρκεια της ζωής τους. Η σταθερή μεταφορά επίκτητων περιβαλλοντικών εμπειριών σε πολλές γενιές είναι πιθανή σε ορισμένες περιπτώσεις, αλλά δεν αποτελεί γενικό ή απλό κανόνα.
Μνήμη δεν σημαίνει συνείδηση
Η λέξη «μνήμη» ασκεί μια σχεδόν ακαταμάχητη γοητεία. Μόλις τη χρησιμοποιήσουμε, είναι εύκολο να αρχίσουμε να μιλάμε για φυτά που αισθάνονται, αποφασίζουν ή σκέφτονται. Εδώ απαιτείται προσοχή.
Δεν διαθέτουμε σήμερα πειστικές αποδείξεις ότι τα φυτά έχουν υποκειμενικές εμπειρίες ή συνείδηση. Το γεγονός ότι επεξεργάζονται πληροφορίες, παράγουν ηλεκτρικά σήματα και μεταβάλλουν τη συμπεριφορά τους δεν αποδεικνύει ότι βιώνουν τον κόσμο.
Αυτό όμως δεν κάνει τις ικανότητές τους λιγότερο εντυπωσιακές. Αντίθετα, αποκαλύπτει ότι λειτουργίες τις οποίες θεωρούσαμε αποκλειστικά προϊόντα του νευρικού συστήματος μπορούν να εμφανιστούν με εντελώς διαφορετικούς βιολογικούς μηχανισμούς.
Ίσως το πραγματικό λάθος δεν είναι να αποδώσουμε στα φυτά υπερβολικά πολλά, αλλά να πιστεύουμε ότι υπάρχει μόνο ένας τρόπος με τον οποίο η ζωή μπορεί να αποθηκεύει το παρελθόν.
Το παρελθόν μέσα στη ζωντανή ύλη
Ένα δέντρο κουβαλά την ιστορία του στους δακτυλίους του. Ένα κύτταρο διατηρεί χημικά ίχνη προηγούμενων καταπονήσεων. Ένας σπόρος περιμένει μέχρι οι συνθήκες να του υποδείξουν ότι ήρθε η κατάλληλη στιγμή. Μια μυγοπαγίδα συγκρατεί για λίγα δευτερόλεπτα το πρώτο άγγιγμα, ώστε να ερμηνεύσει σωστά το δεύτερο.
Καμία από αυτές τις διαδικασίες δεν μοιάζει με ανθρώπινη ανάμνηση. Όλες όμως έχουν κάτι κοινό: η παρούσα συμπεριφορά του οργανισμού εξαρτάται από κάτι που συνέβη προηγουμένως.
Η μνήμη, επομένως, ίσως δεν εμφανίστηκε πρώτη φορά με τον εγκέφαλο. Ίσως αποτελεί μια βαθύτερη ιδιότητα της ζωής: την ικανότητα της ύλης να μεταβάλλεται από την εμπειρία και να μεταφέρει αυτή τη μεταβολή προς το μέλλον.
Η μελέτη των φυτών δεν μας υποχρεώνει να τους αποδώσουμε ανθρώπινη συνείδηση. Μας υποχρεώνει όμως να εγκαταλείψουμε την ιδέα ότι η ακινησία είναι παθητικότητα. Κάτω από τη σιωπηλή επιφάνεια ενός φύλλου λειτουργεί ένα δυναμικό σύστημα μέτρησης, πρόβλεψης και προσαρμογής – ένα σύστημα που κρατά το παρελθόν όχι ως αφήγηση, αλλά ως δυνατότητα επιβίωσης.
Change is the only Constant
