Воспитание растений: второй сезон

— Мы сами знаем, что задача не имеет решения, — сказал Хунта, немедленно ощетиниваясь. — Мы хотим знать, как ее решать.

А. и Б. Стругацкие.
Понедельник начинается в субботу

Казалось бы, об интеллекте у таких косных существ, как растения, о возможности их воспитания, могут говорить либо безудержные фантазеры — приверженцы анималистических культов, либо люди наивные, верящие в разнообразные слухи о чудесах. Как ни странно, есть еще одна категория, их можно назвать отъявленными научными диссидентами, которые, несмотря ни на что, желают не только опровергнуть очевидное, но и ввести полученное таким образом невероятное в круг научного знания.

Иллюстрация Сергея Тюнина

Откуда пошли разумные растения?

В литературе, пожалуй, один из самых остроумных текстов о растениях, у которых нетрудно заподозрить признаки разумности, принадлежит перу Станислава Лема. Он опубликован в «Звездных дневниках Ийона Тихого», точнее, в Открытом письме «Спасем космос!». Вот некоторые из этих удивительных существ.

Возьмем для начала симбиоз лютяги чуднистой и скородавки-булыжницы, который сложился на фоне роста межпланетного туристического потока. Первая дает красивые цветки, а у второй ветви усыпаны твердыми, как булыжник, шипастыми плодами. Как только турист срывает цветок лютяги, скородавка начинает сбрасывать свои плоды на неосторожного, и его тело потом удобряет почву симбионтов. В этом симбиозе проявляется очень интересная способность растений передавать друг другу сигналы и реагировать на них, что определенно требует интеллектуальных усилий.

Звукоед-матюгалец, который черпает жизненную энергию из громких звуков, ранее обходился раскатами грома. Теперь же он научился селиться рядом с кемпингами и процветает под градом ругательств, которыми его осыпают туристы: им нравится, как звукоед увеличивается прямо у них на глазах. Этот пример связан, скорее, не с интеллектом, но со способностью растений издавать и воспринимать звуки. Его антипод, выйник электрический, напротив, реагирует на чрезмерно громкую музыку, несущуюся в лесу из радиоприемников, генерацией радиопомех: они глушат сигнал в зародыше.

Прямое отношение к интеллекту имеет способность обучаться. И она оказалась присуща тепляку-забулдыжнику. Этот хищное растение устраивает знаменитые на всю Галактику фата-морганы, которые и привлекают на планету его обитания туристов. Тепляк, изменяя температуру воздуха над своими зарослями, формирует красочные миражи, которые, как отмечает Ийон Тихий, имеют вид баров, в то время как ни школ, ни книжных магазинов замечено не было. По мнению великого космопроходца, это следствие эволюции: тепляки, показывавшие школы и книжные магазины, просто вымерли от голода — туристы чаще стремятся в бар. Однако скорость эволюции явно недостаточна, чтобы такой эффект мог проявиться за короткое время, прошедшее с начала развития меж-звездного туризма. Скорее всего, тепляки методом проб и ошибок научились генерировать мираж, лучше всего привлекающий жертву.

А страсть к коллекционированию? Она, несомненно, присуща только разумным существам. И подобные растения в Галактике имеются: «… если хорошо подумать и сохранить беспристрастность, то почему, собственно, человеку позволено срывать цветки и засушивать их в гербарии, а растение, которое обрывает и засушивает уши, следует так уж сразу объявить чем-то противоестественным?» Скорее всего, речь здесь идет о лелейнице нежноудавчатой, но это не точно.

Впрочем, в науке представления о том, что растения обладают некими интеллектуальными способностями, во всяком случае, достаточными, чтобы их можно было обучать или воспитывать, появились стараниями академика АН СССР, АН УССР и ВСХНИЛ Т.Д. Лысенко и его сподвижников. Теория воспитания была краеугольным камнем его парадигмы и рабочим методом ускоренного создания новых сортов и пород. Например, выращивая в течение нескольких лет озимую пшеницу при высокой температуре, ему удавалась превратить ее в яровую. Напомним различие между этими сортами: в норме озимая пшеница, посеянная весной, не успеет до осени дать колос, оттого ее и сеют под зиму. А вот в указанных опытах за несколько поколений пшеницу удавалось перевоспитать. На животных успехи воспитания были гораздо хуже: телята, которых кормили сливками, повзрослев, жирного молока отнюдь не давали (см. «Химию и жизнь» 1993 №11).

Разгром лысенковского учения происходил в столь же ожесточенной форме непримиримой борьбы, как ранее сами лысенковцы уничтожали вейсманистов-морганистов. Неудивительно, что в СССР, как и в РФ, сама идея о возможности какого-то воспитания не только растений, а даже животных с тем, чтобы плоды этого воспитания передавались в череде поколений, воспринимается как вредный абсурд. Однако, в полном соответствии с диалектикой Гегеля, история развития человеческой мысли и здесь совершила полный оборот отрицания отрицания и вышла на новый виток спирали ровно на том самом месте, на котором завершился предыдущий цикл.

В общем, идеи о том, что растения можно обучать, воспитывать и тем самым добиваться успехов в возделывании сельскохозяйственных культур и в выведении новых сортов, начали просачиваться в рецензируемые научные журналы. Не отечественные, а иностранные, свободные от тяжелых последствий давней борьбы.

Впрочем, до конкретных рекомендаций, как воспитывать и обучать растения, дело еще не дошло. Пока что рассуждения, опыты и споры концентрируются вокруг поиска ответа на главный вопрос: обладают растения интеллектом или нет? Поскольку если интеллекта у них нет, то о каком обучении и воспитании может идти речь? Если же он есть, пусть даже совсем не похожий на человеческий, то предмет для размышлений появляется.

Что есть интеллект?

Для поиска интеллекта нужно сначала определить, что это такое. И тут имеется серьезная проблема. Ведь царь природы — это человек. У него, в отличие от всех остальных, есть разум, у него самый высокий интеллект и есть даже способ его измерить. Поэтому об уровне интеллекта у других существ, равно как и о его наличии, человек, не отмеченный учеными званиями, всегда станет судить, глядя на себя. И, присмотревшись, он заметит, что интеллект проявляет себя в осмысленных поступках, направленных на достижение заранее поставленной цели и опирающихся на багаж знаний. Очевидно, что для такой деятельности нужно иметь мозг и нервную систему, способность к запоминанию, обучению и общению.

Отсюда автоматически вытекает иерархия интеллектуальных способностей в животном мире: человекообразные обезьяны оказываются на ступень ниже человека, у прочих зверей с интеллектом похуже, хотя и не безнадежно: зайца можно научить выбивать дробь на барабане, а собаку танцевать и приносить тапки. А чем далее от млекопитающих, тем интеллект ниже. Вот рыба еще может совершать осмысленные действия (см. статью Н. Резник в этом номере), а у каких-нибудь пчел наличие интеллекта никто и не предполагает, одни инстинкты. Поэтому обучить их брать нектар с нужного растения невозможно, можно только обмануть — дать сироп, настоянный на соответствующих цветках. Есть, правда, дрессированные блохи, но и тут никакого интеллекта, сплошное лукавство фокусника. А уж подозревать интеллект у амебы никто до недавнего времени не додумывался. В самом деле, ну какие у безмозглого существа могут быть осмысленные цели? Сплошные термо- и хемотаксисы — движения по градиентам тепла и концентрации веществ. Аналогично и у растений.

Однако это — профанная точка зрения, ученый на то и обладает знаниями, чтобы не попасться на уловку антропоцентризма. Возьмем подборку из семидесяти определений интеллекта, которую сделали кибернетики Шейн Легг и Маркус Хюттер из Института искусственного интеллекта Далла Молле; его основал в Лугано в 1988 году известный филантроп Анджело Далла Молле (Advances in artificial general intelligence: concepts, architectures and algorithms. Frontiers in Artificial Intelligence and Applications. Amsterdam: IOS Press, 2007).

Конечно, в этой подборке есть словарные определения, очевидные и похожие друг на друга: интеллект — это очень общая умственная способность, которая, помимо прочего, позволяет рассуждать, планировать, решать проблемы, абстрактно мыслить, представлять сложные идеи, быстро учиться и учиться на опыте.

А вот психологи не столь просты, их мнение гораздо разнообразнее.

1. Интеллект — это грань разума, лежащая в основе нашей способности мыслить, решать новые проблемы, рассуждать и обладать знаниями о мире.
2. Человек обладает интеллектом в той мере, в какой он научился или может научиться приспосабливаться к своему окружению.
3. Интеллект — это то, что измеряется с помощью тестов интеллекта.

Логично, что специалисты по искусственному интеллекту смотрят на проблему под несколько иным углом зрения.

1. Интеллект — это способность системы действовать надлежащим образом в неопределенной среде, когда соответствующее действие увеличивает вероятность успеха, а успех — это достижение поведенческих подцелей, которые поддерживают конечную цель системы.
2. Интеллект — это способность оптимально использовать ограниченные ресурсы, включая время, для достижения целей.
3. Интеллект — это способность быстро находить адекватное решение в том, что априори (для наблюдателей) представляется огромным пространством поиска.

Проанализировав все эти определения, Легг и Хюттер пришли к выводу, что интеллект — это свойство, которым, во-первых, обладает отдельный агент при взаимодействии со своей средой или средами; во-вторых, которое связано со способностью агента преуспевать или получать выгоду в отношении какой-либо цели или задачи; а в-третьих, которое зависит от того, насколько агент способен адаптироваться к различным целям и условиям. Отсюда родилось их собственное определение: интеллект измеряет способность агента достигать целей в широком диапазоне сред.

Вот с этой точки зрения и подходят смелые биологи к проблеме интеллекта растений. Согласно первому определению, которое в 2003 году дал основоположник современных штудий, так сказать, фитоинтеллекта, Энтони Труавас из Эдинбургского университета, интеллект растения проявляется в адаптивном переменном росте и развитии в течение всей его жизни. Сейчас это определение упростилось до способности растения адаптироваться к условиям своего обитания. Фактически речь идет о том, что глупое растение погибает, а умное процветает в одних и тех же условиях, да еще дает потомство.

Если вернуться назад, нетрудно заметить, что перечисленные Ийоном Тихим фантастические растения вполне обладают интеллектом в смысле Труаваса. Более того, присмотревшись к привычным нам растениям, можно и у них заметить перечисленные Тихим способности (осмысленные действия партнеров в симбиозе, поглощение и испускание звуков, излучений, охота методом проб и ошибок и так далее), за исключением разве что страсти к коллекционированию ушей. Хотя, если задуматься, какая-нибудь колючка, вроде воспетой Луи Буссенаром южно-африканской акации «Подожди немного», неплохо преуспевает в собирании коллекций лоскутов одежды, а то и кожи неосторожных путешественников.

Цель и средства

У австралийской исследовательницы Моники Гальяно из лаборатории биологического интеллекта Университета Южного Креста, сейчас главного мирового специалиста по проблеме фитоинтеллекта и автора идеи его использования при воспитании новых сортов, есть много соображений, как вывести проблему интеллекта растений на чистую воду. Попробуем с помощью ее работ разобраться, какие существуют доказательства, что растение обладает интеллектуальными способностями.

Есть ли у растения цель? А как же! Как у всякого живого существа, его цель — выжить в меняющихся условиях и дать потомство. Эта главная цель реализуется за счет мелких целей, например найти еду или партнера для получения потомства, обеспечить своим листьям максимальный комфорт для фотосинтеза, вступить в сообщество соседних растений для совместного освоения ресурсов и защиты.

Животные достигают подобных целей за счет достаточно сложного поведения, которое, в сущности, сводится к движениям. Принципиальное отличие растений состоит в том, что они, за редким исключением, лишены способности совершать заметные глазу движения, если это нечто более сложное, чем колебания листьев на ветру. Например, перемещения луковиц или переползание корневищ столь медленные, что человек практически их не замечает.

Поведение любого растения нам совершенно непривычно, ведь оно проявляется в непрерывном росте и развитии: корней, корневищ, побегов, листьев, цветков. Однако именно такое поведение и отвечает за достижение главной и промежуточных целей его жизни. Значит, за такими проявлениями поведения и надо проследить. Сделаем это на примере нескольких растений.

Возьмем важнейшую функцию — питание. У растения есть два органа для потребления пищи: корни, они добывают воду и минеральные вещества, и листья, воспринимающие солнечный свет для фотосинтеза. Есть, конечно, паразиты, например повилика, которая ничего не фотосинтезирует, но высасывает соки из других растений. Посмотрим, как она охотится.

Побег повилики, столкнувшись со стеблем любого другого растения, начинает его обвивать. Спустя четыре дня после обнаружения жертвы, повилика формирует присоски, которые проникают в ткань стебля и приступают к перекачиванию соков. Оказывается, повилика весьма разборчива и до проникновения присосок внутрь стебля уже знает, что он малосъедобен.

Опыт, который в 1990-м году поставил Колин Келли из Оксфорда выглядел так. Летом 1989 года он нарезал шесть сотен черенков с одного куста боярышника. После укоренения, из их числа отобрал 48 штук и поместил в тепличку. Весной 1990-го начались опыты. Растения разделили на 4 группы и каждую стали поливать раствором азотного удобрения разной концентрации. Когда саженцы подросли так, что разница в дозе удобрения стала заметна, к ним привязали побеги повилики и стали смотреть: станет она виться по боярышнику или отвергнет его. Всего прошло две серии опытов, то есть участвовало 96 побегов повилики. Результат был такой. По упитанным боярышникам, которых кормили максимальной дозой удобрения, вьюнки вились охотно: отвергли лишь 5 из 24 саженцев. А тощие боярышники повилике совсем не нравились: отвергнуто 15 из 24. Более того, чем питательнее жертва, тем больше оборотов вокруг нее делал вьюнок: оказалось, что существует линейная зависимость между длиной получающейся спирали и количеством питательных веществ. Интересно, что аналогичную зависимость наблюдают у змей: они тоже не накручивают на жертву лишние кольца.

Всего за пару часов повилика поняла, что подсунутый ей боярышник малопитателен и стала искать новую жертву. Верхние фото сняты с разницей 30, нижние — 20 минут. Proc. Natd. Acad. Sci. USA, 1992, 89, 12194

Интересные стратегии в борьбе за свет хорошо заметны у некоторых тропических растений. Например, у знаменитой шагающей пальмы из дождевых лесов Южной Америки корни практически не закопаны в землю, они образуют нечто вроде шатра, на вершине которого возвышается ствол. Функция такого устройства неясна, однако есть мнение, впрочем, ничем не подтвержденное, что пальма на таких корнях ходит: смещается за счет отмирания корней с одной стороны и их нарастания с противоположной. А передвигается пальма туда, где больше света. Во всяком случае, в 2004 году Энтони Труавас был уверен, что все происходит именно так, но он мог и ошибаться.

Зато интеллектуальное поведение тропических лиан сомнений не вызывает. Обычно растениям свойственен фототропизм: они тянутся к свету. Однако, достигнув вершины дерева, лиана пускается в поиск новой опоры для роста. Для этого она формирует побег практически без листьев, которому свойственен скототропизм, то есть стремление в темноту. Это естественно — новый ствол надо искать под пологом леса. А достигнув соседнего дерева, побег вновь стремится к свету и обрастает полноценными листьями.

Корневищные растения очень хорошо оценивают запасы питательных веществ в почве и в зависимости от оценки меняют свое поведение. На бедных почвах корневища истончаются, но растут быстрее, осваивая большую территорию и покрывая ее новыми побегами. При достижении участка с высокой питательностью, растение в нем закрепляется, осваивает его, формируя многочисленные корни, а на побегах экономит, но при этом некоторая часть корневищ устремляется в разные стороны для дальнейшей разведки.

Как видно, растение действительно способно к довольно сложному поведению, которое предполагает согласованное действие разных его тканей.

Сеть ощущений

А что у нас с органами чувств? То, что растения различают направление света или гравитационного поля, всем известно, ботаники называют это фото- и гравитропизмом. Благодаря таким чувствам побег тянется вверх и к свету, а корни вниз. Однако есть тут и нюансы. Тем же корням надо расти не просто вниз, а стремиться к запасам воды и минеральных веществ. Причем у корня, в отличие от стебля повилики или лианы, нет возможности использовать метод проб и ошибок: он растет только вперед, в крайнем случае, разветвляется. А на пути роста могут встречаться непреодолимые препятствия в виде камней. Как растение их преодолевает?

Оказывается, корень не только впитывает вещества из почвы, но и выделяет туда свою жидкость — экссудат. Ориентируясь на состав и динамику перемещения экссудата в почве, корень чувствует свое ближайшее окружение и может менять направление роста, например огибать камень, а не пытаться пройти сквозь него. Выходит, что этот экссудат служит корню своеобразным глазом, который позволяет оценивать обстановку.

У Моники Гальяно есть идея, что важным органом чувств растений служит сеть микоризы, оплетающая корни. Ее практически невидимые нити распространяются на десятки и сотни километров и фактически способны связать в сообщество все обитающие на этих просторах растения. Такая сеть очень похожа на гораздо более изученную сеть паука. Согласно современным представления, она являет собой орган чувств паука, вынесенный за пределы его организма. Из-за этого возникает немалая экономия сил, ведь сеть — это протяженный датчик, собирающий информацию не только о добыче, но и о мельчайших колебаниях воздуха, а работает он без малейших усилий со стороны хозяина. Ему же остается лишь анализировать поступающие сигналы, что требует гораздо меньших размеров мозга, чем если бы все датчики располагались в теле паука. Как растение обрабатывает информацию, поступающую от микоризы, пока неизвестно, но ботаники уже высказывают предположения, что благодаря ей растения оказываются способны на групповое поведение, и точно уверены, что с помощью микоризы они обмениваются веществами.

Вообще, взаимодействие растения и гриба поражает своей продуманностью. Известны опыты, в которых исследователи препятствовали перетоку минеральных веществ от гриба к дереву либо обратному перетоку продуктов фотосинтеза. Результат был удивительным: оба члена симбиоза прекрасно чувствовали, что партнер обманывает, и вводили рестрикции. Так, гриб, отказавшийся участвовать в общем деле, быстро подвергался санкциям: его отключали от поставок углеводов, потому что это становилось для дерева дорого, да и не нужно. Гриб, в свою очередь, в отношении дерева, если оно нарушило договор, тоже вводит санкции: перестает снабжать минералами. Получается, что два совершенно безмозглых существа ведут себя разумно, прекрасно понимая последствия и своих действий, и действий партнера.

Интереснейший феномен, показывающий связи между деревьями в лесу, — так называемые живые пни. Суть его состоит в том, что иногда пень срубленного дерева долгие годы живет практически полноценной жизнью — более-менее противостоит гниению, наращивает новые ткани, чтобы затянуть полученные при рубке повреждения. И при этом у него нет ни побегов, ни листьев, чтобы фотосинтезировать необходимые для жизни вещества. Впервые это явление ботаники зафиксировали 1833 году у пенька европейской белой пихты, затем феномен наблюдали и у других деревьев.

Дерево каури и давным-давно срубили и остался ничем не примечательный пень (слева). У корня видны следы топора (обозначено стрелкой слева внизу). Однако, присмотревшись, можно увидеть, что пень живет: у него нарастают новые ткани (стрелка на фото справа внизу), а старая древесина отгнивает (прежний ствол обозначен пунктиром). iScience 2019, 19, 1238–1243

В 2019 году новозеландские ученые из Оклендского технологического университета изучали феномен на примере пня хвойного дерева каури, а именно исследовали потоки воды в пне и в окрестных деревьях. С деревьями все понятно — вода поднимается от корней к иголкам, где испаряется; в результате устанавливается некое равновесие, зависящее от погоды. У пня нет иголок, он не может столь же эффективно испарять воду. Однако колебания влажности древесины пня были такими же, как и в соседних деревьях. Такое может быть, только если пень связан с соседями, например, за счет единой корневой системы, по которой идет переток воды.

Если так, то, значит, у растений, по крайней мере многолетних, имеется помимо микоризной сети еще и корневая сеть, и по ней тоже идет обмен различными веществами. Считается, что цель такого объединения — совместное освоение ресурсов. Однако само по себе создание сети требует врастания корней одних растений в корни других, что явно можно расценить как альтруизм: ведь приходится не только брать, но и отдавать ценные вещества.

Гул деревьев

Обмен веществами через сросшиеся корни — один из каналов коммуникации растений. Есть и другие. Достоверно установлено, что для надземных частей сигналами служат летучие вещества. Как растения их чувствуют, не очень ясно, однако зафиксировано, что при нападении гусениц на одно растение, оно посылает химический сигнал всем окружающим, и те стараются предпринять меры самозащиты, пытаются стать минимально съедобными, оперативно вырабатывая соответствующие вещества. Какие именно и с каким действием, не очень понятно, история изучения началась фактически в 2004 году. Удалось пока выявить рост производства жасмоновой, линоленовой кислот, тритерпенов. Как бы то ни было, если обработать неповрежденное растение летучими выделениями жертвы агрессии, то гусеницы их едят значительно менее охотно. Кроме того, такая обработка сама по себе вызывает новые сигналы тревоги. В результате над полем кукурузы, подвергшимся атаке, формируется облако летучих выделений. И на источаемый им запах слетаются осы-паразиты. Фактически кукуруза ведет себя как придуманный Лемом тепляк, только фата-моргана у нее имеет не тепловую, а химическую природу, да и «бар» оказывается настоящим. В ответ на атаку паутинных клещиков возможно образование сладких выделений на стеблях и листьях; такой псевдонектар привлекает хищных клещей, и они наносят ответный удар по травоядным вредителям.

А что у нас с фитоакустикой? Гальяно считает, что это очень перспективная область, в которой сделаны лишь первые шаги. В принципе растение, как и любое живое существо, постоянно издает звуки. Этот гул растения представляет собой шум в двух частотных диапазонах. Низкочастотный шум, 10–240 Гц, оказывается в пределах чувствительности человеческого уха, а ультразвук, 20–300 кГц, — вне его. Считается, что источником шума служат кавитационные пузырьки; они образуются и взрываются при высвобождении воздуха из движущейся по растению воды. Однако это лишь первое приближение. Если начать разбираться, то выяснится, что шум довольно структурирован, состоит из разнообразных звуковых последовательностей и не сводится к взрывам пузырьков воздуха. Вот лишь один из опытов по фитоакустике, его поставил Марио Пагано во время работы над диссертацией во Флорентийском университете в 2012 году.

Он изучал взаимодействие со звуками корней проростков кукурузы и выяснил два примечательных факта. Во-первых, кончики корней поворачиваются к источнику звука, причем не всякого: лучше всего эффект был заметен для низких звуков в диапазоне 200–300 Гц. А во-вторых, сами корни издают серии звуковых последовательностей, своеобразные щелчки (их фиксировали по вибрации поверхности корня, которую измеряли с помощью лазера по эффекту Допплера). Кто-то скажет: конечно, корни росли в воде, и они чувствовали ее механические движения при прохождении звука, оттого и реагировали, это никакое не распознавание звуков растением. И будет не прав, потому что в 2019 году исследователи из Тель-Авивского университета прямо доказали: растения действительно слышат звуки.

Чтобы убедиться в этом, они над цветком энотеры (мы ее знаем как ослинник, или ночная свеча) полминуты проигрывали запись жужжания насекомых, и спустя три минуты после этого сахаристость нектара возрастала с 16 до 20%. Это большое различие, не всякая пчела заинтересуется цветком, в нектаре которого лишь 15% сахара. А если пчел рядом нет, то зачем, в самом деле, растению расходовать силы, насыщая нектар сахаром? Из этого замечательного опыта сразу же следует не только способность растений каким-то удивительным способом слышать звуки, не имея ушей, но и еще и умение, получив звуковой сигнал, изменять свое поведение.

Находка израильских биофизиков, скорее, счастливая случайность, проблема же фитоакустики выглядит почти неразрешимой на нынешнем уровне знаний, ведь мало поймать звуковой сигнал, надо еще понять, кому он предназначен и что означает. Хорошо, если тот же проросток кукурузы в опытах Пагано сигнализирует соседям: здесь место занято, растите куда подальше, а если он имеет в виду что-то другое? И действительно, если звук — это сигнал «прочь!», то почему корешки тянутся к источнику звука, а не от него? Как видно, даже простейший опыт в этой области вызывает вопросы, на которые нет ответов.

Еще более загадочна способность растений излучать электромагнитные волны. Да и вообще, как оно может в принципе что-то излучать? Гальяно высказывает такое предположение. Не секрет, что мембраны клеток совершают постоянные колебания, а через проложенные в них каналы туда-сюда проходят сигнальные ионы, главным образом натрия, калия и кальция. Колебания мембран порождают звук, а движения ионов, коль скоро они ускоренно движутся через присущую мембранам разность потенциалов, — электромагнитные импульсы (скорее всего, в СВЧ-диапазоне). Если в каждой клетке эти процессы идут независимо от соседних, при сложении колебания станут подавлять друг друга и возникает маломощный шум — слабые акустические и электромагнитные поля, которые академик Ю.В. Гуляев и его коллеги на свою беду окрестили аурой, за что подверглись нападкам борцов с лженаукой. А вот если движения мембран большого числа клеток будут совпадать по фазе, а перемещения ионов — по времени, тогда порождаемые ими колебания при сложении станут не гасить друг друга, а усиливать как в лазере. Такое излучение и на расстоянии от организма будет достаточно сильным, чтобы его можно было заметить. Поиски излучений от растений, локализация их источников, обнаружение приемников — еще одна очень интересная задача для исследователей, способных к неординарным подходам.

Корни проростков кукурузы все как один тянутся к источнику звука частотой 200—300 Гц и при этом корни издают щелчки. Звездочкой обозначено место, куда светил лазер для измерения издаваемых корнем звуков. Trends in Plant Science, март 2012

Трудности обучения

Как видно с такими важными сторонами интеллектуальной деятельности, как способность к познанию ,к обмену сообщениями, у растений нет проблем, средства для этого имеются в избытке. А что с важнейшими проявлениями интеллекта? Есть ли опыты, демонстрирующие, что растения обладают памятью и способностью к обучению?

В сущности, в способности многолетних растений запоминать погодные условия прошедших лет и своевременно готовится к зиме, садоводы-любители практически не сомневаются. У каждого были случаи, когда саженец, выращенный в южном питомнике, вымерзал в Средней полосе до уровня снега. Однако с годами растение как-то привыкает к жгучим морозам и с каждым годом переносит зиму все лучше и лучше, не только не обмерзая, но и залечивая раны от былых морозобоин. Впрочем, это наблюдения, а не наука.

Про научный подход к памяти растений упоминает Труавас: действительно, адаптацию к местным условиям исследователи связывают с наличием у растений долговременной памяти. Есть память и кратковременная. Вот один из ярких и несложных опытов на эту тему.

Для читателей, забывших ботанику, напомним, что у многих растений в семени есть две семядоли. При прорастании они превращаются в два семядольных листа, а потом выше них формируется стебель с настоящими листьями. На всякий случай в пазухах семядольных листьев растение закладывает резервные почки. Если у проростка удалить верхнюю часть стебелька, то эти почки пойдут в ход: из них вырастут два полноценных побега. Но вот проколем один семядольный лист булавкой и через пять минут удалим оба листа; спустя несколько дней отрежем и основной побег, чтобы растение задействовало резервные почки. Удивительно, но в этом случае сработает только одна, та, что была у неповрежденного листа; второй побег не разовьется. Выходит, растение запомнило, что один из листьев был поврежден, хотя его уж давно нет, есть эдакая фантомная боль, из-за которой почка показалась менее полноценной. В общем-то, если покопаться в научной литературе, можно встретить немало занимательных опытов подобного рода.

Первый в XXI веке опыт по обучению растений в 2016 году поставила Моника Гальяно со своими коллегами из Оксфорда, Цюрихского университета и Университета Западной Австралии на гранты от университета и Австралийского исследовательского совета. Идея состояла в том, чтобы вырабатывать у гороха, как у собаки Павлова, условный рефлекс. Для этого использовали схему с лампочкой и вентилятором: растение приучали к мысли, что свет идет, скажем, оттуда же, откуда дует вентилятор, а потом проверяли, станет ли стебель расти по направлению к вентилятору, если свет выключить. То есть свет играл роль мяса для собаки Павлова, а вентилятор — роль звонка, по которому даже без мяса у собаки выделялся желудочный сок.

Выглядел же опыт так. Проросток гороха помещали в конструкцию вроде тройника водопроводной трубы в форме буквы Y. Растению предстояло выбрать, по какому отводку расти. Опыты проходили в темной комнате, чтобы у гороха не было никаких случайных ориентиров. А специальный ориентир ему давали следующим образом. Первой половине проростков в одном и том же отводке трубы устанавливали синюю лампочку и вентилятор, а второй — в разных. Предполагалось, что растения первой группы запомнят: свет идет оттуда же, откуда ветер, а второй — что с противоположной от ветра стороны, и расти будут в соответственном направлении.

В день проводили три тренировки по 90 минут, и каждый раз чередовали отводки, в которые устанавливали лампу или лампу и вентилятор: чтобы горох не привык расти в какую-то одну сторону. Тренировки продолжались три дня, и побегу оставалось пройти еще один сантиметр до разветвления. На следующее утро переходили к опытам, а еще через утро проверяли результат.

В опыте каждую группу делили пополам. С одной половиной, контролем, ничего не делали, и результат был предсказуем: все растения и в темноте направляли свой побег в тот отводок, откуда последний раз шел свет. В опытной группе свет тоже не включали, а вентилятор работал в том отводке, в котором при последней тренировке вентилятора не было. Зачем так делали? Чтобы обмануть горох и заставить его расти не в тот отводок, откуда шел последний свет. И обман удался: в двух случаях из трех (а в каждом опыте участвовало 20–30 растений) горох ориентировался именно на вентилятор, а не на последнее расположение лампочки; в той группе, где вентилятор соединяли с лампочкой, стебель входил в отводок с ним, а в другой — в противоположенный отводок. Выходит, что безмозглое растение оказалось даже умнее собаки Павлова: у нее выделение кислоты в желудке в ответ на сигнал звонка происходило рефлекторно, а горох в рекордные три дня научился строить логическую цепочку и предсказывать, где появится свет, ориентируясь на вентилятор.

Во время тренировок на горошек светили либо из того же отводка трубы, где был вентилятор, либо из противоположного. Затем половину растений оставили для контроля: растения стали расти туда, откуда последний раз шел свет. Другой половине включали вентилятор и большинство побегов направились туда, где ожидали включения света. eLife 2020;9:e57614

Опыт Гальяно оказался столь сильным шоком, что научное сообщество четыре года переваривало удивительную новость. Но вот в 2020 году аспирант Кейси Маркел из Калифорнийского университета в Дэвисе по собственной инициативе и без всякого финансирования решил воспроизвести опыт Гальяно. Однако не преуспел: ему удалось зафиксировать лишь слабую, статистически недостоверную тенденцию к обучению гороха. Правда, его опыт дал очень странный результат: в контроле побеги с равной вероятностью выбирали тот или иной отводок трубы, и не важно, откуда им светил последний свет.

Гальяно, похоже, нашла ошибки, о чем и сообщила в своей ответной заметке. Написала она примерно так. «Да, мы встречались с ситуацией, когда свет никак не влиял на выбор отводка; это связано с циркадным ритмом. Успех приносят только опыты, которые ставят тогда, когда растение считает, что у него день. Раз опыт проходит в темноте, манипулировать светом нельзя, и мы имитировали смену дня и ночи повышением и понижением температуры. Если опыт приходился на «ночь», никакого преимущественного выбора не было. Однако есть еще важный момент. У нас была комната площадью 5,3 м², и мы располагали в ней 20–30 растений на расстоянии 20 см друг от друга. А коллега поставил 70–95 растений в камере площадью 1,5 м². Очевидно, что при столь плотном расположении нельзя исключать паразитной засветки от соседей».

Наверное, полезно добавить, что Кейси Маркел нисколько не ботаник, а биохимик и имеет дело, скорее, с синтезом ДНК, чем с живыми растениями, поэтому некоторые нюансы могли от него и ускользнуть. Как бы то ни было, вопрос о способности растений к обучению остался открытым, ведь никто достоверного контрольного опыта с учетом выявленных ошибок пока не поставил.

Однако общая ситуация с интеллектом растений складывается так. У них, очевидно, имеются и инструменты познания окружающего мира, и средства коммуникации с сородичами, да и не только с ними, склонность к альтруизму. Есть намеки на то, что можно назвать памятью; не исключено, что есть способность обучаться. Если эти два намека будут надежно подтверждены, от признания растений интеллектуальными существами отделяет лишь предубеждение, что для интеллекта нужны мозги и нервная система. Если же это предубеждение отбросить, планета предстанет перед нами в совершенно ином свете. Правда, тогда придется задуматься о следующем вопросе: моральны ли растения; разговор об этом швейцарские биоэтики начали давным-давно, но оборвали на полуслове (см. «Химию и жизнь» 2017 №2). Это упущение когда-нибудь придется исправлять.