植物感覺得到痛?植物到底有沒有意識

【為什麼我們要挑選這篇文章】一直以來,植物的感知能力一直是學界熱烈討論的問題之一。植物因為無法移動,培養出了比人類更敏感的環境感應能力,以利其生存。這篇文章提出一對相反的論點,討論植物到底是不是一個敏感、有意識的生物。(責任編輯:呂威逸)

隨著技術的發展,人工智慧已經不是什麼新鮮事了,從 AlphaGo 閃亮登場開始,現在 AI 已經滲透進了我們的日常生活中。

智能音箱、掃地機器人,甚至是出門搭計程車,AI 正在使我們的生活變得越來越便利。

但是你是否思考過,佔到了地球生物量 80% 以上的植物是否具有這種「智能」?

其實,這也是好幾個世紀以來,科學家們一直爭論的焦點。過去,植物一直被視為無生命和被動的物體,研究人員甚至創造了「植物失明(plant blindness)」一詞來稱呼這種認知偏見,它也在我們的意識中將植物與其他生命體區分開來,也就低估了植物的重要性。

如今,隨著新生物技術使科學家能夠研究基因表現,過去 40 年內植物研究蓬勃發展,科學家們這才發現植物是怎樣真實地活著的。儘管這條新的啓示改變了我們對植物能力的認識,但是植物能否被視為是有感覺的仍然存在爭議。

接下來,就和文摘菌一起看看,古往今來的科學家都是如何根據實驗提出自己的有效論據的。

正方激辯:在植物身上發現了動物中少見的認知能力

布里斯托大學的植物生物學家 Claire Grierson 說:「我認為這理所當然是肯定的。它們是極其複雜的生物,一直在很好地適應周圍的變化。我們可以從植物上學到很多哲學方面的東西。」

關於植物認知的科學研究,最早可以追溯到達爾文將植物的根與人的大腦進行比較。

從那時起,全世界的研究人員就競相模仿,從 20 世紀 70 年代頗有爭議的《植物的秘密生活》(Secret Life of Plants)的出版,該書認為植物可以讀懂人類的思想,到 2013 年 Daniel Chamowitz 的《植物知道生命的答案》(What a Plant Knows)一書的出版,該書探索了植物敏銳的感知是如何幫它們瞭解世界的,期間相關研究始終沒有中斷過。

儘管植物沒有中樞神經系統,但一些研究人員正在探索植物學中的神經生物學領域。義大利佛羅倫斯的植物神經生物學國際實驗室(LINV)認為,擁有大腦不應該是智力的先決條件。LINV 網站上寫道,「我們堅信,植物中的看起來很像動物的學習、記憶、決策和智力等的行為,也都應該用同樣的詞來定義。」

佛羅倫斯大學植物學教授、LINV 實驗室主任 Stefano Mancuso 認為,植物具有意識。Mancuso 在關於植物意識的案例研究中表明,這取決於他們瞭解自己的存在、周圍環境以及時間流逝的證據。

他引用了著名的物理學家 Michio Kaku 的話並指出,如果意識是建立自己與空間、他人和時間之間關係的模型的能力,那麼植物就必須具有意識。因為他們對化學和物理刺激是敏感的,對他們的競爭對手以及彼此之間是敏感的。Mancuso 在他的著作《La Nazione Delle Piante》(「The Nation of Plants」)中寫道,植物甚至應該享有權利,文中他為「這個星球上唯一的、真實的和永恆的國家」起草了八篇植物憲法。

雪梨大學植物行為研究員 Monica Gagliano 對植物意識進行了有趣但頗具爭議的研究。2014 年,Gagliano 測試了含羞草(綽號「怕羞草」或「感應草」)在多次錯誤警報後改變對威脅(捲曲葉子)的相應的能力。研究人員反復拋下該植物,直到最終植物「學習」到沒有真正的威脅並停止捲起葉子(至少在研究小組的解釋中)。

這項研究表明,植物在實驗後的幾個月內都保留了這項習得的信息,體現出比某些動物更長的記憶力。2016 年,Gagliano 還進行了一項研究,研究表明豌豆能夠進行聯想學習,即根據關聯的提示進行預測,這是一種在動物中都少見的複雜認知能力

但是,一些科學家對 Gagliano 的發現有不同的解釋。例如,植物的敏感性降低是出於學習以外的原因,比如過度刺激,並提出含羞草實驗尚未被複製。如果研究人員傾向於將植物視為有智能的(或無智能的),該傾向則會影響他們對研究結果的解釋,由此植物神經生物學遭到了科學界的一些成員的嚴厲批評。

反方反駁:把動物性詞彙用於植物這種行為本身就具有誤導性

誠然,並非所有學者都喜歡將人與植物進行比較。去年,一組科學家發表了一篇徹頭徹尾地激怒了學界的論文,挑戰了日漸普及的植物具有意識的觀點。標題就說明了一切:「植物既不擁有也不需要意識。(Plants Neither Possess nor Require Consciousness.)」

該論文寫道:「在聲稱植物具有意識的同時,『植物神經生物學家們』一直去掩蓋,為了形成意識,大腦必須達到的複雜結構和功能進化的顯著程度。」

這項研究的主要作者,來自加州大學聖塔克魯茲分校的生物學家 Lincoln Taiz 表示:「沒有證據表明植物需要且因此進化出了生存或繁殖所需的高能量消耗的心智,例如意識、感覺和意向性。

對於某些人而言,意識可以歸結為語義。無論我們使用的詞語是機智的、智慧的還是聰穎的,甚至是有意識的、深思熟慮的,這都歸結為我們人類希望通過這些詞語來傳達的意思和我們對此的解讀。

Grierson 說:「根據你自己對意識或智能的定義,你可以定義植物做什麼、也可以定義它們不做什麼。植物利用其大部分基因來感知環境、做出對自己最好的決定並採取行動。我不能說這就是『意識』或是『智能』,但這肯定是複雜而有趣的。」

一些研究人員認為,嘗試將動物詞彙應用於植物的這一行為本身是具有誤導性的。

密蘇里大學的生物學家 Mannie Liscum 說:「儘管我們可以將後生動物的行為(metazoan behaviors)和『意識』進行許多類比,但植物行為與動物行為是完全不同的。這並沒有減弱植物研究迷人程度,將植物擬人化也是完全沒必要的。」

他認為,諸如「植物神經生物學」之類的短語對於教學而言是「很好的、可愛的術語」,也是很好的隱喻,但它們可能具有欺騙性:植物不能具有神經生物學,因為它們沒有神經元。Liscum 說:「我認為,一旦植物被賦予了像動物或人類一樣的思維能力,那反而會使很多很複雜、很酷的植物消失,對吧?」

諸如認知、智能和意識等詞語是人類用來描述人類能力的。華盛頓大學植物科學家 Elizabeth Van Volkenburgh 說:「其實將這些詞用在植物上可能並不是一個好主意,因為植物本來就沒有和我們做同樣的事情。」曾擔任植物信號與行為學會主席的 Van Volkenburg 認為,「智能」一詞可以用「適應性行為」來代替。

實際上,植物出色的複雜性在於它們感知自己所處的環境並以最有效的方式適應的才能,和它們由於無法站立、逃避威脅和尋覓食物而幾千年來發展起來的技能。各項研究已發現證據表明,植物可以分辨時間和感知溫度、濕度、雨水、磁場、風、陰影、酸度、在地上或地下的競爭和受到的攻擊等,而且它們可以通過基因表現和化學變化,使用大量細胞外和細胞內的信號對所有這些輸入做出響應。

Liscum 說:「講真的,植物要比大多數動物對環境敏感得多。而它們也必須如此,因為每一個信號可能都至關重要的。」

Van Volkenburg 表示,雖然人類有 5 種感官,但植物可能有多達 20 種,甚至可能比 20 要「多得多」。比方說,植物具有嗅覺,但是如果我們要數數植物可以識別出多少種不同的揮發性化合物、它們又可以從中得到什麼信息以及它們會如何作出響應,那麼這可能會有數百種之多。實際上,植物實際上是通過感知並向空氣中釋放揮發性化合物和接收並向土壤中釋放可溶性化合物來互相交流的,例如:它們通過感知鄰居釋放的乙烯來判斷其是否成熟,進而協同成熟。剛割過的草散發的氣味實際上是一種求救信號。

植物通過識別物理接觸和對化學物質作出反應來感知威脅和危險。2019 年 10 月隆德大學的一項研究證實了先前的相關研究:植物因接觸而受到「壓力」,釋放出修復損害的化學物質,如茉莉酸、吉貝素和鈣。

隆德大學的植物生物學家 Olivier Van Aken 表示,即使只是噴灑水,也會使阿拉伯芥植物的全基因組發生變化。他說,「被噴灑水後,該植物體內數以千計的基因表現會在 20 分鐘內增加,其中大多數會在治療一小時後回落。這就像是警鐘響了。」研究還表明,某些植物在感覺到毛毛蟲對附近植物的咀嚼引起的振動時,會啟動體內的化學防禦,例如改變硫代葡萄糖苷和花色素苷的水平。

東京科學大學 2020 年 5 月的一項研究表明,一些植物(阿拉伯芥,煙草和豇豆(豆角))還會分析天敵的分泌物,例如葉上毛毛蟲的唾液。該論文的主要作者 Gen-ichiro Arimura 教授表示,植物會感知來自捕食者的特定分子並做出相應反應。

在玉米幼苗的例子中,該反應就是釋放出吸引寄生的黃蜂(毛毛蟲的敵人)的分子來將捕食者趕走。Arimura 教授說:「所有生物都必須採取偉大的策略,使其能夠存活數千或數百萬年,否則他們將被滅絕。因此,我更想說『不能移動的植物是強壯的』,而不是『它們是智能的』。」

植物的表觀遺傳記憶,類似人類的文化記憶

實際上,我們可能很難證明植物是否可以學習和記憶或有目的地不學習和遺忘,但是一些研究人員認為,植物刻在基因裡的「表觀遺傳記憶(epigenetic memory)」足以使其應付許多存在回憶裡的情況。表觀遺傳記憶被用來將信息傳遞給後代,可以說類似於文化記憶在人類中的作用。

2020 年 5 月的一項研究發現,當植物產生種子時,它們會清除蛋白質,從而清除蛋白質攜帶的有關親本所經歷的惡劣環境條件(例如寒冷)的信息,從而使種子能夠遷移到新的環境中並無縫適應。植物的遺傳系統會大致記住需要遺忘的東西。

2011 年發表的論文《植物科學研究中的 100 個重要問題》的主要作者 Grierson 認為,在她對該報告進行審核的十年間,很多事情已經完全改變了。Grierson 說:「儘管我們已經取得了很大進步,但我們經常會發現一個新的問題,要麼我們根本不知道它的到來,要麼它比我們預期的要重要得多。」

隨著新技術和研究策略在植物研究中的使用,關於植物智能的爭論可能會被解決、也可能會被激化,因為科學家需要去解釋愈來愈複雜的數據。隨著研究人員對新型分子、基因、影像和人工智能技術的研究,植物科學界可能會出現更多問題。

最大的障礙可能仍然是我們人類的偏見:我們總是看到我們想要看到的東西,無論它是一個敏感的、有意識的生物,還是僅僅是一條美麗的化學反應鏈。

資料來源:Is Plant ‘Intelligence’ Just a Human Fantasy?

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈計算機都擁有「智能」了,「植物智能」還只是人類的幻想嗎?〉;首圖來源:大數據文摘

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