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植物有意识吗?科学探索感知与记忆

研究显示植物能传递危险信号、计数选择并发出超声波,甚至展现类似学习记忆的反应,这些复杂行为是否涉及意识仍待科学进一步探索。

研究显示,植物能传递讯息、记录刺激并发出超音波;这些反应是否涉及意识仍待进一步探索。(Ran/大纪元)文/Makai Elías Calles编译/卫泳

我们习惯把“感知”和“意识”视为人类及动物才具备的能力,并认为它们必须依赖大脑和神经系统。然而,植物展现出的交流、记忆和环境适应能力,正促使人们重新思考这一定义是否过于狭窄。

一场“测谎”实验引发的植物意识之问

1966年2月的一个晚上,测谎专家克利夫.巴克斯特(Cleve Backster)出于好奇,把测谎仪的电极接到一株植物上,然后为它浇水。仪器随即记录到植物的电讯号变化,曲线看起来与人类兴奋时的反应相似。

巴克斯特接着想烧掉一片叶子,观察植物会有何反应。然而,据他描述,还没划燃火柴,测谎仪的指针便突然大幅摆动,画出类似人类面对恐惧或压力时的曲线。

这一幕令他几乎想冲到街上大喊:“植物会思考!”

巴克斯特在《初级感知:与植物、活体食物和人类细胞的生物通讯》一书中记录了这些实验。他把观察到的现象称为“初级感知”,并认为感知可能不只存在于具有神经系统的生物,甚至可能出现在细胞层面。

不过,后续研究未能稳定重现他的实验结果,因此“植物具有意识”的说法没有获得主流科学界接受。但这不表示植物只是毫无反应的生命体。后来的研究逐渐发现,植物确实能感知环境、传递讯息,并根据外界变化调整自身反应。

植物如何传递危险讯号

植物没有神经元,却能以相当复杂的方式传递讯息,包括发出危险警报。

当毛虫啃食叶片时,植物会释放谷氨酸。谷氨酸也是人类神经系统中的神经传导物质;在植物体内,它会触发与受伤有关的讯号,使尚未受损的部位提前启动防御。

植物还会向外界发出警告。遭受虫害时,它们可能向空气中释放挥发性化合物;邻近植物侦测到这些化学物质后,也会开始准备抵御害虫。

1983年,美国华盛顿大学动物学家大卫.罗兹(David F.Rhoades)率先提出,受虫害的植物可能透过空气中的化学物质向邻近植物传递警讯。这个想法当时受到不少质疑,但此后已在三十多种植物中得到检验和重现。

2023年,日本研究人员拍摄到一株健康植物接收邻近受损植物所释放化学物质的过程。短短数秒内,健康植物体内便出现可观察的讯号变化,并由叶片向其它部位传递警报。

其它实验也显示,植物除了利用化学物质,还能透过电讯号传递资讯。这些发现说明,植物之间的交流比人们过去所了解的更频繁,也更复杂。

没有大脑也能计数与选择

捕蝇草(Venus flytrap)不会在第一次被碰触时立即闭合,而会等待短时间内的第二次刺激。

捕虫叶内侧长有细小的感应毛。第一次触碰不会使叶片闭合;若在15至20秒内再次受到刺激,叶片才会迅速合拢。这种机制可避免捕蝇草因雨滴等无关刺激而浪费能量。

即使捕虫叶已经闭合,捕蝇草也不会立刻分泌消化酵素。昆虫在里面挣扎时,会反复碰触感应毛;累积约五次刺激后,植物才会启动消化程序。

换言之,捕蝇草能在短时间内“记住”触碰次数,并作出不同反应。它没有大脑,却能完成类似计数和判断的过程。

豌豆根系也会根据环境作出选择。2016年发表于《当代生物学》(Current Biology)的一项研究,将同一株豌豆的根系分别引入两个花盆:一盆稳定提供养分,另一盆的养分忽高忽低,但平均供应量相同。

当稳定供应足以维持生长时,豌豆会把更多根伸向可靠的养分来源;当养分不足以维生时,它反而转向供应不稳定的花盆,承担风险,以争取获得足够养分。

研究人员把这种依生存条件调整选择的现象称为“风险敏感性”。也就是说,植物可能会根据环境,改变面对不确定性的策略。

植物缺水或受伤时会“发声”

植物在缺水或受伤时,还可能发出人耳听不到的声音。

2023年的一项研究发现,脱水或受伤的植物会发出可经空气传播的超音波“咔哒声”,并能由麦克风记录。例如,缺水的番茄植株每小时大约发出35次声响,健康植株则很少发声。

不同压力状态下产生的声音具有可辨识的特征,机器学习模型可以据此判断植物是缺水还是受伤。

研究人员推测,这些声音可能来自“空化”现象,也就是植物输水组织内气泡的形成与破裂。虽然人类无法直接听见,但某些昆虫和动物可能听得到。

初步证据显示,飞蛾或许会参考这类声音,避开受压植物,选择较健康的植株产卵。因此,人类耳中安静的林地,对其它生物而言可能充满声响。

含羞草能否学习和记忆

含羞草(Mimosa pudica)受到碰触时会合拢叶片。2014年,研究植物行为与认知的进化生态学家莫妮卡.加利亚诺(Monica Gagliano)和团队,测试含羞草能否“习惯”无害刺激。

研究人员让盆栽从低处落到软垫上,不会伤害植物。起初,含羞草每次落下都会合拢叶片;重复数次后,反应逐渐减弱,最后不再合拢,似乎已辨认出刺激没有危险,无须耗费能量防御。

面对另一种陌生刺激,含羞草仍会合拢叶片,显示先前停止反应并非出于疲劳。数周后再次测试时,它似乎仍保留原有的反应模式。研究团队因此提出,某些类似学习和记忆的反应,未必一定需要大脑和神经元。

2016年,团队又参考巴甫洛夫的条件反射实验,以微风提示灯光可能出现的方向。部分豌豆后来会朝风吹来的方向生长,似乎在等待光照。

不过,植物联想学习的研究争议较大,后续实验也未能一致重现。这些结果尚不能证明植物具有和动物相同的学习能力,更不足以确认植物拥有意识。

植物的复杂反应算不算意识

很少有研究人员否认植物能感知环境、进行化学交流、传递电讯号,并根据环境变化调整生长。真正的争议是:这些能力能否被称为“智慧”或“意识”?

2006年,一群研究人员试图建立“植物神经生物学”领域,却遭到强烈反对。批评者指出,植物没有神经元或神经系统,因此用“神经生物学”描述植物容易造成误解。这一领域后来改以较少争议的名称继续研究。

遗传学家丹尼尔.查莫维茨(Daniel Chamovitz)认为,科学只能研究可以检验和证伪的事物;“智慧”的定义过于主观,很难直接用科学方法验证。

研究植物行为的史特凡诺.曼库索(Stefano Mancuso)则提出另一种理解:智慧未必一定集中在大脑中。植物根系可被视为一个分散式网络,由许多生长点共同感知水分、化学物质、重力和障碍,随后调整方向,解决生存问题。

依照这种观点,植物与人类虽然具有完全不同的身体结构,却可能采用某些相似的策略,接收资讯、协调反应并适应环境。

如果一开始就把意识定义为“由大脑产生的现象”,那么“没有大脑的生物不具备意识”便只是重复原有定义,而非透过研究得出的结论。问题或许不只是植物有没有意识,也包括人类应如何理解意识。

重新思考植物与意识的关系

大约二千四百年前,亚里士多德(Aristotle)并不认为植物具有和人类相同的意识,但也没有把植物视为被动、无生命的物体。他用“植物灵魂”描述植物内在的生长和生存原则。这里所说的“灵魂”并非思想或情感,而是生命自我维持和发展的能力。

中国古典思想中的“自然”,也不只是现代所说的自然环境,其含义更接近“自然而然”或“从自身本性展开”。根寻找水源,叶片朝向阳光,不必假定背后存在一个像人类那样思考的主体;植物顺应自身特性生长和调整的能力,就体现在这个自然展开的过程中。

现代讨论往往只留下两个选项:植物要么是近似机械的物体,要么具有像人类一样的心智。然而,在这两者之间,或许还存在尚未被充分理解的生命形式和感知方式。

巴克斯特一生相信植物拥有不为人知的内在世界。后来的研究未能证实他的核心主张,但他提出的问题至今仍未得到确定答案:植物是否具有某种人类尚不了解的感知形式?

植物或许没有意识,也可能具有某种与人类完全不同、目前尚难理解的感知方式。到目前为止,科学仍未给出确定答案。

原文 Do Plants Have Consciousness?刊于英文《大纪元时报》

责任编辑: 宁成月  来源:大纪元 转载请注明作者、出处並保持完整。

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