Kysymys "Ovatko kasvit älykkäitä?" on sekä tieteellisesti perusteltu että kiistanalainen. Kaikki riippuu siitä, miten määrittelet älykkyyden. Jos älykkyys tarkoittaa kykyä havaita ympäristöä, integroida tietoa, mukauttaa käyttäytymistä ja ratkaista ongelmia: viimeisten kahdenkymmenen vuoden tutkimus on kerännyt vankkaa näyttöä siitä, että kasvit tekevät kaiken tämän ilman hermoja ja aivoja. Jos älykkyys tarkoittaa tietoisuutta, subjektiivisuutta, kykyä kokea asioita: tiede on tässä paljon varovaisempi ja keskustelu jatkuu edelleen. Kasvien neurobiologia (kasvien signalointi ja käyttäytyminen) on tieteenala, joka tutkii näitä ilmiöitä. Se perustettiin virallisesti vuonna 2005 Plant Signaling and Behavior -seuran perustamisen myötä, ja se on herättänyt runsasta ja joskus kiivasta keskustelua tieteellisessä yhteisössä. Tieteenalan perustajiin kuuluvat Stefano Mancuso (Firenzen yliopisto) ja František Baluška (Bonnin yliopisto): heidän työnsä toi kasvien älykkyyttä koskevan kysymyksen laboratoriosta julkiseen keskusteluun, ei ilman kiistoja.

Mitä kasvit tekevät, mikä muistuttaa älykkyyttä

Kasvit osoittavat käyttäytymistä, jota eläimessä kutsumme epäröimättä älykkyydeksi. Useiden ympäristösignaalien integrointi: tomaattikasviin hyökkäävä toukka lähettää samanaikaisesti mekaanisia signaaleja (lehtien fyysinen vaurioituminen), kemiallisia signaaleja (toukkien sylki), valonsignaaleja, ja kasvi integroi ne tuottaakseen monimutkaisen puolustusvasteen: ilmarakkojen sulkeminen, tanniinien ja muiden puolustusaineiden tuottaminen, signaalien lähettäminen vielä hyökkäämättömille lehdille. Tämä moniaistinen integrointi on yksi sopeutuvan älykkyyden perusosista. Kontekstiin perustuva päätöksenteko: vehnäkasvissa heikossa valossa investoi enemmän pitkään, ohueen varteen (valon saavuttamiseksi) ja vähemmän juuriin. Sama kasvi kuivuusolosuhteissa investoi enemmän syviin juuriin. Tämä resurssien sopeutuva jakaminen on eräänlainen kontekstiin perustuva päätöksenteko. Tarkka kommunikaatio sopeutuvin vastauksin: yöllä hyökkäävää perhosen toukkaa vastaan maisinkasvit vapauttavat haihtuvia yhdisteitä, jotka houkuttelevat parasitoidisia ampiaisia – toukkien luonnollisia vihollisia. Se "pyytää apua" tarkalla ja valikoivalla tavalla tietystä liittolaisesta. Yli 1 700 kommunikatiivista funktiota omaavaa haihtuvaa yhdistettä on dokumentoitu kasveissa. Spatiaalinen ongelmanratkaisu: juuret navigoivat maaperässä kiertäen esteitä, löytäen polkuja veteen ja ravintoihin kemiallisten, fyysisten ja sähköisten gradienttien kautta. Tämä spatiaalinen navigointikäyttäytyminen on aivoilla varustetuissa biologisissa järjestelmissä näyttö älykkäästä spatiaalisen tiedon käsittelystä.

Sähköiset signaalit kasveissa: analogia hermosignaaleihin

Yksi kasvien neurobiologian kiistanalaisimmista argumenteista on sähköisten signaalien olemassaolo kasveissa, jotka muistuttavat eläinten hermosolujen toimintapotentiaaleja. Näyttö: eläinten toimintapotentiaaleja muistuttavia sähköisiä potentiaaleja on mitattu kasveissa 1800-luvulta lähtien (Jagadish Chandra Bose, 1900). Kuuluisin esimerkki on Mimosa pudica (herkkä kasvi): koskettaessa sähköinen signaali kulkee nopeasti varren läpi, aiheuttaen lehtien sulkeutumisen kymmenesosissa sekunnissa. Samankaltaiset sähköiset signaalit kulkevat kasvien läpi vastauksena vaurioihin, lämpötilan muutoksiin ja kasvinsyöjien hyökkäyksiin. Siirtymisnopeus (1-10 cm/sekunti) on paljon hitaampi kuin eläinten hermosignaalit (1-100 m/sekunti), mutta se on todellinen ja dokumentoitu elektrofysiologisilla tekniikoilla. Glutamaatti kasvien "neurotransmitterina": Toyota et al. (Science, 2018) tekemä merkittävä tutkimus osoitti, että Arabidopsis thaliana -kasveissa (botaniikin hedelmäkärpänen: tutkimuksen mallilaji) lehtien vaurioituminen aktivoi glutamaattiaaltoa, joka leviää nopeasti kasvissa glutamaattireceptorien välityksellä (homologisia eläinten hermosolujen reseptoreihin). Glutamaatti on eläinten hermoston pääasiallinen eksitatorinen neurotransmitteri: se, että sama molekyyli samankaltaisella funktiolla esiintyy kasveissa, on syvällisiä seurauksia.

Tieteellinen keskustelu: ketkä kyseenalaistavat kasvien neurobiologian

Kasvien neurobiologia ei nauti yksimielisyyttä tieteellisessä yhteisössä. Pääasialliset kriitikot esittävät seuraavia huomioita: antropomorfismin ongelma – termien kuten "älykkyys", "muisti", "oppiminen" ja "käyttäytyminen" käyttäminen kasveista katsotaan monien kasvitieteilijöiden mielestä harhaanjohtavaksi, koska se viittaa eläinten mentaalisiin prosesseihin, joille ei ole perustetta. Kasvien biokemialliset prosessit ovat monimutkaisia, mutta pohjimmiltaan erilaisia kuin eläinten neurobiologia. Laskennallisen substraatin puute – älykkyys (vahvassa mielessä) vaatii järjestelmän, joka pystyy käsittelemään tietoa joustavasti ja nopeasti. Kasvien verisuoniverkostot ja kemialliset signalointijärjestelmät toimivat tuntien tai päivien viiveillä, eivät hermoston millisekuntien viiveillä. Evoluutionaalinen tehokkuus ilman älykkyyttä – kasvien sopeutumisen monimutkaisuus voidaan täysin selittää luonnonvalinnan suosimilla monimutkaisilla biokemiallisilla vasteilla ympäristön ärsykkeisiin, ilman että tarvitsee olettaa mitään keskitettyä tiedonkäsittelyä. Vuonna 2007 33 kansainvälisesti tunnettu kasvitieteilijä allekirjoitti kriittisen artikkelin Trends in Plant Science -lehdessä, jossa väitettiin, että kasvien neurobiologian terminologia on harhaanjohtava eikä ole tietojen mukaista. Kasvien neurobiologien vastaus: terminologinen keskustelu on paikallaan, mutta kuvatut ilmiöt (sähköiset signaalit, käyttäytymisen muisti, tarkka viestintä, spatiaalinen ongelmanratkaisu) ovat todellisia ja vaativat tieteellistä selitystä. Niiden kutsuminen muilla nimillä ei tee niistä katoavat.

Stefano Mancuso ja italialainen koulu: globaali panos

Stefano Mancuso, kasvien neurobiologian professori Firenzen yliopistossa ja kansainvälisen kasvien neurobiologian laboratorion (LINV) perustaja, on italialainen tutkija, jolla on suurin kansainvälinen näkyvyys tällä alalla. Hänen merkittävimmät tieteelliset panokset: juurten apikaalisten vyöhykkeiden olemassaolon osoittaminen, joilla on aivojen kaltainen tehtävä juurten käyttäytymisen ohjaamisessa (Mancuso, Viola, Plant Signaling and Behavior, 2008), sähköisen viestinnän olemassaolon todistaminen kasveissa nopeana tiedonsiirtojärjestelmänä koko kasvin kehossa, tutkimukset juurten kognitiosta hajautettuna navigointijärjestelmänä. Hänen populaaritieteelliset kirjansa (Verde Brillante: Sensibilità e Intelligenza del Mondo Vegetale; Plant Revolution; The Revolutionary Genius of Plants) ovat tuoneet kasvien neurobiologian suurelle yleisölle yli 30 maassa. Firenzen LINV tekee yhteistyötä NASAn kanssa kasvien viljelystä avaruudessa ja ESAn kanssa kasvien käyttäytymisen ymmärtämisestä mikrogravitaation olosuhteissa. Italialaisen kasvien neurobiologian koulun kansainvälinen tieteellinen näkyvyys on suhteettoman suuri verrattuna kansallisen tieteellisen yhteisön kokoon – harvinainen esimerkki italialaisesta akateemisesta huippuosaamista, joka tunnetaan maailmanlaajuisesti.

Hajautettu älykkyys: kasvien malli

Yksi kasvien älykkyyden kiehtovimmista piirteistä on sen hajautettu luonne. Eläimellä on keskitetty aivot, jotka käsittelevät tietoa ja lähettävät käskyjä kehoon. Kasvilla ei ole keskusta: jokainen kasvin kehon osa pystyy suhteellisen itsenäisesti havaitsemaan, reagoimaan ja sopeutumaan. Hajautettu malli tarjoaa poikkeuksellisia evoluutionaalisia etuja: vaurioiden kestävyys (kasvinsyöjä voi syödä 90 prosenttia kasvista tappamatta sitä: mikään eläin, jolla on keskitetyt aivot, ei selviä 90 prosentin aivovaurioista), skaalautuvuus (sama "älykkyys" toimii 5 cm:n Arabidopsisissa ja 100 metrin, 2000 vuotta vanhoissa Sequoia-puissa), moduulisuus (jokainen elin on toiminnallisesti itsenäinen: lehti "päättää" sulkea ilmahuokunsa kuivuuden seurauksena, vaikka se olisi irrotettu kasvista). Tämä hajautetun älykkyyden malli on se, mitä tekoälyn insinöörit yrittävät toistaa moniagentti-järjestelmissä ja hajautetuissa neuroverkkoissa. Kasvit ratkaisivat tämän optimointiongelman miljoonien vuosien ajan ennen kuin hermot edes olivat olemassa.