Tanken att växter "fattar beslut" kan verka antropomorf eller vetenskapligt tveksam. Ändå använder forskare inom växtneurobi­ologi i allt större utsträckning termer som "beslutsfattande", "avvägning" och "strategi" för att beskriva växtbeteenden som dynamiskt anpassar sig till miljöförhållandena. Det handlar inte om att tillskriva växter medvetande – det handlar om att erkänna att deras molekylära signalsystem producerar komplexa adaptiva svar som funktionellt liknar val.

Resursfördelning: Det grundläggande beslutet

Resursfördelningsbeslutet är det grundläggande "problem" som varje växt måste lösa dagligen: hur mycket ska investeras i tillväxt (löv, stjälkar, rötter), reproduktion (blommor, frukter, frön), försvar (gifter, taggar, avskräckande ämnen) och reservackumulering (stärkelse, fetter). Tillgängliga resurser (ljus, vatten, näringsämnen, kol som fixeras genom fotosyntes) är alltid begränsade, och olika fördelning producerar helt olika adaptiva resultat. De molekylära mekanismerna bakom fördelningsbeslut: sackaros (socker som produceras genom fotosyntes i löven) är den viktigaste signalen som kommunicerar energiöverflöd mellan vävnader. Växthormonernas signalvägar (auxin, cytokininer, gibberellin, abscisinsy­ra, jasmonate) kommunicerar behov och möjligheter för tillväxt, försvar och reproduktion till olika vävnader. TOR-kinassystemet (Target of Rapamycin): en kinase (enzym) som är högt konserverad genom evolutionen från jäst till däggdjur till växter, som integrerar signaler om närings- och energiöverflöd för att reglera celltillväxt. Växter "vet" hur många resurser de har genom detta molekylära system och reglerar tillväxten därefter.

Riktad tillväxt: Att besluta vart man ska växa

Växtrötter växer genom en "navigerings"-process som integrerar flera sensoriska gradienter för att välja den optimala växtriktningen. Signaler som integreras i roternas riktningsbeslut: gravitation (gravitropism: rötter växer alltid nedåt, orienterade av statolitavsättning i rotspetsens plastider), fuktighet (hydrotropism: rötter växer mot fuktigare markzoner, detekterar fuktighetgradienter genom akvaporinkanaler), näringsämnen (kemotropism: rötter växer mot zoner med högre koncentrationer av kväve, fosfor, kalium, detekterade genom specifika receptorer i rotspetsen), fysiska hinder (tigmotropism: rötter avviker runt hinder, "känner" markens mekaniska motstånd), kemiska signaler från andra växter och symbios (rötter växer mot kemiska signaler (strigolaktoner) från mykorrhiza och kvävebindande bakterier som de kommer att bilda fördelaktig symbios med). Rotspetsens övergångszon: Monica Gagliano och Frantisek Baluska föreslog att övergångszonen (mellan apikalmeristemzonen och förlängningszonen) är där dessa flera signaler integreras och där "beräkningen" som bestämmer växtriktningen sker, funktionellt analogt med hjärnan i djurbeteende.

Blomningbeslutet: Timing och resurser

Blomning är kanske det mest komplexa "beslutet" i en växts liv: det signalerar tidpunkten för att investera i reproduktion, offra vegetativ tillväxt och ofta överlevnad själv (monokarpiska ettåriga växter dör efter blomning och fruktbildning). Blomma för tidigt: risk för senfroster, otillgängliga pollinatörer, otillräckliga resurser för att slutföra fröutveckling. Blomma för sent: risk att frön inte mognar före vintern, konkurrens med andra individer, förlust av det optimala pollineringsfönstret. System som reglerar blomningsbeslutet: fotoperiod (dagslängd): växter mäter fotoperiod genom fitokromer (röd/långvågigt rött ljusdetektorer) och kryptokromer (blått ljusdetektorer). Långdagsväxter (som vete) blommar när nätterna är kortare än ett kritiskt värde (sommar), kortdagsväxter (som ris) när nätterna är längre. Vernalisering (exponering för vinterkyla): många växter "minns" att de upplevde vinter genom en epigenetisk mekanism (vernalisering: metylering av FLC-genen som undertrycker blomning) och först efter denna "kallminneskod" är de kompetenta att blomma på våren. Interna resurser (FT-protein: Flowering Time): den integrerande blomningssignalen som reser från löven (där fotoperiod och temperatur uppfattas) till meristemspetsen, där den aktiverar blomningsprogrammet. Om resurserna är otillräckliga (svår torka, näringsstress) kan denna signal undertryckas.

Tillväxt-försvar-avvägningen: Ett grundläggande beslut

En av de mest studerade avvägningarna inom växtbiologi är den mellan tillväxt och försvar. Växter kan inte samtidigt maximera tillväxt och produktion av giftiga försvarämnen: resurser som används för att syntetisera nikotin, glukossinolater, tanniner kan inte användas för att bygga ny vävnad. Tillväxt-försvar-avvägningteorin förutsäger att i miljöer utan växtätare (eller med färre växtätare) investerar växter mer i tillväxt på försvarets bekostnad. I miljöer med många växtätare är investeringen i försvar större. Hur tillväxt-/försvarallokeringen "beslutas": jasmonate (JA) är huvudförsvarshormonen: aktiverad av växtätarattack omfördelar den resurser från tillväxt till försvar genom att inaktivera gibberellinvägen (som främjar tillväxt). Växter som växer under otillräckliga ljusförhållanden (skuggflykt) accelererar längdtillväxten (för att komma ut från skugga) samtidigt som de minskar kemisk försvarproduktion: ett "beslut" att prioritera tillväxt framför försvar drivet av det omedelbara behovet av ljus för fotosyntes. Denna avvägning har viktiga agronomiska konsekvenser: grödor i tät monokultur investerar mycket i tillväxt på försvarets bekostnad → större sårbarhet för patogener och växtätare → större behov av bekämpningsmedel.

Rötter och markval: Anmärkningsvärda experiment

Några experiment om rotval mellan olika marktyper visar överraskande adaptiv kapacitet. Falik et al. (2011)-experimentet: ärtväxter hade ett val mellan två krukor med substrat av olika näringskvalitet. Rötter växte företrädesvis mot den näringsrikare krukan. När den rika krukan redan var "ockuperad" av rötter från en annan växt (en konkurrent) drog ärtröterna tillbaka tillväxten från den krukan och koncentrerade sig på den andra. Växten "kände igen" konkurrenten och modifierade sin växtstrategi. Experimentet om rötter och underjordiska växtätare: Karban et al. (2015) visade att artemisiavöxternas rötter växer bort från markzoner med höga koncentrationer av rotätande växtätarinsekter (rizofager), detekterar deras kemiska signaler före kontakt. Ett "förebyggande flykt". Rotletande (Hodge et al., 2004): när en kvävrik markfläck detekteras av en rot producerar växten lokaliserad proliferation av laterala rötter precis i den zonen ("rotproliferation i näringsfläck"), medan rötter i fattiga zoner växer rakare och snabbare för att söka nya fläckar. En strategi för "exploatering + utforskning" liknande den som observeras i djurs letande efter föda.

Filosofiska implikationer: Vad betyder "att fatta beslut" utan neuroner

Växternas kapacitet att producera komplexa, målmedvetna adaptiva svar öppnar en djup filosofisk fråga: kräver "beslut" nödvändigtvis medvetande och neuroner? Växtneurobi­ologins ståndpunkt (Baluska, Mancuso, Trewavas): växter har ett distribuerat (inte centraliserat) informationsbehandlingssystem som producerar komplexa adaptiva beteenden. Det materiella substratet spelar ingen roll (neuroner kontra molekylära signalernätverk): det som räknas är funktionen. Om funktionen är att integrera flera informationer, bearbeta den och producera svar orienterade mot överlevnad: det är "intelligens" i funktionell mening. Den kritiska positionen (Lincoln Taiz, Alpi et al.): att använda termer som "beslut", "intelligens", "minne" för växter är vilseledande eftersom det laddar termer som bör reserveras för medvetna system med antropomorfa implikationer. Växter har sofistikerade molekylära mekanismer: det finns ingen anledning att kalla dem "beslut" för att uppskatta dem. Debatten: fortfarande öppen och stimulerande. Den bidrar till att främja förståelsen av växternas molekylära mekanismer, även när den bredare tolkningsramen inte delas. Vetenskapen har i detta fall framskridit just på grund av kontroversen.