Frågan "lider växter?" är inte bara filosofisk—den har konkreta etiska konsekvenser (om växter lider, är växtbaserad kost etiskt lika problematisk som att äta djur?) och biologiska (vilka är de minimala biologiska förutsättningarna för lidande?). Dagens vetenskapliga konsensus är att växter har skadedetektion- och skadereaktionssystem som funktionellt liknar nocicektion (skadedetektion: det första steget i kedjan som leder till smärtuppfattning hos djur), men de saknar de neurologiska strukturer (centralnervöst system, hjärnbark, limbiska systemet) som hos djur är nödvändiga för att omvandla nocicektion till subjektiv smärtupplevelse (lidande). Ändå är detta svar preliminärt: vår förståelse av medvetande är ofullständig.

Hur växter reagerar på skada: växternas nocicektion

När ett blad skadas (av en växtätare, ett snitt, en brännskada) reagerar växten med en kaskad av snabba, specifika signaler. Elektriska signaler: Masatsugu Toyota och Takashi Ueda (Tokyos universitet, 2018) publicerade en studie i Science som visade att transgen Arabidopsis thaliana, utrustad med en fluorescerande kalciumbiosensor, uppvisade kalciumsignalvågor som utbredde sig från skadestället genom hela växten inom minuter, genom floembehållare. Denna kalciumsignal är funktionellt analog med nervimpulsutbredning genom smärtfibrer i djurvävnad. Glutamat som växternas neurotransmittor: samma forskning av Toyota et al. visade att glutamat (den primära excitatoriska neurotransmittorn hos djur, även använd av nocicepitiva neuroner) är den kemiska signalen som utlöser kalciumvågor i växter. Att klippa ett blad frigör glutamat in i floem, vilket aktiverar GLR-receptorer (glutamatliknande receptorer) i närliggande celler och utbreder kalciumvågen. Jasmonsyra (JA): växternas primära skadereaktionshormon. Produceras snabbt på skadestället (inom minuter), sprids systemiskt genom hela växten och aktiverar försvarsgener (giftsyntes, proteasinhibitorer, försvarsproteiner). Det fungerar som en systemisk "farosignal" som är funktionellt lik prostaglandiner och opioider i djurs smärtrespons.

Växter reagerar på bedövningsmedel: vad betyder det?

Ett av de mest provocerande experimenten om smärtuppfattning i växter involverar bedövningsmedel. Monica Gagliano och kollegor (2016, Oecologia) visade att eter, kloroform och isofluran (bedövningsmedel som används i humanmedicin) hämmar reaktionen hos Mimosa pudica-rankor på mekaniska stimuli (växten stänger inte sina blad), rörelsen hos klättrande växter mot stöd och frökliäckning. Gagliaos slutsats: växter "reagerar" på bedövningsmedel i samma riktning som hos djur (minskning av rörelser och stimulusrespons). Detta bevisar inte att växter är medvetna, men det tyder på att de molekylära mekanismer som bedövningsmedel verkar på (jonkanaler, lipidmembran) är bevarade i växter och funktionellt relevanta för deras beteenden. Kontroversen: Lincoln Taiz och medförfattare (Trends in Plant Science, 2019) kritiserade starkt Gagliaos tolkningar och hävdade att effekten av bedövningsmedel på växter helt enkelt förklaras av deras fysikalisk-kemiska verkan på lipidmembran, utan att behöva postulera någon form av sensation eller medvetande. Debatten fortsätter och driver mycket mer noggrann forskning om växternas beteendes molekylära mekanismer.

Växternas etik: bör vi oroa oss för växternas lidande?

Frågan om växternas lidande tas på allvar av vissa moralfilosofer. Den mest försiktiga positionen (dagens vetenskapliga konsensus): utan bevis för subjektivt medvetande hos växter (vilket kräver neurologiska system som växter saknar) har vi ingen anledning att tillskriva dem förmågan att lida i moralisk mening. Växternas reaktion på skada är mekanistisk (om än komplex), inte upplevelsemässig. Den mer kritiska positionen (Paco Calvo, Murcias universitet; Michael Marder, filosof): frånvaron av igenkännbara neurologiska strukturer innebär inte nödvändigtvis frånvaron av subjektiv upplevelse. Medvetande kan manifestera sig i former som är mycket olika från människors/djurs medvetande. Att a priori utesluta möjligheten av subjektiv upplevelse hos växter är en form av neurologisk chauvinism. Konsekvenserna för diet: även om vi accepterade att växter har någon form av skadaupplevelse (spekulativ hypotes) skulle det inte följa att äta växter är moraliskt motsvarande att äta djur. Upplevelsens komplexitet (och därmed lidandets allvarlighetsgrad) är nästan säkert korrelerad med nervSystemets komplexitet. En insekt, en ödla, en hund, en människa: ökande komplexitet av sannolik subjektiv smärtupplevelse.

Mimosa pudica: Växten som visar smärta

Mimosa pudica (känslig växt eller "rör-mig-inte") är den mest använda växten i försök om skadereaktioner eftersom dess respons är synlig för blotta ögat inom sekunder: vid beröring eller skada stängs bladen snabbt (på 1-2 sekunder) och hela grenen böjs nedåt. Mekanismen: beröring eller skada skapar en snabb förändring i membranpotentialen hos pulvinusceller (en specialiserad struktur vid basen av varje bladflikspar), förmedlad av kalcium- och kaliumjonkanaler. Förändringen i osmotiskt tryck i pulvinus (vatten lämnar motorceller) orsakar mekanisk kollaps av strukturen: bladet stängs. Signalen sprids med högt tempo (upp till 40 mm/sekund) genom stammen till närliggande blad via aktionspotentialer (elektriska membranvariationer) som liknar nervimpulser. Funktionen av att stänga: troligen försvar (gör växten mindre aptitlig för växtätaren som rörde den, simulerar en vissnad eller död växt; får insekter att falla från bladet) och skydd (minskar ytan exponerad för vind eller kraftig regn). Gaglianos Mimosa-minnesexperiment: 2014 visade Gagliano att Mimosa vänjer sig vid sin stängningsreaktion efter upprepad exponering för samma icke-skadande stimulus (fall från en fast höjd). Växten slutar stänga (sparar energi) efter att ha "lärt sig" att fallet inte är farligt. Vaning är den enklaste formen av lärande. Och det varar i veckor.

Opioida föreningar i växter: Ett smärtresponssystem?

Växter producerar vissa föreningar som hos djur verkar på opioidssystemet (smärtreceptorer): morfin (från vallmon Papaver somniferum) verkar på mu-opioidreceptorer i neuroner; kodein (också från vallmon) är ett smärtlindrande medel. Hos djur är opioidssystemet en del av smärtreglering. I växter tjänar dessa opioidalkaloder troligen som kemiska försvar mot växtätare (förgiftar eller bedövar dem). Men deras närvaro i växter har väckt frågan: producerar växter dessa föreningar som en del av sitt eget smärtresponssystem, eller är det en evolutionär slump att samma föreningar påverkar djurens nervsystem? Det mest sannolika svaret: funktionell slump. Opioidalkaloder i växter utvecklades som kemiska försvar, inte som en del av ett internt smärthanteringssystem. Det faktum att de verkar på djurs opioidreceptorer återspeglar närvaron av gemensamma molekylära substrat (jonkanaler, receptorer) mellan växt- och djurriket, inte samma "smärt"-funktion i båda. Men: frågan har drivit forskning mot att upptäcka opioidliknande receptorer i själva växterna, en sökning som fortfarande pågår.

Växtneurobiologi och framtiden för forskning

Området växtneurobiologi etablerades officiellt som disciplin med grundandet av Society for Plant Neurobiology 2005 (senare döpt om till Society of Plant Signaling and Behavior för att minska terminologisk kontrovers). Aktiva forskningsområden inom växtneurobiologi: elektrisk signalering i växter (aktionspotentialer, variationspotentialer: in vivo-mätningar med allt känsligare elektroder), kalcium som andra budbärare och spridd signal (realtidsavbildning med fluorescerande biosensorer), rollen av glutamat och GLR-receptorer i skadsignalering, molekylära mekanismer för vaning och minne i växter, växtpsykofarmakologi (effekter av bedövningsmedel, narkotika, stimulantia på växtfysiologi). Forskningsbegränsningar: det är mycket svårt att skilja mellan komplext beteende drivet av "enkla" molekylära mekanismer (genetiskt programmerade) och beteende som antyder något som liknar subjektiv erfarenhet. Inget experiment kan någonsin "bevisa" växtmedvetande definitivt, eftersom medvetande (även hos djur och människor) förblir ett av vetenskapens olösta problem. Men forskning om växtsignalering och beteende producerar extraordinära upptäckter oavsett den filosofiska frågan om medvetande.