Electrical experiments with plants that count and communicate | Greg Gage

المترجم: Ehab Aboelkhair المدقّق: Riyad Almubarak

I'm a neuroscientist,

أنا عالم أعصاب،

and I'm the co-founder of Backyard Brains,

والمؤسس المشارك لBackyard Brains،

and our mission is to train the next generation of neuroscientists

ورسالتنا أن ندرب الجيل القادم من علماء الأعصاب

by taking graduate-level neuroscience research equipment

بأخذ معدات البحث في علم الأعصاب من مستوى الخريجين

and making it available for kids in middle schools and high schools.

وجعلها متاحة للأطفال في المدارس المتوسطة والثانوية.

And so when we go into the classroom,

وعندما ندخل فصلاً دراسياً،

one way to get them thinking about the brain, which is very complex,

فهناك طريقة لجعلهم يندمجون في التفكير عن الدماغ، الذي هو في غاية التعقيد،

is to ask them a very simple question about neuroscience,

أن نسألهم سؤالاً في غاية البساطة عن علم الأعصاب،

and that is, "What has a brain?"

وهو: "ما الذي لديه دماغ؟"

When we ask that,

وعندما نسأل هذا،

students will instantly tell you that their cat or dog has a brain,

سيخبرنا الطلاب فوراً أن قطتهم أو كلبهم لديهم دماغ،

and most will say that a mouse or even a small insect has a brain,

ومعظمهم سيقولون أن الفأر أو حتى حشرة صغيرة لديهم دماغ،

but almost nobody says that a plant or a tree

ولكن تقريباً لا أحد يقول أن نبتة أو شجرة

or a shrub has a brain.

أو شجيرة لديهم دماغ.

And so when you push --

لذا فعندما تتابع

because this could actually help describe a little bit

لأن هذا يمكنه فعلاً المساعدة قليلاً في وصف

how the brain actually functions --

كيفية عمل الدماغ في الواقع

so you push and say,

فتتابع وتقول،

"Well, what is it that makes living things have brains versus not?"

"حسناً، ما الذي يحدد كون الكائنات الحية لديها دماغ أم لا؟"

And often they'll come back with the classification

وغالباً ما سيجيبون بتصنيف

that things that move tend to have brains.

أن الكائنات التي تتحرك عادة ما يكون لها أدمغة.

And that's absolutely correct.

وهذا صحيح تماماً.

Our nervous system evolved because it is electrical.

تطور جهازنا العصبي لأنه كهربائي.

It's fast, so we can quickly respond to stimuli in the world

إنه سريع، حتى نتمكن من الاستجابة بسرعة للمؤثرات في العالم

and move if we need to.

وأن نتحرك عند الحاجة.

But you can go back and push back on a student,

ولكن يمكنكم العودة والاستمرار مع طالب،

and say, "Well, you know, you say that plants don't have brains,

وسؤاله: "حسناً، تعلم، أنت تقول أن النباتات ليست لديها أدمغة،

but plants do move."

ولكن النباتات تتحرك".

Anyone who has grown a plant

أي شخص قام بزراعة نبتة

has noticed that the plant will move

قد لاحظ أن النبتة ستتحرك

and face the sun.

وتواجه الشمس.

But they'll say, "But that's a slow movement.

ولكن الطالب سيرد قائلاً: "ولكن هذه حركة بطيئة.

You know, that doesn't count. That could be a chemical process."

كما تعلم، فهي لا تحتسب. فقد تكون عملية كيميائية".

But what about fast-moving plants?

ولكن ماذا عن النباتات سريعة الحركة؟

Now, in 1760, Arthur Dobbs, the Royal Governor of North Carolina,

حسناً، في عام 1760، قام (آرثر دوبز)، الحاكم الملكي لولاية كارولاينا الشمالية،

made a pretty fascinating discovery.

باكتشاف مبهر للغاية،

In the swamps behind his house,

ففي المستنقعات خلف منزله،

he found a plant that would spring shut

وجد نبتة تنغلق بسرعة

every time a bug would fall in between it.

في كل مرة تسقط فيها حشرة.

He called this plant the flytrap,

وقام بتسمية هذه النبتة مصيدة فينوس (خناق الذباب)،

and within a decade, it made its way over to Europe,

وخلال عقد من الزمن، شقت طريقها إلى أوروبا،

where eventually the great Charles Darwin got to study this plant,

حيث تمكن تشارلز داروين العظيم من دراسة هذه النبتة في النهاية،

and this plant absolutely blew him away.

وقد أذهلته تماماً.

He called it the most wonderful plant in the world.

وسماها أكثر النباتات روعة في العالم.

This is a plant that was an evolutionary wonder.

هذه نبتة كانت معجزة تطورية.

This is a plant that moves quickly,

هذه نبتة تتحرك بسرعة،

which is rare,

وهو شي نادر،

and it's carnivorous, which is also rare.

وهي آكلة لحوم، وهو نادر أيضاً.

And this is in the same plant.

وهذا في نفس النبتة.

But I'm here today to tell you

ولكنني هنا اليوم لأخبركم

that's not even the coolest thing about this plant.

أن هذا ليس أروع شيء بخصوص هذه النبتة.

The coolest thing is that the plant can count.

فأروع شيء هو أنها تستطيع العد.

So in order to show that,

ولكي أتمكن من إظهار هذا،

we have to get some vocabulary out of the way.

فعلينا أن نفهم بعض المصطلحات.

So I'm going to do what we do in the classroom with students.

لذا فسأقوم بما نفعله مع التلاميذ في الفصول.

We're going to do an experiment on electrophysiology,

سنقوم بتجربة في الفيزيولوجيا الكهربائية،

which is the recording of the body's electrical signal,

وهي تسجيل لإشارات الجسد الكهربية،

either coming from neurons or from muscles.

سواء التي تأتي من الخلايا العصبية أو من العضلات.

And I'm putting some electrodes here on my wrists.

وها أنا أضع بعض الأقطاب الكهربائية هنا على معصمي.

As I hook them up,

وعندما أوصلهم،

we're going to be able to see a signal

سنكون قادرين على رؤية إشارة

on the screen here.

على الشاشة هنا.

And this signal may be familiar to you.

وقد تكون هذه الإشارة مألوفة بالنسبة لكم.

It's called the EKG, or the electrocardiogram.

وهي تسمى بالEKG، أو تخطيط كهربائية القلب.

And this is coming from neurons in my heart

وهي تأتي من الخلايا العصبية في قلبي

that are firing what's called action potentials,

التي تطلق ما يسمى بجهود الفعل،

potential meaning voltage and action meaning it moves quickly up and down,

والجهد هو الجهد الكهربائي والفعل يعني أنه يتحرك بسرعة صعوداً ونزولاً،

which causes my heart to fire,

وهو ما يشغل قلبي،

which then causes the signal that you see here.

الذي بدوره يتسبب في الإشارات التي ترونها هنا.

And so I want you to remember the shape of what we'll be looking at right here,

لذا أريدكم أن تتذكروا شكل ما سترونه هنا الآن،

لأن هذا سيكون مهماً

because this is going to be important.

This is a way that the brain encodes information

هذه هي طريقة تشفير الدماغ للمعلومات

in the form of an action potential.

في صورة جهد فعل.

So now let's turn to some plants.

فلننتقل الآن إلى بعض النباتات.

So I'm going to first introduce you to the mimosa,

سأعرفكم أولاً على الميموسا،

not the drink, but the Mimosa pudica,

لا أعني الشراب، ولكن الميموسا بوديكا (النبتة الخجولة)،

and this is a plant that's found in Central America and South America,

وهي نبتة توجد في أمريكا الوسطى وأمريكا الجنوبية،

and it has behaviors.

ولديها سلوكيات.

And the first behavior I'm going to show you

والسلوك الأول الذي سأريكم

is if I touch the leaves here,

هو عندما ألمس الأوراق هنا،

you get to see that the leaves tend to curl up.

سترون أن الأوراق تميل إلى الكرمشة.

And then the second behavior is,

والسلوك الثاني يظهر،

if I tap the leaf,

إذا نقرت على الورقة،

the entire branch seems to fall down.

يبدو أن الفرع بأكمله سيسقط.

So why does it do that?

إذاً فلماذا تفعل هذا؟

It's not really known to science.

إنه شيء ليس معروفاً حقاً للعلم.

One of the reasons why could be that it scares away insects

قد يكون واحد من الأسباب أنها بهذا تخيف الحشرات،

or it looks less appealing to herbivores.

أو أنها تبدو أقل جاذبية للحيوانات العاشبة.

But how does it do that? Now, that's interesting.

ولكن كيف تفعل هذا؟ هذا هو المثير للاهتمام.

We can do an experiment to find out.

ويمكننا إجراء تجربة لمعرفة كيف.

So what we're going to do now,

فما سنقوم بعمله الآن،

just like I recorded the electrical potential from my body,

تماماً مثلما سجلت الجهد الكهربائي لجسدي،

we're going to record the electrical potential from this plant, this mimosa.

سنقوم بتسجيل الجهد الكهربائي لهذه النبتة هنا، هذه الميموسا.

And so what we're going to do is I've got a wire wrapped around the stem,

لذا ما سنفعله، هو أنني قمت بلف سلك حول الجذع،

and I've got the ground electrode where?

وأين وضعت القطب الأرضي؟

In the ground. It's an electrical engineering joke. Alright.

في الأرض. هذه مزحة مهندسين كهربائيين. لا بأس.

(Laughter)

(ضحك)

Alright. So I'm going to go ahead and tap the leaf here,

حسناً. سوف أبدأ الآن وأنقر على الورقة هنا،

and I want you to look at the electrical recording

وأريدكم أن تتابعوا التسجيل الكهربائي

that we're going to see inside the plant.

الذي سنراه داخل النبتة.

Whoa. It is so big, I've got to scale it down.

مهلاً. إنه كبير جداَ. علي تصغيره.

Alright. So what is that?

حسناً. فما هذا؟

That is an action potential that is happening inside the plant.

هذا فعل جهد ينشأ داخل النبتة.

Why was it happening?

ولما نشأ؟

Because it wanted to move. Right?

لأنها أرادت الحركة. أليس كذلك؟

And so when I hit the touch receptors,

ولذلك عندما أضرب مستقلات اللمس،

it sent a voltage all the way down to the end of the stem,

أرسلت جهداً كهربائياً على طول الطريق حتى نهاية الجذع،

which caused it to move.

والذي تسبب في حركتها.

And now, in our arms, we would move our muscles,

وفي أذرعنا، نقوم بتحريك العضلات،

but the plant doesn't have muscles.

ولكن النبتة ليست لديها عضلات.

What it has is water inside the cells

الذي لديها هو الماء داخل الخلايا

and when the voltage hits it, it opens up, releases the water,

وعندما يضرب الجهد الكهربائي الخلايا، تنفتح، وتحرر الماء،

changes the shape of the cells, and the leaf falls.

مغيرة شكل الخلايا، وتسقط الورقة.

OK. So here we see an action potential encoding information to move. Alright?

حسناً. فها قد رأينا فعل الجهد وهو يشفر معلومات للحركة. اتفقنا؟

But can it do more?

لكن ما الذي يفعله أكثر من ذلك؟

So let's go to find out.

لنكتشف ذلك.

We're going to go to our good friend, the Venus flytrap here,

سنذهب إلى صديقتنا العزيزة، مصيدة فينوس هنا،

and we're going to take a look at what happens inside the leaf

وسنلقي نظرة على ما يحدث داخل الورقة

when a fly lands on here.

عندما تهبط ذبابة داخلها.

So I'm going to pretend to be a fly right now.

لذا سأتظاهر أنني ذبابة الآن.

And now here's my Venus flytrap,

وها هي مصيدة فينوس خاصتي هنا،

and inside the leaf, you're going to notice

وداخل الورقة، ستلاحظون

that there are three little hairs here, and those are trigger hairs.

أن هناك ثلاث شعيرات هنا، وهن شعيرات إثارة.

And so when a fly lands --

وهكذا عندما تهبط ذبابة

I'm going to touch one of the hairs right now.

سألمس واحدة من الشعيرات الآن.

Ready? One, two, three.

مستعدون؟ واحد، اثنان، ثلاثة.

What do we get? We get a beautiful action potential.

ما الذي نحصل عليه؟ نحصل على جهد فعل جميل.

However, the flytrap doesn't close.

وعلى الرغم من ذلك، لم تنغلق مصيدة الذباب.

And to understand why that is,

ولكي نفهم لماذا هذا،

we need to know a little bit more about the behavior of the flytrap.

علينا أن نتعلم أكثر قليلاً عن سلوك مصيدة الذباب.

Number one is that it takes a long time to open the traps back up --

أولاً هي تحتاج وقتاً طويلاً لتعيد فتح المصايد،

you know, about 24 to 48 hours if there's no fly inside of it.

تعرفون، حوالي من 24 إلى 48 ساعة إذا لم تكن بداخلها ذبابة.

And so it takes a lot of energy.

فهي تستهلك الكثير من الطاقة.

And two, it doesn't need to eat that many flies throughout the year.

وثانياً، أنها لا تحتاج أن تأكل كمية كبيرة من الذباب على مدار العام.

Only a handful. It gets most of its energy from the sun.

تحتاج مقدار قبضة فقط. فهي تحصل على معظم طاقتها من الشمس.

It's just trying to replace some nutrients in the ground with flies.

فهي تحاول أن تستبدل الذباب ببعض العناصر الغذائية في التربة ليس إلا.

And the third thing is,

وثالثاً،

it only opens then closes the traps a handful of times

فهي تفتح وتغلق المصيدة بضع مرات فحسب

until that trap dies.

حتى تموت تلك المصيدة.

So therefore, it wants to make really darn sure

لذا فهي تريد أن تكون على أتم التأكيد

that there's a meal inside of it before the flytrap snaps shut.

أن هناك وجبة بداخلها قبل أن تنغلق مصيدة الذباب.

So how does it do that?

إذاً كيف تتأكد من ذلك؟

It counts the number of seconds

تقوم بعد الثواني

between successive touching of those hairs.

بين مرات اللمس المتتابعة لتلك الشعيرات.

And so the idea is that there's a high probability,

والفكرة أنه ستكون هناك احتمالية عالية،

if there's a fly inside of there, they're going to be quick together,

إذا كانت هناك ذبابة بالداخل، أن الذبابة والشعيرة سيتلامسان،

فعندما تحصل على أول جهل فعل،

and so when it gets the first action potential,

تبدأ بالعد، واحد، اثنان،

it starts counting, one, two,

and if it gets to 20 and it doesn't fire again,

وإذا وصلت ل20 ولم ينطلق جهد فعل آخر،

فلن تنغلق،

then it's not going to close,

ولكن إذا نشأ جهد فعل خلال تلك الثواني، عندها ستنغلق مصيدة الذباب.

but if it does it within there, then the flytrap will close.

So we're going to go back now.

سنعود إليها الآن.

I'm going to touch the Venus flytrap again.

وسألمس مصيدة فينوس مرة أخرى.

I've been talking for more than 20 seconds.

وأنا أتحدث الآن لأكثر من عشرين ثانية.

So we can see what happens when I touch the hair a second time.

فلنر ما سيحدث عندما ألمس الشعيرة مرة ثانية.

So what do we get? We get a second action potential,

فما الذي نحصل عليه؟ نحصل على جهد فعل ثان،

but again, the leaf doesn't close.

ولكن مرة أخرى، لا تنغلق الورقة.

So now if I go back in there

والآن إذا عدت داخلها

and if I'm a fly moving around,

وكنت ذبابة تتحرك بالداخل،

I'm going to be touching the leaf a few times.

فسألمس الورقة بضع مرات.

I'm going to go and brush it a few times.

سأتابع وأحتك بها بضع مرات.

And immediately,

وفوراً،

the flytrap closes.

تنغلق مصيدة الذباب.

So here we are seeing the flytrap actually doing a computation.

فها نحن نرى مصيدة ذباب تقوم بالحساب.

It's determining if there's a fly inside the trap,

إنها تحدد ما إذا كانت هناك ذبابة داخل المصيدة،

and then it closes.

وبعدها تنغلق.

So let's go back to our original question.

فلنعد إلى سؤالنا الأصلي.

Do plants have brains?

هل للنباتات أدمغة؟

Well, the answer is no.

حسناً، الإجابة هي كلا.

There's no brains in here.

ليست هناك أدمغة هنا.

There's no axons, no neurons.

لا محاور عصبية، لا خلايا عصبية.

It doesn't get depressed.

ولا يصيبها الإكتئاب.

It doesn't want to know what the Tigers' score is.

ولا تهتم بنتائج مباريات كرة القدم.

It doesn't have self-actualization problems.

وليس لديها مشاكل في تحقيق الذات.

But what it does have is something that's very similar to us,

ولكن ما لديها، هو شيء مشابه جداً لما لدينا،

which is the ability to communicate using electricity.

وهو القدرة على التواصل باستعمال الكهرباء.

It just uses slightly different ions than we do,

الفرق أنها تستعمل أيونات مختلفة قليلاً عن ما لدينا،

but it's actually doing the same thing.

ولكنها في الواقع تقوم بنفس الشيء.

So just to show you

لأريكم فحسب

the ubiquitous nature of these action potentials,

الطبيعة واسعة الانشار لجهود الفعل هذه،

we saw it in the Venus flytrap,

رأيناها في مصيدة فينوس،

we've seen an action potential in the mimosa.

رأينا جهد فعل في الميموسا.

We've even seen an action potential in a human.

بل ورأينا جهد فعل حتى في إنسان.

Now, this is the euro of the brain.

إنه العملة الموحدة للدماغ.

It's the way that all information is passed.

إنه طريقة تمرير كل المعلومات.

And so what we can do is we can use those action potentials

وهكذا نستطيع استخدام جهود الفعل تلك

to pass information

لنقل معلومات

between species of plants.

بين أنواع من النباتات.

And so this is our interspecies plant-to-plant communicator,

وهذا هو جهاز الاتصال بين النباتات من أنواع مختلفة خاصتنا،

and what we've done is we've created a brand new experiment

والذي قمنا به هنا، هو أننا ألفنا تجربة جديدة كلياً

where we're going to record the action potential from a Venus flytrap,

فيها سنقوم بتسجيل جهد الفعل الناشئ من مصيدة فينوس،

and we're going to send it into the sensitive mimosa.

ثم سنرسله إلى الميموسا الخجولة.

So I want you to recall what happens

وأريدكم أن تتذكروا ما يحدث

when we touch the leaves of the mimosa.

عندما نلمس أوراق الميموسا.

It has touch receptors that are sending that information

لديها مستقبلات لمس تعيد إرسال تلك المعلومة

back down in the form of an action potential.

في صورة جهد فعل.

And so what would happen

فما الذي سيحدث

if we took the action potential from the Venus flytrap

إذا أخذنا جهد الفعل من مصيدة فينوس

and sent it into all the stems of the mimosa?

وأرسلناه إلى كل جذوع الميموسا؟

We should be able to create the behavior of the mimosas

يجب أن نكون قادرين على خلق سلوك الميموسا

without actually touching it ourselves.

بدون أن نلسمها بأنفسنا أصلاً.

And so if you'll allow me,

وإذا سمحتم لي،

I'm going to go ahead and trigger this mimosa right now

سوف أتابع وأثير هذه الميموسا الآن

by touching on the hairs of the Venus flytrap.

عن طريق لمس شعيرات مصيدة فينوس.

So we're going to send information about touch from one plant to another.

فسنقوم بإرسال معلومات اللمس من نبتة إلى أخرى.

So there you see it.

وها أنتم ترونها.

So --

لذا،

(Applause)

(تصفيق)

So I hope you learned a little bit, something about plants today,

لذا، آمل أنكم تعلمتم اليوم، شيئاً عن النباتات،

and not only that.

وليس هذا فحسب.

You learned that plants could be used to help teach neuroscience

تعلمتم أن النباتات يمكن أن تسخدم للمساعدة في تدريس علم الأعصاب.

والنهوض بالثورة العصبية.

and bring along the neurorevolution.

Thank you.

شكراً لكم.

(تصفيق)

(Applause)