Electrical experiments with plants that count and communicate | Greg Gage

Translator: sadegh zabihi Reviewer: masoud paktinat

I'm a neuroscientist,

من عصب‌شناس هستم،

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

و من یکی از موسسان مغزهای حیات خلوت هستم،

and our mission is to train the next generation of neuroscientists

و مأموریت ما آموزش نسل آینده عصب‌شناسان

by taking graduate-level neuroscience research equipment

با بردن تجهیزات پیشرفته تحقیقات عصب‌شناسی

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

و در دسترس بچه‌های مدارس راهنمایی و دبیرستان قرار دادن آنها است.

And so when we go into the classroom,

پس وقتی سر کلاس می‌رویم،

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

یکی از راه‌های به فکر واداشتن آنها درباره مغز که بسیار پیچیده است،

is to ask them a very simple question about neuroscience,

پرسیدن سوالی ساده درباره عصب‌شناسی از آنهاست،

and that is, "What has a brain?"

و آن این است، "چی مغز دارد؟"

When we ask that,

وقتی این را می‌پرسیم،

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

دانش‌آموزان بلافاصله می‌گویند گربه یا سگ‌شان مغز دارند،

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

و بیشتر آنهامی‌گویند که موش‌ها و حتی حشره‌های کوچک هم مغز دارند،

but almost nobody says that a plant or a tree

اما تقریباً هیچ‌کس نمی‌گوید که یک گیاه یا یک درخت

or a shrub has a brain.

یا یک بوته هم مغز دارد.

And so when you push --

و خوب وقتی --

because this could actually help describe a little bit

چون درواقع شرح دادن نحوه عملکرد مغز

how the brain actually functions --

می‌تواند کمی کمک کند --

so you push and say,

پس جلو می‌روید و می‌گویید،

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

"خوب، چه چیزی باعث می‌شود موجودات زنده مغز داشته باشند یا نداشته باشند؟"

And often they'll come back with the classification

و معمولاً آنها دسته‌بندی می‌کنند

that things that move tend to have brains.

که چیزهایی که حرکت می‌کنند مغز دارند.

And that's absolutely correct.

و کاملاً درست است.

Our nervous system evolved because it is electrical.

دستگاه عصبی ما تکامل یافته است چون الکتریکی است.

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

سریع است، تا بتوانیم به سرعت به محرک‌های خارجی واکنش نشان دهیم،

and move if we need to.

و اگر لازم شد حرکت کنیم.

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

اما اگر سراغ یک دانش آموز بروید،

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

و بگویید، "خوب، می‌دانید، شما می‌گویید گیاهان مغز ندارند،

but plants do move."

اما آنها هم حرکت می‌کنند."

Anyone who has grown a plant

هر کس گیاهی را بزرگ کرده باشد

has noticed that the plant will move

می‌داند که گیاهان هم حرکت می‌کنند

and face the sun.

و رو به خورشید قرار می‌گیرند.

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

اما آنها خواهند گفت، "اما آن حرکت آهسته است.

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

می‌دانی، به حساب نمی‌آید. می‌تواند یک فرآیند شیمیایی باشد."

But what about fast-moving plants?

اما گیاهانی که سریع حرکت می‌کنند چطور؟

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

خوب، در سال ۱۷۶۰، آرتور دابز حاکم سلطنتی کارولینای شمالی،

made a pretty fascinating discovery.

کشف بسیار جالبی کرد.

In the swamps behind his house,

او در باتلاق پشت خانه‌اش،

he found a plant that would spring shut

گیاهی پیدا کرد که هر بار مگسی در میان آن می‌افتاد

every time a bug would fall in between it.

مثل فنر بسته می‌شد.

He called this plant the flytrap,

او نام این گیاه را مگس‌خوار گذاشت،

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

و در طول یک دهه، این گیاه به اروپا رسید،

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

جایی که در نهایت چارلز داروین بزرگ فرصت مطالعه این گیاه را پیدا کرد،

and this plant absolutely blew him away.

و این گیاه او را بسیار متحیر نمود.

He called it the most wonderful plant in the world.

او آن گیاه را شگفت‌انگیزترین گیاه دنیا نامید.

This is a plant that was an evolutionary wonder.

این گیاه یک اعجوبه تکاملی بود.

This is a plant that moves quickly,

این گیاه می‌توانست سریع حرکت کند،

which is rare,

که نادر بود،

and it's carnivorous, which is also rare.

و گوشت‌خوار بود، که این هم نادر بود.

And this is in the same plant.

و این همان گیاه است.

But I'm here today to tell you

اما امروز من اینجا هستم تا به شما بگویم

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

که حتی این هم باحال‌ترین نکته درباره این گیاه نیست.

The coolest thing is that the plant can count.

باحال‌تر از همه این است که این گیاه می‌تواند بشمارد.

So in order to show that,

پس برای نشان دادن آن،

we have to get some vocabulary out of the way.

باید چند کلمه را از سر راه برداریم.

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

خوب می‌خواهم کاری را بکنم که سر کلاس با دانش‌آموزان انجام می‌دهیم.

We're going to do an experiment on electrophysiology,

می‌خواهیم آزمایشی درباره الکتروفیزیولوژی انجام دهیم،

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

که ثبت سیگنال‌های الکتریکی بدن است،

either coming from neurons or from muscles.

که از نورون‌ها یا ماهیچه‌ها می‌آیند.

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

چند الکترود را روی مچ‌هایم می‌گذارم.

As I hook them up,

و آنها را وصل می‌کنم،

we're going to be able to see a signal

الان می‌توانیم سیگنالی را

on the screen here.

اینجا روی نمایشگر ببینیم.

And this signal may be familiar to you.

و شاید این سیگنال برایتان آشنا باشد.

It's called the EKG, or the electrocardiogram.

این دستگاه EKG، یا الکتروکاردیوگرام(دستگاه ثبت ضربان قلب به وسیله برق) نام دارد.

And this is coming from neurons in my heart

و این از نورون‌های قلب من می‌آید

that are firing what's called action potentials,

که چیزی به نام پتانسیل فعالیت را فعال می‌کنند،

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

پتانسیل یعنی ولتاژ و فعالیت یعنی به سرعت بالا و پایین می‌رود،

which causes my heart to fire,

که باعث کار کردن قلب من می‌شود،

which then causes the signal that you see here.

که آن هم سیگنالی که اینجا می‌بینید را ایجاد می‌کند..

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

و از شما می‌خواهم شکل چیزی که اینجا خواهید دید را به خاطر بسپارید،

because this is going to be important.

چون مهم خواهد بود.

This is a way that the brain encodes information

این یکی از راه‌های رمزگذاری اطلاعات توسط مغز است

in the form of an action potential.

به صورت یک پتانسیل فعالیت.

So now let's turn to some plants.

خوب حالا بیایید سراغ چند گیاه برویم.

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

اول می‌خواهم شما را با میموسا آشنا کنم،

not the drink, but the Mimosa pudica,

نوشیدنی نه، میموسا پودیکا،

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

و این گیاهی است که در آمریکای مرکزی و جنوبی یافت می‌شود،

and it has behaviors.

و رفتارهایی از خود نشان می‌دهد.

And the first behavior I'm going to show you

و اولین رفتاری که می‌خواهم به شما نشان دهم

is if I touch the leaves here,

این است که اگر به برگ‌ها در اینجا دست بزنید،

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

خواهید دید که برگ‌ها جمع می‌شوند.

And then the second behavior is,

و رفتار دوم اینکه

if I tap the leaf,

اگر به برگ ضربه بزنم،

the entire branch seems to fall down.

به نظر می‌رسد کل شاخه دارد می‌افتد.

So why does it do that?

خوب چرا این کار را می‌کند؟

It's not really known to science.

علت آن به درستی برای علم شناخته شده نیست.

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

یکی از دلایل می‌تواند ترساندن حشرات باشد

or it looks less appealing to herbivores.

یا اینکه از جذابیت آن برای گیاه‌خواران می‌کاهد.

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

اما، چطور این کار را می‌کند؟ خوب، این جالب است.

We can do an experiment to find out.

می‌توانیم برای فهمیدن آن آزمایشی انجام دهیم.

So what we're going to do now,

خوب کاری که الان می‌خواهیم انجام دهیم،

just like I recorded the electrical potential from my body,

درست مثل وقتی که پتانسیل الکتریکی بدنم را اندازه گرفتم،

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

می‌خواهیم پتانسیل الکتریکی این گیاه، این میموسا را اندازه بگیریم.

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

و کاری که می‌خواهیم بکنیم این است که سیمی دور شاخه تابیده‌ایم

and I've got the ground electrode where?

و الکترود اتصال زمین کجاست؟

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

توی زمین. یه جوک مهندسی الکترونیک بود. خیلی خوب.

(Laughter)

(خنده)

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

خیلی خوب. حالا می‌خواهم به این برگ ضربه بزنم،

and I want you to look at the electrical recording

و می‌خواهم به فعالیت الکتریکی

that we're going to see inside the plant.

که درون گیاه خواهیم دید نگاه کنم.

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

واو. خیلی بزرگ است، باید مقیاس را بزرگتر کنم.

Alright. So what is that?

خیلی خوب. این چیست؟

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

این پتانسیل فعالیتی است که درون گیاه در حال به وقوع پیوستن است.

Why was it happening?

چرا این اتفاق می‌افتاد؟

Because it wanted to move. Right?

چون می‌خواست حرکت کند. خوب؟

And so when I hit the touch receptors,

و وقتی من به گیرنده‌های لمس ضربه می‌زنم،

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

ولتاژی را به انتهای ساقه می‌فرستند،

which caused it to move.

که باعث حرکت آن می‌شود.

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

و حالا، در بازوهای ما، ما ماهیچه‌هایمان را حرکت می‌دهیم،

but the plant doesn't have muscles.

اما گیاه ماهیچه ندارد.

What it has is water inside the cells

چیزی که دارد آب درون سلول‌هاست

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

و وقتی ولتاز با سلول برخورد می‌کند، باز می‌شود و آب را آزاد می‌کند،

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

و شکل سلول را عوض می‌کند، و برگ می‌افتد.

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

خوب. پس اینجا یک پتانسیل فعالیت می‌بینیم که اطلاعات حرکت را رمزگذاری می‌کند. خوب؟

But can it do more?

اما بیشتر از این هم می‌تواند انجام دهد؟

So let's go to find out.

خوب بیایید جواب را پیدا کنیم.

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

به سراغ دوست خوبمان ونوس مگس‌خوار می‌رویم،

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

و به اتفاقات درون برگ

when a fly lands on here.

وقتی پشه آنجا می‌نشیند نگاهی خواهیم انداخت.

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

پس حالا وانمود می‌کنم که پشه هستم.

And now here's my Venus flytrap,

و حالا این ونوس مگس‌خوار من است،

and inside the leaf, you're going to notice

و درون برگ سه موی کوچک را می‌بینید،

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

که همان موهای تحریک کننده هستند.

And so when a fly lands --

و بنابراین وقتی یک پشه می‌نشیند --

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

الان می‌خواهم به یکی از موها دست بزنم.

Ready? One, two, three.

آماده؟ یک، دم، سه.

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

چه چیزی گیرمان آمد؟ یک پتانسیل فعالیت زیبا.

However, the flytrap doesn't close.

با این وجود، مگس‌خوار بسته نمی‌شود.

And to understand why that is,

و برای فهمیدن علت آن،

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

باید کمی بیشتر درباره رفتار مگس‌خوار بدانیم.

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

شماره یک اینکه خیلی طول می‌کشد تا دوباره تله باز شود --

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

می‌دانید، اگر مگسی داخل آن نباشد ۲۴ تا ۴۸ ساعت طول می‌کشد.

And so it takes a lot of energy.

و خوب انرژی زیادی می‌برد.

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

و دو، نیازی ندارد در طول سال پشه زیادی بخورد.

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

فقط یک مشت. بیشتر انرژی‌اش را از خورشید می‌گیرد.

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

فقط می‌خواهد بعضی مواد مغذی را به جای خاک از مگس تأمین کند.

And the third thing is,

و نکته سوم اینکه،

it only opens then closes the traps a handful of times

تله‌ها قبل از اینکه بمیرند

until that trap dies.

فقط چند بار باز و بسته می‌شوند.

So therefore, it wants to make really darn sure

بنابراین، واقعاً باید مطمئن شود

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

که یک وعده غذایی درون آن است تا بسته شود.

So how does it do that?

خوب چطور این کار را می‌کند؟

It counts the number of seconds

تعداد ثانیه‌های

between successive touching of those hairs.

میان تماس‌های پی در پی آن موها را می‌شمارد.

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

بنابراین ایده این است که اگر با احتمال زیاد

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

پشه‌ای داخل آن بود آن وقت بسته شود،

and so when it gets the first action potential,

پس وقتی اولین پتانسیل فعالیت را دریافت می‌کند،

it starts counting, one, two,

شروع به شمردن می‌کند، یک، دو،

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

و اگر به ۲۰ رسید و دوباره تحریک نشد،

then it's not going to close,

بسته نخواهد شد،

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

اما اگر دوباره تحریک شود، مگس‌خوار بسته خواهد شد.

So we're going to go back now.

خوب حالا برمی‌گردیم.

I'm going to touch the Venus flytrap again.

دوباره می‌خواهم ونوس مگس‌خوار را لمس کنم

I've been talking for more than 20 seconds.

بیشتر از ۲۰ ثانیه است که دارم صحبت می‌کنم.

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

پس می‌بینیم که وقتی مو را دوباره لمس می‌کنم چه اتفاقی می‌افتد.

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

خوب چی می‌گیریم؟ یک پتانسیل فعالیت دیگر می‌گیریم،

but again, the leaf doesn't close.

اما دوباره، برگ بسته نمی‌شود.

So now if I go back in there

حال اگر دوباره آن داخل برگردم

and if I'm a fly moving around,

و اگر پشه‌ای باشم که به اطراف حرکت می‌کند،

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

چند بار برگ را لمس خواهم کرد.

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

چند بار آن را شانه می‌کشم.

And immediately,

و بلافاصله،

the flytrap closes.

مگس‌خوار بسته می‌شود.

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

پس اینجا مگس‌خوار را می‌بینیم که درواقع در حال شمارش است.

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

تصمیم می‌گیرد که آیا مگسی داخل تله هست یا نه،

and then it closes.

بعد بسته می‌شود.

So let's go back to our original question.

خوب بیایید سراغ سؤال اصلی‌مان برگردیم.

Do plants have brains?

آیا گیاهان مغز دارند؟

Well, the answer is no.

خوب، پاسخ منفی است.

There's no brains in here.

مغزی درون آنها نیست.

There's no axons, no neurons.

هیچ آکسونی نیست، هیچ نورونی نیست.

It doesn't get depressed.

افسرده نمی‌شود.

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

نمی‌خواهد بداند امتیاز تایگرز چقدر است.

It doesn't have self-actualization problems.

مشکل خودشکوفایی ندارد.

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

اما چیزی که دارد چیزی بسیار شبیه به ماست،

which is the ability to communicate using electricity.

و آن توانایی ارتباط به وسیله الکتریسیته است.

It just uses slightly different ions than we do,

تنها از یون‌هایی کمی متفاوت با ما استفاده می‌کند،

but it's actually doing the same thing.

اما درواقع همان کار را انجام می‌دهد.

So just to show you

خوب برای نشان دادن

the ubiquitous nature of these action potentials,

طبیعت همه گیر این پتانسیل‌های فعالیت،

we saw it in the Venus flytrap,

آنها را در ونوس مگس‌خوار دیدیم،

we've seen an action potential in the mimosa.

پتانسیل فعالیتی هم در میموسا دیدیم.

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

و حتی پتانسیل فعالیت را در انسان مشاهده کردیم.

Now, this is the euro of the brain.

خوب، این یوروی مغز است.

It's the way that all information is passed.

این راهی است که تمام اطلاعات حرکت می‌کنند.

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

و خوب کاری که می‌توانیم بکنیم این است که می‌توانیم از آن پتانسیل‌های فعالیت

to pass information

برای انتقال اطلاعات

between species of plants.

بین گونه‌های گیاهان استفاده کنیم.

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

پس این ارتباط دهنده درون گونه‌ایِ گیاه به گیاه ماست،

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

و کاری که ما کرده‌ایم این است که آزمایشی کاملاً جدید ترتیب داده‌ایم

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

که در آن پتانسیل فعالیت را از ونوس مگس‌خوار ضبط می‌کنیم،

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

و آن را به میموسای حساس می‌فرستیم.

So I want you to recall what happens

خوب می‌خواهم اتفاقی

when we touch the leaves of the mimosa.

که وقتی به برگ‌های میموسا دست می‌زنم را یادآوری کنم.

It has touch receptors that are sending that information

گیرنده‌های لمسی دارد که آن اطلاعات را

back down in the form of an action potential.

به صورت یک پتانسیل فعالیت به پایین می‌فرستند.

And so what would happen

و اگر پتانسیل فعالیت را از ونوس مگس‌خوار بگیریم

if we took the action potential from the Venus flytrap

و به تمام ساقه‌های میموسا بفرستیم

and sent it into all the stems of the mimosa?

چه اتفاقی خواهد افتاد؟

We should be able to create the behavior of the mimosas

باید بتوانیم رفتار میموسا را

without actually touching it ourselves.

بدون دست زدن به آن بازسازی کنیم.

And so if you'll allow me,

و اگر اجازه بدهید،

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

می‌خواهم الان این میموسا را

by touching on the hairs of the Venus flytrap.

با دست زدن به موی ونوس مگس‌خوار تحریک کنم.

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

پس داریم اطلاعات لامسه را از گیاهی به گیاه دیگر انتقال می‌دهیم.

So there you see it.

مشاهده می‌کنید.

So --

پس --

(Applause)

(تشویق)

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

پس امیدوارم امروز کمی درباره گیاهان چیز یاد گرفته باشید،

and not only that.

و نه فقط این.

You learned that plants could be used to help teach neuroscience

یاد گرفته باشید که می‌توان از گیاهان برای آموزش عصب‌شناسی

and bring along the neurorevolution.

و پیش برد انقلاب عصبی استفاده کرد.

Thank you.

متشکرم.

(Applause)

(تشویق)