Electrical experiments with plants that count and communicate | Greg Gage

Fordító: Andi Vida Lektor: Tímea Hegyessy

I'm a neuroscientist,

Neurológus vagyok,

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

és a Backyard Brain egyik alapítója,

and our mission is to train the next generation of neuroscientists

ahol az a küldetésünk, hogy kiképezzük a következő neurológus-generációt.

by taking graduate-level neuroscience research equipment

Fogunk egy alapszintű neurológiai kutatófelszerelést,

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

majd felső tagozatos és középiskolás gyerekek kezébe adjuk.

And so when we go into the classroom,

Így amikor bemegyünk az osztályterembe,

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

úgy gondolkodtatjuk el őket az agy működéséről, ami nagyon bonyolult,

is to ask them a very simple question about neuroscience,

hogy egy nagyon egyszerű neurológiai kérdés teszünk fel,

and that is, "What has a brain?"

mégpedig: "Minek van agya?"

When we ask that,

Amikor ezt kérdezzük,

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

a gyerekek azonnal rávágják: a macskájuknak, a kutyájuknak van agya,

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

a legtöbben még azt is, hogy az egérnek és a csöppnyi rovaroknak is van agya,

but almost nobody says that a plant or a tree

de szinte senki nem mondja, hogy egy növénynek, fának

or a shrub has a brain.

vagy bokornak agya lenne.

And so when you push --

Amikor rávezetésképpen –

because this could actually help describe a little bit

mert ez kicsit segít megfogalmazni,

how the brain actually functions --

hogyan működik az agy valójában –

so you push and say,

tehát tovább kérdezünk:

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

"De mi dönti el, melyik élőlénynek van agya, melyiknek nincs?"

And often they'll come back with the classification

Többnyire úgy csoportosítanak,

that things that move tend to have brains.

hogy a mozgó lényekben fejlődik ki agy.

And that's absolutely correct.

És ez teljes mértékben igaz.

Our nervous system evolved because it is electrical.

Azért fejlődött ki az idegrendszerünk, mert elektromos.

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

Gyors, így gyorsan reagálhatunk a külvilág ingereire,

and move if we need to.

és ha kell, mozgunk.

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

De folytathatjuk a diákok faggatását,

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

például így: "Szóval azt mondjátok, a növényeknek nincs agya,

but plants do move."

pedig azok is mozognak."

Anyone who has grown a plant

Aki valaha nevelt növényt,

has noticed that the plant will move

pontosan tudja, hogy mozog,

and face the sun.

mégpedig a fény felé fordul.

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

Erre azt felelik: "De az lassú mozgás.

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

Szóval az nem számít. Az vegyi folyamat lehet."

But what about fast-moving plants?

Na és a gyorsan mozgó növények?

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

1760-ban Arthur Dobbs, Észak-Karolina gyarmati kormányzója

made a pretty fascinating discovery.

szenzációs felfedezést tett.

In the swamps behind his house,

A háza mögötti mocsárban

he found a plant that would spring shut

felfigyelt egy növényre, aminek a levele azonnal összezárult,

every time a bug would fall in between it.

valahányszor beleesett egy bogár.

He called this plant the flytrap,

Légycsapdának nevezte el a növényt,

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

és egy évtizeden belül elterjedt Európában,

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

ahol a nagyszerű Charles Darwin tanulmányozta,

and this plant absolutely blew him away.

és őt teljesen elkápráztatta a növény.

He called it the most wonderful plant in the world.

Azt mondta: ez a világ legcsodálatosabb növénye.

This is a plant that was an evolutionary wonder.

Ez a növény evolúciós csoda.

This is a plant that moves quickly,

Olyan, ami gyorsan mozog,

which is rare,

ami ritkaság,

and it's carnivorous, which is also rare.

húsevő, ami szintén ritkaság.

And this is in the same plant.

És mindez egyben.

But I'm here today to tell you

Da ma azért vagyok itt,

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

hogy még ennél is cifrábbakat meséljek róla.

The coolest thing is that the plant can count.

A legcifrább az, hogy ez a növény még számolni is tud.

So in order to show that,

Ahhoz, hogy ezt bemutassam,

we have to get some vocabulary out of the way.

tisztáznunk kell néhány fogalmat.

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

Most bemutatom azt, amit az osztályban a gyerekeknek szoktunk.

We're going to do an experiment on electrophysiology,

Elektro-fiziológiai kísérletet fogunk végrehajtani,

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

ami rögzíti a test elektromos jeleit,

either coming from neurons or from muscles.

melyek az idegsejtekből vagy az izmokból erednek.

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

Néhány elektródát teszek ide a csuklómra.

As I hook them up,

Ahogy rögzítem őket,

we're going to be able to see a signal

látható lesz egy jel

on the screen here.

itt a képernyőn.

And this signal may be familiar to you.

Ez a jel mindannyiuknak ismerős lesz.

It's called the EKG, or the electrocardiogram.

Ez az EKG, vagyis elektrokardiogram.

And this is coming from neurons in my heart

A szív idegsejtjeiből ered,

that are firing what's called action potentials,

ez indítja be az úgynevezett akciós potenciált.

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

A potenciál feszültséget jelent, az akció pedig gyors hullámzó mozgást,

which causes my heart to fire,

ettől működik a szívem,

which then causes the signal that you see here.

ez hozza létre az itt látható jelet.

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

És kérem, jól jegyezzék meg ezt a formát, amit itt látnak,

because this is going to be important.

mert ez később fontos lesz.

This is a way that the brain encodes information

Az agy ily módon kódolja az információt,

in the form of an action potential.

akciós potenciál formájában.

So now let's turn to some plants.

Nézzünk hát néhány növényt.

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

Hadd mutassam be elsőként a mimózát –

not the drink, but the Mimosa pudica,

nem a koktélt, ő itt Mimosa pudica,

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

Közép-és Dél-Amerikából származik,

and it has behaviors.

és igen érdekesen viselkedik.

And the first behavior I'm going to show you

Először is azt mutatom be önöknek,

is if I touch the leaves here,

hogy amint megérintem a leveleit,

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

láthatják: a levelek szépen felpöndörödnek.

And then the second behavior is,

A második érdekes szokása,

if I tap the leaf,

hogy ha rákoppintok a levelére,

the entire branch seems to fall down.

láthatóan az egész ág lehajlik.

So why does it do that?

De miért teszi ezt?

It's not really known to science.

A tudomány előtt ez még rejtély.

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

Az egyik lehetséges ok, hogy így riasztja el a rovarokat,

or it looks less appealing to herbivores.

vagy hogy kevésbé vonzza a növényevőket.

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

De hogyan teszi mindezt? Nos, ez érdekes kérdés.

We can do an experiment to find out.

Végezzünk egy kísérletet, hátha kiderül.

So what we're going to do now,

Most azt fogjuk tenni,

just like I recorded the electrical potential from my body,

mint ahogy az imént felvettem a testem elektromos potenciálját,

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

most a mimóza elektromos potenciálját fogjuk rögzíteni.

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

Fogom tehát ezt a drótot, és a növény szára köré tekerem,

and I've got the ground electrode where?

de hová tegyem a földelő elektródát?

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

Hát a földbe. Ez egy villamosmérnöki poén. Elnézést.

(Laughter)

(Nevetés)

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

Na lássuk. Tehát fogom magam, és rákoppintok a levelére,

and I want you to look at the electrical recording

önök pedig figyeljék a növény belsejében készült

that we're going to see inside the plant.

elektromos felvételt.

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

A mindenit! Ez akkora, hogy lejjebb kell tekernem!

Alright. So what is that?

Na jó. De mi ez?

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

Ez a növény belsejében zajló akciós potenciál.

Why was it happening?

Miért megy végbe?

Because it wanted to move. Right?

Mert mozogni akar. Igaz?

And so when I hit the touch receptors,

Amikor tehát hozzáérek érzékelő receptoraihoz,

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

az feszültséget küld végig az egész száron,

which caused it to move.

ez indítja be a mozgást.

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

Mi tudjuk mozgatni a karizmainkat,

but the plant doesn't have muscles.

a növénynek viszont nincsenek izmai.

What it has is water inside the cells

Víz van a sejtjei belsejében,

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

ezek feszültség hatására megnyílnak, kieresztik a vizet,

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

ettől a sejtek összeesnek, és a levél lekonyul.

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

Tehát akciós potenciált látunk, ami mozgásra késztető információt küld.

But can it do more?

De vajon tud-e ennél többet is?

So let's go to find out.

Na lássuk.

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

Vegyük régi jó barátunkat, a Vénusz légycsapóját,

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

és lássuk, mi történik a levelei belsejében,

when a fly lands on here.

ha egy légy leszáll ide.

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

Úgy teszek hát, mintha ide leszálló légy lennék.

And now here's my Venus flytrap,

Itt van tehát a Vénusz-csapdám,

and inside the leaf, you're going to notice

és láthatják, hogy a levél belsejében

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

van három aprócska szőrszál, azok az érzőserték.

And so when a fly lands --

Amikor a légy leszáll –

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

most meg fogom érinteni az egyik szőrszálat.

Ready? One, two, three.

Mehet? Egy, kettő, három.

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

Mit kaptunk? Egy gyönyörű akciós potenciált!

However, the flytrap doesn't close.

A légycsapda viszont nem csukódott be.

And to understand why that is,

És hogy megértsük, miért nem,

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

kicsit többet kell tudnunk a légycsapda működéséről.

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

Először is, a bezárult csapdák sokára nyílnak ki –

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

tudják: körülbelül 24-48 óráig, még ha nincs is benne légy.

And so it takes a lot of energy.

És ez rengeteg energiát emészt fel.

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

Másodszor, nem kell túl sok legyet elfogyasztania az év során.

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

Csak valamennyit. Energiája nagy részét a napból nyeri.

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

Csak bizonyos tápanyagokat pótol a légy elfogyasztásával.

And the third thing is,

Harmadszor pedig:

it only opens then closes the traps a handful of times

csak néhányszor nyílnak és csukódnak a csapdák,

until that trap dies.

aztán elpusztulnak.

So therefore, it wants to make really darn sure

Ezért aztán egész biztosnak kell lennie abban,

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

hogy tényleg van-e hús a belsejében, mielőtt a csapda bezárul.

So how does it do that?

De ezt mivel éri el?

It counts the number of seconds

Számolja, hány másodperc telik el

between successive touching of those hairs.

az érzőserték sikeres érintései között.

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

Az alapelv szerint igen nagy a valószínűsége,

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

hogy ha van bent légy, akkor a csapda be fog zárulni,

and so when it gets the first action potential,

ezért az első akciós potenciál megjelenésekor

it starts counting, one, two,

elkezdődik a számolás: egy, kettő,

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

és ha nem történik semmi, mire eléri a húszat,

then it's not going to close,

akkor nem fog bezárulni,

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

de ha közben aktiválódik, akkor be fog csukódni.

So we're going to go back now.

Akkor most lépjünk vissza.

I'm going to touch the Venus flytrap again.

Újra megérintem a Vénusz légycsapóját.

I've been talking for more than 20 seconds.

Több mint húsz másodpercig beszéltem.

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

Most láthatjuk, mi történik, amikor újra megérintem a sertéit.

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

Mit kapunk? Egy második akciós potenciált,

but again, the leaf doesn't close.

de lám, a levél most sem csukódik össze.

So now if I go back in there

Akkor hát kezdjük újra,

and if I'm a fly moving around,

és ha egy itt köröző légy vagyok,

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

néhányszor hozzá fogok érni a levélhez.

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

Hozzáérek, végigsimítom néhányszor.

And immediately,

És egyszer csak

the flytrap closes.

a légycsapda bezárul.

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

Itt tehát láthatjuk: a légycsapó egészen konkrét számítást végez.

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

Meghatározza, hogy van-e légy a csapda belsejében,

and then it closes.

ha igen, akkor becsukódik.

So let's go back to our original question.

Nézzük akkor újra az eredeti kérdést.

Do plants have brains?

Van-e a növényeknek agya?

Well, the answer is no.

A válasz persze az, hogy nincs.

There's no brains in here.

Nincs itt semmiféle agy.

There's no axons, no neurons.

Nincsenek axonok, sem neuronok.

It doesn't get depressed.

Nem esik depresszióba.

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

Nem kíváncsi a baseball-csapata pontszámaira.

It doesn't have self-actualization problems.

Nincsenek önértékelési gondjai.

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

De amit tesz, abban nagyon is hasonlít hozzánk:

which is the ability to communicate using electricity.

képes elektromos úton kommunikálni.

It just uses slightly different ions than we do,

Kicsit más ionokat használ, mint mi,

but it's actually doing the same thing.

de lényegében ugyanúgy működik.

So just to show you

Hogy lássuk az akciós potenciálok

the ubiquitous nature of these action potentials,

mindenütt jelenlévő természetét,

we saw it in the Venus flytrap,

megvizsgáltuk a Vénusz légycsapóját,

we've seen an action potential in the mimosa.

láttunk akciós potenciált a mimózában.

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

Még emberi akciós potenciált is láttunk.

Now, this is the euro of the brain.

Ez az agy egységes valutája.

It's the way that all information is passed.

Így jut át minden információ.

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

Ezért megtehetjük, hogy az egyes növényfajták között

to pass information

akciós potenciállal

between species of plants.

információt továbbítunk.

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

Ez a mi növényfajták közötti kommunikátorunk,

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

és egy egészen újfajta kísérletet dolgoztunk ki,

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

amiben rögzíteni tudjuk a Vénusz légycsapójának akciós potenciálját,

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

és át tudjuk küldeni az érzékeny mimózára.

So I want you to recall what happens

Kérem, idézzék fel, mi történik,

when we touch the leaves of the mimosa.

ha megérintjük a mimóza leveleit.

It has touch receptors that are sending that information

Érzékelő receptorai vannak,

back down in the form of an action potential.

amik akciós potenciálként küldik vissza az információt.

And so what would happen

De mi történne,

if we took the action potential from the Venus flytrap

ha fognánk a Vénusz akciós potenciálját,

and sent it into all the stems of the mimosa?

és a mimóza szárába továbbítanánk?

We should be able to create the behavior of the mimosas

Befolyásolni tudnánk a mimóza viselkedését anélkül,

without actually touching it ourselves.

hogy hozzányúlnánk.

And so if you'll allow me,

Tehát, ha megengedik,

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

most rögtön ingerlem ezt a mimózát azzal,

by touching on the hairs of the Venus flytrap.

hogy megérintem a Vénusz-növény sertéit.

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

Megérintjük az egyik növényt, és az információt küld a másiknak.

So there you see it.

Láthatják.

So --

Íme...

(Applause)

(Taps)

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

Remélem, sikerült ma némi tudást átadnom a növényekről,

and not only that.

és nemcsak ennyit.

You learned that plants could be used to help teach neuroscience

Láthatták, hogy a növények segítenek a neurológia-oktatásban is,

and bring along the neurorevolution.

és előrébb viszik az idegi evolúciót.

Thank you.

Köszönöm.

(Applause)

(Taps)