Electrical experiments with plants that count and communicate | Greg Gage

מתרגם: hila scherba מבקר: Ido Dekkers

I'm a neuroscientist,

אני נוירולוג,

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

ואני אחד המייסדים של 'מוחות בחצר האחורית',

and our mission is to train the next generation of neuroscientists

והמשימה שלנו היא לאמן את הדור הבא של הנוירולוגים

by taking graduate-level neuroscience research equipment

על ידי לקיחת ציוד למחקר נוירולוגי ברמה אקדמית

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

והפיכתו לזמין עבור ילדים בחטיבות הביניים ובתיכונים.

And so when we go into the classroom,

אז כשאנחנו נכנסים לתוך הכיתה,

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

אחת הדרכים לגרום להם לחשוב על המוח, דבר שהוא מאוד מסובך,

is to ask them a very simple question about neuroscience,

היא לשאול אותם שאלה מאוד פשוטה על מדעי המוח,

and that is, "What has a brain?"

והיא, "ל-מה יש מוח?"

When we ask that,

כשאנחנו שואלים את זה,

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

תלמידים מיד יגידו לך שלחתול או לכלב שלהם יש מוח,

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

והרוב יגידו שלעכבר או אפילו לחרק קטן יש מוח,

but almost nobody says that a plant or a tree

אבל כמעט אף אחד לא אומר שלצמח או עץ

or a shrub has a brain.

או שיח, יש מוח.

And so when you push --

ואז כשאתה לוחץ --

because this could actually help describe a little bit

כי זה למעשה יכול לעזור לתאר קצת

how the brain actually functions --

איך המוח באמת מתפקד --

so you push and say,

אז אתה לוחץ ואומר,

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

"אז, מה זה מה שגורם לכך שליצורים חיים מסוימים יש מוח ולאחרים לא?"

And often they'll come back with the classification

ובדרך כלל הם חוזרים עם ההגדרה

that things that move tend to have brains.

שלדברים שזזים בדרך כלל יהיה מוח.

And that's absolutely correct.

וזה לגמרי נכון.

Our nervous system evolved because it is electrical.

מערכת העצבים שלנו התפתחה כיוון שהיא חשמלית.

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

היא מהירה, אז אנחנו יכולים להגיב במהירות לגירוי מהעולם

and move if we need to.

ולזוז אם אנחנו צריכים.

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

אבל אפשר לחזור וללחוץ על התלמיד,

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

ולהגיד, "טוב, אתה יודע, אתה אומר שלצמחים אין מוח,

but plants do move."

אבל צמחים זזים."

Anyone who has grown a plant

כל אחד שגידל צמח

has noticed that the plant will move

הבחין שהצמח יזוז

and face the sun.

ויפנה לשמש.

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

אבל הם יגידו, "אבל זו תנועה איטית.

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

אתה יודע, זה לא נחשב. זה יכול להיות תהליך כימי."

But what about fast-moving plants?

אבל מה לגבי צמחים שזזים מהר?

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

ב-1760, ארתור דובס, השליט המלכותי בצפון קרולינה,

made a pretty fascinating discovery.

גילה תגלית מרתקת.

In the swamps behind his house,

בביצות שמאחורי הבית שלו,

he found a plant that would spring shut

הוא מצא צמח שנסגר כקפיץ

every time a bug would fall in between it.

בכל פעם שחרק נחת עליו.

He called this plant the flytrap,

הוא קרא לצמח הזה דיונאת הזבובים,

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

ובתוך עשור, הוא עשה את דרכו לאירופה,

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

איפה שצ'רלס דרווין הגדול יכל לחקור את הצמח הזה,

and this plant absolutely blew him away.

והצמח הזה פשוט הדהים אותו.

He called it the most wonderful plant in the world.

הוא קרא לו הצמח המופלא ביותר בעולם.

This is a plant that was an evolutionary wonder.

זהו צמח שהיה פלא אבולוציוני.

This is a plant that moves quickly,

זה צמח שנע במהירות,

which is rare,

שזה דבר נדיר,

and it's carnivorous, which is also rare.

והוא קרניבור, שזה גם נדיר.

And this is in the same plant.

וזה באותו צמח.

But I'm here today to tell you

אבל אני כאן היום כדי להגיד לכם

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

שזה אפילו לא הדבר המגניב ביותר בצמח הזה.

The coolest thing is that the plant can count.

הדבר המגניב ביותר הוא שהצמח הזה יכול לספור.

So in order to show that,

אז בשביל להראות לכם את זה,

we have to get some vocabulary out of the way.

אנחנו צריכים להסביר קצת אוצר מילים.

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

אז אני הולך לעשות מה שאנחנו עושים בכיתה עם תלמידים.

We're going to do an experiment on electrophysiology,

אנחנו הולכים לעשות ניסוי באלקטרופיזיולוגיה,

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

שזו ההקלטה של האותות החשמליים של הגוף,

either coming from neurons or from muscles.

שמגיעים או מהנוירונים או מהשרירים.

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

ואני שם כמה אלקטרודות על הזרועות שלי.

As I hook them up,

בזמן שאני מחבר אותם,

we're going to be able to see a signal

אנחנו נוכל לראות אות

on the screen here.

על המסך הזה כאן.

And this signal may be familiar to you.

והאות הזה אולי ייראה לכם מוכר.

It's called the EKG, or the electrocardiogram.

זה נקרא א.ק.ג, או אלקטרוקרדיוגרמה.

And this is coming from neurons in my heart

וזה מגיע מנוירונים בלב שלי

that are firing what's called action potentials,

שיורים מה שנקרא פוטנציאל פעולה,

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

פוטנציאל כלומר מתח, ופעולה כלומר זה נע מהר למעלה ולמטה,

which causes my heart to fire,

מה שגורם ללב שלי לירות,

which then causes the signal that you see here.

שאז גורם לאות שאתם רואים כאן.

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

אז אני רוצה שתזכרו את הצורה של מה שאנחנו נראה כאן,

because this is going to be important.

כי זה הולך להיות חשוב.

This is a way that the brain encodes information

זו הדרך שבה המוח מקודד מידע

in the form of an action potential.

בצורה של פוטנציאל פעולה.

So now let's turn to some plants.

אז עכשיו בואו נפנה לכמה צמחים.

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

אז אני קודם כל הולך להכיר לכם את המימוזה,

not the drink, but the Mimosa pudica,

לא המשקה, אלא מימוזה פודיקה,

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

וזה צמח שנמצא במרכז אמריקה ובדרום אמריקה,

and it has behaviors.

ויש לו התנהגויות.

And the first behavior I'm going to show you

וההתנהגות הראשונה שאני עומד להראות לכם

is if I touch the leaves here,

זה אם אני אגע בעלים כאן,

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

אתם יכולים לראות שהעלים נוטים להתקפל פנימה.

And then the second behavior is,

וההתנהגות השניה היא,

if I tap the leaf,

אם אני טופח על העלה,

the entire branch seems to fall down.

נראה שכל הענף נופל.

So why does it do that?

אז למה הצמח עושה את זה?

It's not really known to science.

זה לא ממש ידוע למדע.

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

אחת הסיבות למה יכולה להיות שזה מרחיק חרקים

or it looks less appealing to herbivores.

או שזה נראה פחות מושך לאוכלי עשב.

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

אבל איך הוא עושה את זה? אז זה מעניין.

We can do an experiment to find out.

אנחנו יכולים לעשות ניסוי בשביל לגלות.

So what we're going to do now,

אז מה שאנחנו הולכים לעשות עכשיו,

just like I recorded the electrical potential from my body,

בדיוק כמו שהקלטתי את הפוטנציאל החשמלי מהגוף שלי,

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

אנחנו הולכים להקליט את הפוטנציאל החשמלי מהצמח הזה, המימוזה.

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

אז מה שאנחנו הולכים לעשות זה שיש לי חוט שמלופף סביב הגבעול,

and I've got the ground electrode where?

ויש לי את האלקטרודה של הקרקע איפה?

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

באדמה. זו בדיחת מהנדסי חשמל. בסדר.

(Laughter)

(צחוק)

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

בסדר. אז אני הולך להמשיך ולטפוח על העלה כאן,

and I want you to look at the electrical recording

ואני רוצה שתסתכלו על ההקלטה החשמלית

that we're going to see inside the plant.

שאנחנו הולכים לראות בתוך הצמח.

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

וואו. זה כל כך גדול שאני צריך קנה מידה קטן יותר.

Alright. So what is that?

בסדר. אז מה זה?

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

זה פוטנציאל פעולה שמתרחש בתוך הצמח.

Why was it happening?

למה זה קרה?

Because it wanted to move. Right?

כי הוא רצה לזוז. נכון?

And so when I hit the touch receptors,

אז כשאני פגעתי בחיישנים של המגע,

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

זה שלח מתח כל הדרך למטה לתחתית הגבעול,

which caused it to move.

מה שגרם לזה לזוז.

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

עכשיו, בידיים שלנו, אנחנו נזיז את השרירים שלנו,

but the plant doesn't have muscles.

אבל לצמח אין שרירים.

What it has is water inside the cells

מה שיש לו זה מים בתוך התאים שלו

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

וכשהמתח החשמלי פוגע בו, התא נפתח, ומשחרר את המים,

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

משנה את הצורה של התאים, והעלה נופל.

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

אוקיי, אז כאן אנחנו רואים פוטנציאל פעולה שמקודד מידע בשביל לזוז. בסדר?

But can it do more?

אבל האם זה יכול לעשות יותר?

So let's go to find out.

אז בואו נלך לגלות.

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

אנחנו הולכים לגשת לחבר הטוב שלנו, דיונאת הזבובים כאן,

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

ואנחנו הולכים להסתכל על מה מתרחש בתוך העלה

when a fly lands on here.

כשזבוב נוחת עליו.

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

אז אני הולך להעמיד פנים שאני זבוב עכשיו.

And now here's my Venus flytrap,

ועכשיו הנה דיונאת הזבובים,

and inside the leaf, you're going to notice

ובתוך העלה, אתם עומדים להבחין

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

שיש פה שלוש שיערות קטנות כאן, אלו הן שערות לגירוי להתחלת פעולה.

And so when a fly lands --

אז כשזבוב נוחת --

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

אני הולך לגעת באחת השיערות עכשיו.

Ready? One, two, three.

מוכנים? אחת, שתיים, שלוש.

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

מה אנחנו מקבלים? אנחנו מקבלים פוטנציאל פעולה יפה.

However, the flytrap doesn't close.

ועדיין, דיונאת הזבובים לא נסגרת.

And to understand why that is,

ובשביל להבין למה זה,

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

אנחנ וצריכים לדעת קצת יותר על ההתנהגות של דיונאת הזבובים.

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

מספר אחד הוא שלוקח הרבה זמן לפתוח את המלכודות בחזרה --

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

בין 24 ל-48 שעות אם אין זבוב בפנים.

And so it takes a lot of energy.

אז זה לוקח הרבה אנרגיה.

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

ודבר שני, הוא לא צריך לאכול כל כך הרבה זבובים במהלך השנה.

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

רק קומץ. הוא מקבל את רוב האנרגיה שלו מהשמש.

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

הוא רק מנסה להחליף חלק מהחומרים המזינים מהקרקע בזבובים.

And the third thing is,

והדבר השלישי הוא,

it only opens then closes the traps a handful of times

הוא פותח וסוגר את המלכודות מספר מועט של פעמים.

until that trap dies.

עד שהמלכודת הזו מתה.

So therefore, it wants to make really darn sure

אז מכאן, הוא רוצה להיות לגמרי בטוח

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

שיש ארוחה בתוכו לפני שמלכודת הזבובים נסגרת במהירות.

So how does it do that?

אז איך הוא עושה את זה?

It counts the number of seconds

הוא סופר את מספר השניות

between successive touching of those hairs.

בין נגיעות רצופות בשערות האלו.

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

ואז הרעיון הוא שיש הסתברות גבוהה,

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

אם יש זבוב שם בפנים, שהוא הולך להיתפס,

and so when it gets the first action potential,

ואז כשהוא מקבל את פוטנציאל הפעולה הראשון,

it starts counting, one, two,

הוא מתחיל לספור, אחת, שתיים,

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

ואם זה מגיע ל-20 והוא לא יורה שוב,

then it's not going to close,

אז הוא לא הולך להיסגר,

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

אבל אם הווא עושה את זה שם בפנים, אז מלכודת הזבובים הולכת להיסגר.

So we're going to go back now.

אז אנחנו הולכים לחזור עכשיו.

I'm going to touch the Venus flytrap again.

אני הולך לגעת בדיונאת הזבובים שוב.

I've been talking for more than 20 seconds.

אני דיברתי במשך יותר מ-20 שניות.

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

אז אנחנו יכולים לראות מה קורה כשאני נוגע בשערה בפעם השניה.

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

אז מה אנחנו מקבלים? אנחנו מקבלים פוטנציאל פעולה שני,

but again, the leaf doesn't close.

אבל שוב, העלה לא נסגר.

So now if I go back in there

אז עכשיו אם אנחנו נחזור לשם

and if I'm a fly moving around,

ואם אני זבוב שזז שם,

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

אז אני אגע בעלה כמה פעמים.

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

אני הולך לגע בזה כמה פעמים.

And immediately,

ומיד,

the flytrap closes.

הדיונאית נסגרת.

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

אז כאן אנחנו רואים את הדיונאית בעצם עושה חישוב.

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

היא קובעת אם יש זבוב בתוך המלכודת,

and then it closes.

ואז היא נסגרת.

So let's go back to our original question.

אז בואו נחזור לשאלה המקורית שלנו.

Do plants have brains?

האם לצמחים יש מוח?

Well, the answer is no.

אז, התשובה היא לא.

There's no brains in here.

אין מוח פה.

There's no axons, no neurons.

אין אקסונים, אין נוירונים.

It doesn't get depressed.

צמח לא נהיה מדוכא.

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

צמח לא רוצה לדעת מה התוצאה במשחק.

It doesn't have self-actualization problems.

לצמח אין בעיית מימוש עצמי.

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

אבל מה שכן יש לו זה משהו שמאוד דומה לנו,

which is the ability to communicate using electricity.

שזו היכולת לתקשר בעזרת חשמל.

It just uses slightly different ions than we do,

הוא פשוט משתמש ביונים קצת שונים מאיתנו,

but it's actually doing the same thing.

אבל הוא בעצם עושה את אותו דבר.

So just to show you

אז רק בשביל להראות לכם

the ubiquitous nature of these action potentials,

את היכולת הטבעית להימצא בכל מקום של פוטנציאל הפעולה,

we saw it in the Venus flytrap,

ראינו את זה בדיונאת הזבובים,

we've seen an action potential in the mimosa.

ראינו פוטנציאל פעולה במימוזה.

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

ראינו אפילו פוטנציאל פעולה באדם.

Now, this is the euro of the brain.

עכשיו, זו הדרך של המוח.

It's the way that all information is passed.

זו הדרך שבה כל המידע עובר.

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

אז מה שאנחנו יכולים לעשות זה שאנחנו יכולים להשתמש בפונטציאלי הפעולה האלו

to pass information

בשביל להעביר מידע בין מינים של צמחים.

between species of plants.

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

אז זו התקשורת הבין מינית בין צמחים,

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

ומה שעשינו זה ליצור ניסוי חדש לגמרי

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

שבו אנחנו הולכים לתעד את פוטנציאל הפעולה מדיונאת הזבובים,

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

ואנחנו הולכים לשלוח אותו אל המימוזה הרגישה.

So I want you to recall what happens

אז אני רוצה שתזכרו מה קורה

when we touch the leaves of the mimosa.

כשאנחנו נוגעים בעלים של המימוזה.

It has touch receptors that are sending that information

יש לזה רצפטורים של מגע ששולחים את המידע הזה

back down in the form of an action potential.

בחזרה בצורה של פוטנציאל פעולה.

And so what would happen

ואז מה שיקרה

if we took the action potential from the Venus flytrap

אם ניקח את פוטנציאל הפעולה מדיונאת הזבובים

and sent it into all the stems of the mimosa?

ונשלח אותו לכל הרקמות של המימוזה?

We should be able to create the behavior of the mimosas

אנחנו אמורים להיות מסוגלים לייצר את ההתנהגות של המימוזה

without actually touching it ourselves.

בלי באמת לגעת בה בעצמנו.

And so if you'll allow me,

אז אם תרשו לי,

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

אני הולך ללחוץ ולתת את הגירוי לתחילת הפעולה של המימוזה עכשיו

by touching on the hairs of the Venus flytrap.

על ידי נגיעה באחת השערות של דיונאת הזבובים.

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

אז אנחנו הולכים לשלוח מידע על מגע מצמח אחד לאחר.

So there you see it.

אז הנה אתם רואים את זה.

So --

אז --

(Applause)

(מחיאות כפיים)

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

אז אני מקווה שלמדתם קצת, על לצמחים היום,

and not only that.

ולא רק זה.

You learned that plants could be used to help teach neuroscience

למדתם שניתן להיעזר בצמחים בשביל ללמד על מערכת העצבים והמוח

and bring along the neurorevolution.

ולקדם את המהפכה העצבית.

Thank you.

תודה רבה.

(Applause)

(מחיאות כפיים)