Electrical experiments with plants that count and communicate | Greg Gage

Translator: Mindaugas Baltuška Reviewer: Andrius Družinis-Vitkus

I'm a neuroscientist,

Aš esu neuromokslininkas,

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

taip pat „Backyard Brains“ bedrasteigėjas,

and our mission is to train the next generation of neuroscientists

o mūsų misija yra ugdyti naujos kartos neuromokslininkus

by taking graduate-level neuroscience research equipment

pateikiant tam tikrą neuromokslo tyrimuose naudojamą įrangą

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

vaikams pagrindinėse ir vidurinėse mokyklose.

And so when we go into the classroom,

Taigi, įėjus į klasę, vienas iš būdų

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

leidžiančių pamąstyti apie smegenis, kurios, beje, yra labai sudėtingos,

is to ask them a very simple question about neuroscience,

tai tiesiog paklausti labai paprasto klausimo apie neuromokslą

and that is, "What has a brain?"

kuris yra: „Kas turi smegenis?“

When we ask that,

To paklausus,

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

mokiniai iš karto atsako, jog jų katė ar šuo turi smegenis,

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

dauguma sakys, jog pelė ar net mažas vabzdys turi smegenis,

but almost nobody says that a plant or a tree

tačiau beveik niekas nesako, kad augalas ar medis,

or a shrub has a brain.

ar krūmas turi smegenis.

And so when you push --

Taigi norėdamas paskatinti,

because this could actually help describe a little bit

kadangi, tai galėtų padėti truputį daugiau paaiškinti

how the brain actually functions --

kaip smegenys iš tikrųjų veikia,

so you push and say,

tu klausi:

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

„Kas apsprendžia tai, kuris gyvas sutvėrimas turės smegenis, o kuris ne?“

And often they'll come back with the classification

Ir dažnai jie atsako klasifikuodami,

that things that move tend to have brains.

jog judantys sutvėrimai įprastai turi smegenis.

And that's absolutely correct.

Ir tai yra visiškai teisinga.

Our nervous system evolved because it is electrical.

Mūsų nervų sistema išsivystė, nes ji yra elektrinė.

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

Ji greita, todėl į mus supančius dirgiklius reaguojame greitai,

and move if we need to.

reaguojame judesiu, jeigu reikia.

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

Tačiau galime sugrįžti ir paspausti mokinį:

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

„Taigi, tu sakai, kad augalai neturi smegenų,

but plants do move."

bet jie juk juda.“

Anyone who has grown a plant

Visi, kas yra auginę augalą

has noticed that the plant will move

yra pastebėję, jog augalas juda

and face the sun.

palinkdamas į saulę.

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

Tuomet jie sakys: „Bet tai lėtas judesys.

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

Taigi nesiskaito. Tai gali būti cheminis procesas.“

But what about fast-moving plants?

O kaip apie greitai judančius augalus?

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

1760m. Artūras Dobsas, karališkasis Šiaurės Karolinos gubernatorius,

made a pretty fascinating discovery.

padarė stulbinantį atradimą.

In the swamps behind his house,

Pelkėse, už jo namo,

he found a plant that would spring shut

jis pastebėjo, jog augalas staiga užsidaro,

every time a bug would fall in between it.

kiekvieną kartą vabalui į jį įkritus.

He called this plant the flytrap,

Tą augalą jis pavadino „Musėkautu“,

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

ir per dešimtmetį jis perkeliavo Europą,

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

kol galiausiai didysis Čarlzas Darvinas ėmė tyrinėti šį augalą

and this plant absolutely blew him away.

ir jis buvo visiškai sužavėtas.

He called it the most wonderful plant in the world.

Jį pavadino pačiu nuostabiausiu augalu pasaulyje.

This is a plant that was an evolutionary wonder.

Šis augalas – evoliucijos stebuklas.

This is a plant that moves quickly,

Tai augalas, kuris juda greitai,

which is rare,

kas yra reta

and it's carnivorous, which is also rare.

ir jis mėsėdis, kas taip pat reta.

And this is in the same plant.

Ir visa tai viename augale.

But I'm here today to tell you

Šiandien aš čia, kad pasakyčiau

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

jog tai ne kiečiausios šio augalo savybės.

The coolest thing is that the plant can count.

Šauniausia tai, kad jis gali skaičiuot.

So in order to show that,

Ir tam, kad tai parodyčiau,

we have to get some vocabulary out of the way.

turime patraukti žodyną į šoną.

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

Taigi, darysiu taip, kaip darome klasėje su mokiniais.

We're going to do an experiment on electrophysiology,

Darysime elektrofiziologijos eksperimentą,

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

kurio metu įrašysime kūno elekrinius signalus,

either coming from neurons or from muscles.

sklindančius iš neuronų arba raumenų.

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

Dedu elektrodus sau ant riešų.

As I hook them up,

Juos pritvirtinus,

we're going to be able to see a signal

ekrane galėsime stebėti

on the screen here.

signalą.

And this signal may be familiar to you.

Šis signalas gali pasirodyti pažįstamas.

It's called the EKG, or the electrocardiogram.

Jis vadinamas EKG arba elektrokardiograma.

And this is coming from neurons in my heart

Jis neuronais ateina į mano širdį,

that are firing what's called action potentials,

kuri siunčia, vadinamuosius, elektrinius potencialus.

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

potencialas, tai įtampa ir veiksmas, dėl ko greitai judėdamas aukštyn žemyn,

which causes my heart to fire,

jis priverčia mano širdį dirbti

which then causes the signal that you see here.

kas tuomet sukelia signalą, kurį matote čia,

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

norėčiau, kad įsimintumėte formą, kurią čia matote,

because this is going to be important.

nes tai bus svarbu.

This is a way that the brain encodes information

Tai yra būdas, kaip smegenys šifruoja informaciją

in the form of an action potential.

elektrinių potencialų pagalba.

So now let's turn to some plants.

Taigi, grįžkime prie augalų.

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

Pirmiausia jums pristatysiu mimozą,

not the drink, but the Mimosa pudica,

ne gėrimą, o „Mimosa pudica“,

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

tai augalas randamas Centrinėje ir Pietų Amerikoje,

and it has behaviors.

jis turi savitą elgseną.

And the first behavior I'm going to show you

Pirma, ką jums parodysiu,

is if I touch the leaves here,

tai man palietus lapus,

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

pamatysite, kaip jie susigūžia.

And then the second behavior is,

Antra savybė,

if I tap the leaf,

tai man palietus lapą,

the entire branch seems to fall down.

rodos, jog visa šaka nusvyra.

So why does it do that?

Taigi kodėl taip vyksta?

It's not really known to science.

Kol kas mokslui tai nežinoma.

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

Viena iš priežasčių galėtų būti ta, jog taip jis atbaido vabzdžius

or it looks less appealing to herbivores.

arba toks jis mažiau patrauklus žolėdžiams.

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

Tačiau kaip jis tai padaro? Tai įdomu.

We can do an experiment to find out.

Tam išaiškinti galime padaryti eksperimentą.

So what we're going to do now,

Taigi dabar,

just like I recorded the electrical potential from my body,

taip, kaip įrašėme kūno elektrinį potencialą,

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

tą patį padarysime su šiuo augalu, mimoza.

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

Viskas ką mes dabar padarysime, apsuksime laidą aplink stirbą,

and I've got the ground electrode where?

o kur dėti įžeminimo elektrodą?

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

Į žemę. Tai elektros inžinerijos pokštas. Gerai.

(Laughter)

(Juokas)

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

Taigi, nieko nelaukdamas paliesiu lapą štai čia,

and I want you to look at the electrical recording

noriu, jog atkreiptumėte dėmesį į impulso įrašą,

that we're going to see inside the plant.

kurį pastebėsime augale.

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

Ooo. Jis didelis, turiu jį sumažinti.

Alright. So what is that?

Gerai, tai kas gi tai?

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

Tai elektrinis potencialas, kuris sklinda augalo viduje.

Why was it happening?

Kodėl tai vyksta?

Because it wanted to move. Right?

Juk jis norėjo pajudėt. Taip?

And so when I hit the touch receptors,

Taigi, kai baksteliu į lietimo receptorius,

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

jis siunčia įtampą žemyn, iki pat stiebo pabaigos,

which caused it to move.

kuri sukėlė judesį.

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

Rankose mes judinam raumenis,

but the plant doesn't have muscles.

bet augalai neturi raumenų.

What it has is water inside the cells

Jie turi vandeniu užpildytas ląsteles,

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

ir kai jas pasiekia įtampa, jos atsidaro ir išleidžia vandenį,

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

taip pakeisdamos savo formą. Tuomet lapas nusvyra.

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

Dabar mes matome elektriniu potencialu užkoduotą judesio informaciją. Taip?

But can it do more?

Bet ar jis gali daugiau?

So let's go to find out.

Išsiaiškinkim.

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

Eikime prie mūsų gero draugo musėkauto

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

ir pažiūrėkime kas įvyks lapo viduje,

when a fly lands on here.

kai jame nusileidžia musė.

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

Šį kartą aš apsimesiu muse.

And now here's my Venus flytrap,

Štai mano musėkautas.

and inside the leaf, you're going to notice

Lapo viduje jūs pastebėsite,

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

jog čia yra trys maži plaukeliai, tai iššaukimo plaukeliai.

And so when a fly lands --

Kai musė nusileidžia;

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

Dabar paliesiu vieną plaukelių.

Ready? One, two, three.

Pasiruošę? Vienas, du, trys.

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

Ką mes gauname? Puikų elektrinį potencialą.

However, the flytrap doesn't close.

Nepaisant to, musėkautas neužsidaro.

And to understand why that is,

Norint tai suprasti,

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

mes turime žinoti daugiau apie musėkauto elgseną.

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

Pirma, tai jam prireikia daug laiko vėl paruošti spąstus.

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

Apie 24 - 48 val., jei musės nėra viduje.

And so it takes a lot of energy.

Tai reikalauja daug energijos.

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

Antra, jam nereikia itin daug musių per metus.

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

Užtenka saujelės. Daugiausia energijos gaunama iš saulės

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

Jis taip tik pakeičia maistines medžiagas, kurių trūksta žemėje.

And the third thing is,

Ir trečia,

it only opens then closes the traps a handful of times

prasiverti ir užsiverti spąstai gali tik keletą kartų

until that trap dies.

tuomet spąstai miršta.

So therefore, it wants to make really darn sure

Dėl to, prieš uždarant spąstus,

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

jis nori būti visiškai tikras, jog viduje maistas.

So how does it do that?

Ir kaip jis tai padaro?

It counts the number of seconds

Jis skaičiuoja sekundes

between successive touching of those hairs.

tarp plaukelių sudirginimo.

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

Idėja ta, jog didelė tikimybė,

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

kad viduje musė, kuri bus uždaryta,

and so when it gets the first action potential,

taigi po pirmo elektrinio potencialo.

it starts counting, one, two,

jis skaičiuoja: vienas, du,

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

o kai pasiekia 20, o antro potencialo nėra,

then it's not going to close,

tuomet jis neužsidaro,

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

bet jei tai įvyksta tebeskaičiuojant, jie užsidaro.

So we're going to go back now.

Taigi sugrįžkime.

I'm going to touch the Venus flytrap again.

Aš vėl paliesiu musėkautą.

I've been talking for more than 20 seconds.

Kadangi kalbu daugiau nei 20 sekundžių,

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

mes pamatysime kas nutinka, kai paliesiu plaukelį antrą kartą.

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

Ką mes gauname? Gauname antrą elektrinį potencialą,

but again, the leaf doesn't close.

bet vėlgi, lapas neužsidaro.

So now if I go back in there

Taigi, jei aš sugrįžtu

and if I'm a fly moving around,

ir esu judanti musė,

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

tuomet paliesiu lapą kelis kartus.

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

Aš sugrįšiu ir perbrauksiu kelis sykius.

And immediately,

Ir staiga,

the flytrap closes.

musėkautas užsidaro.

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

Čia mes matome musėkautą atliekant skaičiavimus.

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

Jis sprendžia ar viduje yra musė,

and then it closes.

ir tuomet užsidaro.

So let's go back to our original question.

Sugrįžkime prie mūsų pradinio klausimo.

Do plants have brains?

Ar augalai turi smegenis?

Well, the answer is no.

Atsakymas yra ne.

There's no brains in here.

Čia nėra smegenų.

There's no axons, no neurons.

Čia nėra aksonų, nei neuronų.

It doesn't get depressed.

Jis nesijaučia nelaimingas.

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

Jis nenori žinoti kiek „Tigrai“ turi taškų.

It doesn't have self-actualization problems.

Jis neturi saviraiškos problemų,

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

tačiau tai ką jis turi yra labai panašu mumyse,

which is the ability to communicate using electricity.

tai galimybė komunikuoti naudojant elektrą.

It just uses slightly different ions than we do,

Jis naudoja šiek tiek kitokius jonus, nei mes,

but it's actually doing the same thing.

iš tikro darydamas visiškai tą patį.

So just to show you

Taigi, tik tam, kad jums parodyti

the ubiquitous nature of these action potentials,

šių elektrinių potencialų universalumą,

we saw it in the Venus flytrap,

mes stebėjome musėkautą,

we've seen an action potential in the mimosa.

matėme elektrinį potencialą mimozoje.

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

Mes net gi matėme elektrinį potencialą žmoguje.

Now, this is the euro of the brain.

Tai, kaip euras smegenims.

It's the way that all information is passed.

Tai būdas, kuriuo praeina visa informacija.

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

Ką mes galime padaryti, tai naudoti elektrinius potencialus

to pass information

siunčiant informaciją

between species of plants.

tarp skirtingų rūšių augalų.

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

Tai mūsų tarprūšinis augalų komunikatorius,

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

ir ką mes padėrme, tai sukūrėme visiškai naują eksperimentą,

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

kurio metu mes įrašysime musėkauto elektrinį potencialą

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

ir nusiųsime jį jautriąjai mimozai.

So I want you to recall what happens

Noriu, kad prisimintumėte, kas nutiks,

when we touch the leaves of the mimosa.

kai paliesiu mimozos lapus.

It has touch receptors that are sending that information

Ji turi lietimo receptorius, kurie siunčia informaciją

back down in the form of an action potential.

atgal, elektrinio potencialo pavidalu.

And so what would happen

Kas gi nutiks,

if we took the action potential from the Venus flytrap

jei mes musėkauto elektrinį potencialą

and sent it into all the stems of the mimosa?

nusiųsime visiems mimozos stiebams?

We should be able to create the behavior of the mimosas

Turėtumėm atkurti mimozos elgseną

without actually touching it ourselves.

jos neliesdami.

And so if you'll allow me,

Taigi, jums leidus,

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

aš tai padarysiu dabar,

by touching on the hairs of the Venus flytrap.

paliesdamas vieną iš musėkauto plaukelių.

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

Taip mes persiųsime informaciją apie lietimą, iš vieno augalo į kitą.

So there you see it.

Štai matote.

So --

Taigi –

(Applause)

(Plojimai)

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

Tikiuosi šiandien šiek išmokote apie augalus,

and not only that.

ir ne tik tai.

You learned that plants could be used to help teach neuroscience

Išmokote, kad augalai gali būti naudojami neoromokslo mokymui,

and bring along the neurorevolution.

kartu atnešdami neurorevoliuciją.

Thank you.

Ačiū.

(Applause)

(Plojimai)