Electrical experiments with plants that count and communicate | Greg Gage

Tłumaczenie: Jolanta Dohrmann Korekta: Sylwia Gliniewicz

I'm a neuroscientist,

Jestem neurobiologiem

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

i współzałożycielem Backyard Brains.

and our mission is to train the next generation of neuroscientists

Naszym celem jest wykształcenie następnej generacji neurobiologów.

by taking graduate-level neuroscience research equipment

Bierzemy sprzęt używany na studiach

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

i udostępniamy go uczniom w gimnazjach i liceach.

And so when we go into the classroom,

Podczas prezentacji w klasie,

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

żeby pobudzić ich do myślenia o mózgu,

który jest skomplikowany,

is to ask them a very simple question about neuroscience,

zadajemy proste pytanie z neurobiologii:

and that is, "What has a brain?"

"Co ma mózg?".

When we ask that,

Kiedy o to pytamy,

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

uczniowie natychmiast odpowiadają, że kot albo pies ma mózg.

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

Większość odpowie, że nawet mysz lub insekt ma mózg.

but almost nobody says that a plant or a tree

Prawie nikt nie powie, że roślina, drzewo

or a shrub has a brain.

czy krzak ma mózg.

And so when you push --

Wtedy zaczynamy drążyć.

because this could actually help describe a little bit

Pomaga to pokazać,

how the brain actually functions --

jak działa mózg.

so you push and say,

Drążymy więc.

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

"Dlaczego pewne organizmy mają mózg, a inne nie?"

And often they'll come back with the classification

Wtedy często jako kryterium posiadania mózgu

that things that move tend to have brains.

podają zdolność poruszania się.

And that's absolutely correct.

To się oczywiście zgadza.

Układ nerwowy wyewoluował,

Our nervous system evolved because it is electrical.

bo bazuje na impulsach elektrycznych.

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

Jest szybki, żebyśmy mogli szybko

odpowiadać na bodźce i wykonać ruch, jeśli to konieczne.

and move if we need to.

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

Żeby drążyć głębiej, mówimy uczniom:

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

"Powiedzieliście, że rośliny nie mają mózgu,

but plants do move."

ale przecież się poruszają".

Anyone who has grown a plant

Każdy, kto ma roślinę,

has noticed that the plant will move

wie, że rośliny się poruszają

and face the sun.

i kierują w stronę słońca.

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

Słyszymy: "Tak, ale poruszają się powoli.

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

To się nie liczy.

Może to być proces chemiczny".

But what about fast-moving plants?

Ale co z szybko poruszającymi się roślinami?

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

W 1760 roku Arthur Dobbs, gubernator Karoliny Północnej,

made a pretty fascinating discovery.

dokonał fascynującego odkrycia.

In the swamps behind his house,

Na bagnach za domem

he found a plant that would spring shut

znalazł roślinę, która zamykała się błyskawicznie,

every time a bug would fall in between it.

kiedy owad wpadł między jej blaszki.

He called this plant the flytrap,

Nazwał ją muchołówką.

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

W ciągu dekady zawędrowała do Europy,

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

gdzie badał ją Charles Darwin.

and this plant absolutely blew him away.

Był nią zafascynowany.

He called it the most wonderful plant in the world.

Nazwał ją najwspanialszą rośliną na ziemi.

This is a plant that was an evolutionary wonder.

To był ewolucyjny cud.

This is a plant that moves quickly,

Roślina, która porusza się szybko,

which is rare,

jest rzadkością.

and it's carnivorous, which is also rare.

Jest mięsożerna, co jest równie rzadkie.

And this is in the same plant.

To ta sama roślina.

But I'm here today to tell you

Jestem tutaj, żeby pokazać

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

coś znacznie bardziej zadziwiającego.

The coolest thing is that the plant can count.

Najwspanialsze jest to, że ta roślina potrafi liczyć.

So in order to show that,

Żeby to pokazać,

we have to get some vocabulary out of the way.

najpierw wyjaśnimy kilka pojęć.

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

Tak samo jak podczas lekcji.

We're going to do an experiment on electrophysiology,

Przeprowadzimy eksperyment z elektrofizjologii,

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

czyli zrobimy zapis impulsu elektrycznego

either coming from neurons or from muscles.

wysłanego przez neurony albo mięśnie.

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

Podłączam elektrody do nadgarstków.

Kiedy je podłączę,

As I hook them up,

we're going to be able to see a signal

na ekranie pojawi się sygnał.

on the screen here.

And this signal may be familiar to you.

Pewnie go znacie.

It's called the EKG, or the electrocardiogram.

Nazywamy go EKG albo elektrokardiogramem.

And this is coming from neurons in my heart

Pochodzi z neuronów w sercu

that are firing what's called action potentials,

przewodzących potencjały czynnościowe.

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

Potencjał oznacza napięcie, a czynność - to ruch w górę i w dół,

which causes my heart to fire,

który pobudza reakcję serca

which then causes the signal that you see here.

widoczną jako sygnał.

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

Zapamiętajcie kształt, na który będziemy patrzeć,

because this is going to be important.

bo to ważne.

W ten sposób mózg koduje informacje,

This is a way that the brain encodes information

in the form of an action potential.

jako potencjał czynnościowy.

So now let's turn to some plants.

Przetestujmy rośliny.

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

Zaczniemy od mimozy.

not the drink, but the Mimosa pudica,

Nie koktajlu, ale rośliny Mimosa pudica.

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

Pochodzi z Ameryki Centralnej i Południowej

i zachowuje się ciekawie.

and it has behaviors.

And the first behavior I'm going to show you

Pierwsze zachowanie, które pokażę,

jest reakcją liści na dotyk.

is if I touch the leaves here,

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

Widzimy, że się zamykają.

And then the second behavior is,

Drugie zachowanie,

if I tap the leaf,

gdy lekko uderzę w liść, gałązka opada.

the entire branch seems to fall down.

So why does it do that?

Dlaczego tak reaguje?

It's not really known to science.

Naukowcy nie wiedzą.

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

Jednym z powodów może być zamiar odstraszenia owadów

or it looks less appealing to herbivores.

lub mniej atrakcyjny wygląd dla roślinożerców.

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

Jak ona to robi?

To ciekawe.

We can do an experiment to find out.

Przeprowadzimy eksperyment, żeby to zbadać.

So what we're going to do now,

Tak jak zarejestrowaliśmy potencjały elektryczne w moim ciele,

just like I recorded the electrical potential from my body,

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

zarejestrujemy potencjały elektryczne u tej rośliny, mimozy.

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

Mam przewód owinięty wokół łodygi.

and I've got the ground electrode where?

Gdzie będzie uziemiony?

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

W ziemi - to taki dowcip elektryków.

(Laughter)

(Śmiech)

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

Zacznę od lekkiego stuknięcia w liść.

and I want you to look at the electrical recording

Spójrzmy na elektryczny zapis tego, co dzieje się wewnątrz rośliny.

that we're going to see inside the plant.

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

Tak duży skok, że muszę to zmniejszyć.

Alright. So what is that?

Co to jest?

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

To potencjał czynnościowy zarejestrowany w roślinie.

Why was it happening?

Skąd się wziął?

Bo roślina chciała się poruszyć.

Because it wanted to move. Right?

And so when I hit the touch receptors,

Kiedy uderzyłem w receptory dotyku,

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

napięcie wysłane do końca łodygi wywołało ruch.

which caused it to move.

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

My poruszylibyśmy mięśnie,

but the plant doesn't have muscles.

ale rośliny ich nie mają.

What it has is water inside the cells

Rośliny mają w komórkach wodę.

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

Kiedy napięcie dociera do komórek, otwierają się i uwalniają wodę.

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

To zmienia ich kształt i liść opada.

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

Tak wygląda potencjał czynnościowy kodujący informację o ruchu.

But can it do more?

Czy możemy zrobić coś więcej?

So let's go to find out.

Sprawdźmy.

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

Zajmiemy się muchołówką.

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

Popatrzmy, co dzieje się wewnątrz liścia,

when a fly lands on here.

kiedy ląduje na nim mucha.

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

Będę udawał muchę.

And now here's my Venus flytrap,

To jest muchołówka.

and inside the leaf, you're going to notice

Na liściu widzimy trzy małe włoski.

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

To są włoski czuciowe.

And so when a fly lands --

Kiedy mucha ląduje...

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

Dotknę teraz jednego z włosków.

Ready? One, two, three.

Gotowi?

Raz, dwa, trzy.

Co się stało?

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

Wywołaliśmy potencjał czynnościowy.

However, the flytrap doesn't close.

Jednak muchołówka się nie zamyka.

And to understand why that is,

Żeby zrozumieć dlaczego,

musimy wiedzieć więcej o zachowaniu muchołówki.

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

Po pierwsze,

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

ponowne otworzenie blaszek zabiera dużo czasu.

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

Około 24 do 48 godzin, jeśli nie ma tam muchy.

And so it takes a lot of energy.

Kosztuje to dużo energii.

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

Po drugie, nie musi jeść wielu much w ciągu roku.

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

Tylko kilka, a większość energii czerpie ze słońca.

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

Muchy dostarczają składników odżywczych nieobecnych w glebie.

And the third thing is,

Po trzecie, jej blaszki otwierają i zamykają się tylko kilka razy,

it only opens then closes the traps a handful of times

until that trap dies.

dopóki pułapka nie obumrze.

So therefore, it wants to make really darn sure

Dlatego chce być pewna,

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

że w pułapce znajduje się "posiłek", zanim zamknie blaszki.

So how does it do that?

Skąd to wie?

It counts the number of seconds

Liczy sekundy

between successive touching of those hairs.

między kolejnymi dotknięciami włosków.

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

Kiedy ma pewność,

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

że w środku jest mucha, chce poruszyć się szybko.

Od pierwszego potencjału czynnościowego

and so when it gets the first action potential,

zaczyna liczyć: jeden, dwa,

it starts counting, one, two,

jak dojdzie do 20 i nie pojawi się sygnał,

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

wtedy nie zamyka blaszek.

then it's not going to close,

Gdy otrzyma drugi sygnał w tym czasie, zamyka się.

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

Wracamy do eksperymentu.

So we're going to go back now.

I'm going to touch the Venus flytrap again.

Ponownie dotknę muchołówki.

Mówiłem dłużej niż 20 sekund.

I've been talking for more than 20 seconds.

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

Zobaczmy, co się stanie, kiedy dotknę włoska drugi raz.

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

Co się stało?

Mamy drugi potencjał czynnościowy,

ale liść się nie zamknął.

but again, the leaf doesn't close.

So now if I go back in there

Kiedy dotknę znowu,

and if I'm a fly moving around,

a gdybym był muchą chodzącą po liściu,

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

dotknąłbym włosków kilka razy.

Dotknę jeszcze kilka razy,

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

And immediately,

Natychmiast muchołówka się zamyka.

the flytrap closes.

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

Widzimy, że muchołówka dokonuje obliczeń.

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

Próbuje określić, czy mucha jest w pułapce,

and then it closes.

a potem się zamyka.

So let's go back to our original question.

Wróćmy do naszego pytania wyjściowego.

Do plants have brains?

Czy rośliny mają mózg?

Well, the answer is no.

Odpowiedź brzmi: nie.

There's no brains in here.

Nie mają mózgu.

There's no axons, no neurons.

Nie mają ani aksonów, ani neuronów.

It doesn't get depressed.

Nie zapadają na depresję.

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

Nie chcą poznać wyniku meczu Tigersów.

Nie mają problemu z samorealizacją.

It doesn't have self-actualization problems.

Ale coś je z nami łączy.

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

which is the ability to communicate using electricity.

Umiejętność porozumiewania się przy pomocy elektryczności.

It just uses slightly different ions than we do,

Wykorzystują trochę inne jony,

but it's actually doing the same thing.

ale funkcjonują tak samo.

So just to show you

Zaprezentuję powszechność potencjałów czynnościowych,

the ubiquitous nature of these action potentials,

we saw it in the Venus flytrap,

które zaobserwowaliśmy w muchołówce,

we've seen an action potential in the mimosa.

w mimozie

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

i u człowieka.

Now, this is the euro of the brain.

To waluta wykorzystywana przez mózg.

It's the way that all information is passed.

Sposób przekazywania informacji.

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

Można wykorzystać potencjały czynnościowe

to pass information

do przekazania informacji

between species of plants.

między różnymi gatunkami roślin.

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

To jest międzygatunkowa rozmowa między roślinami.

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

Zaprojektowaliśmy nowy eksperyment.

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

Zarejestrujemy potencjał czynnościowy muchołówki amerykańskiej

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

i wyślemy go do wrażliwej mimozy.

So I want you to recall what happens

Pamiętacie, co się stało

when we touch the leaves of the mimosa.

po dotknięciu liści mimozy?

It has touch receptors that are sending that information

Jej receptory dotyku przesyłają informacje

back down in the form of an action potential.

w formie potencjału czynnościowego.

And so what would happen

Co by się stało,

if we took the action potential from the Venus flytrap

gdybyśmy wykorzystali potencjał czynnościowy muchołówki

and sent it into all the stems of the mimosa?

i przesłali go do łodyg mimozy?

We should be able to create the behavior of the mimosas

Powinniśmy wywołać reakcję w mimozie bez dotykania jej.

without actually touching it ourselves.

And so if you'll allow me,

Pozwólcie, że zacznę.

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

Pobudzę mimozę przez dotknięcie

by touching on the hairs of the Venus flytrap.

włosków w muchołówce.

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

Prześlemy informacje o dotyku z jednej rośliny do drugiej

So there you see it.

Sami widzicie.

So --

(Applause)

(Brawa)

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

Mam nadzieję, że nauczyliście się dzisiaj czegoś o roślinach.

and not only that.

I nie tylko.

You learned that plants could be used to help teach neuroscience

Rozumiecie, że rośliny pomagają w nauczaniu neurobiologii

a także neurorewolucji.

and bring along the neurorevolution.

Thank you.

Dziękuję.

(Brawa)

(Applause)