Electrical experiments with plants that count and communicate | Greg Gage

Переводчик: Alena Chernykh Редактор: Yulia Kallistratova

I'm a neuroscientist,

Я нейробиолог

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

и сооснователь Backyard Brains.

and our mission is to train the next generation of neuroscientists

Наша миссия — обучать будущее поколение нейробиологов,

by taking graduate-level neuroscience research equipment

используя университетское оборудование

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

и делая его доступным для учеников средней и старшей школ.

And so when we go into the classroom,

Так вот, заходя в класс,

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

можно заставить детей задуматься о таком сложном органе, как мозге,

is to ask them a very simple question about neuroscience,

задав очень простой вопрос из нейробиологии,

and that is, "What has a brain?"

а именно: «У кого есть мозг?»

When we ask that,

Когда мы его задаём,

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

ученики сразу же отвечают, что мозг есть у собаки или кошки,

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

многие говорят, что мозг есть у мышей и даже у насекомых,

but almost nobody says that a plant or a tree

но практически никто не говорит, что у растения, дерева

or a shrub has a brain.

или кустарника есть мозг.

And so when you push --

И если продолжать дальше —

because this could actually help describe a little bit

а это действительно помогает описать то,

how the brain actually functions --

как мозг функционирует, —

so you push and say,

то вы спрашиваете:

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

«Что же одних живых существ обеспечивает мозгом, а других — нет?»

And often they'll come back with the classification

И дети часто приходят к выводу,

that things that move tend to have brains.

что всё, что может двигаться, скорее всего, обладает мозгом.

And that's absolutely correct.

На самом деле так и есть.

Our nervous system evolved because it is electrical.

Здесь задействована наша нервная система, потому что она электрическая.

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

Она обладает быстродействием, поэтому мы быстро реагируем

and move if we need to.

на любые импульсы и двигаемся при необходимости.

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

Возвращаясь к предыдущей мысли, вы говорите ученику:

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

«Ну, ты сказал, что у растений нет мозга,

but plants do move."

но ведь они же двигаются».

Anyone who has grown a plant

Каждый, кто когда-либо выращивал растение,

has noticed that the plant will move

замечал, что оно поворачивается

and face the sun.

к солнцу.

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

И они отвечают: «Но это же медленное движение.

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

Это не считается. Возможно, это химический процесс».

But what about fast-moving plants?

А как насчёт быстродвигающихся растений?

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

Ещё в 1760 году Артур Доббс, губернатор Северной Каролины,

made a pretty fascinating discovery.

сделал удивительное открытие.

In the swamps behind his house,

На болотах позади своего дома

he found a plant that would spring shut

он обнаружил растение, которое захлопывалось каждый раз,

every time a bug would fall in between it.

когда внутрь него попадало насекомое.

He called this plant the flytrap,

Он назвал это растение «мухоловка»,

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

и в течение десяти лет оно распространилось по всей Европе,

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

где в конце концов его изучением занялся великий Чарльз Дарвин,

and this plant absolutely blew him away.

и растение его совершенно поразило.

He called it the most wonderful plant in the world.

Он назвал его самым прекрасным растением в мире.

This is a plant that was an evolutionary wonder.

Оно воплотило в себе чудо эволюции.

This is a plant that moves quickly,

Во-первых, оно способно быстро двигаться,

which is rare,

что большая редкость,

and it's carnivorous, which is also rare.

а во-вторых, оно плотоядное, что тоже редкость.

And this is in the same plant.

И всё это в одном растении.

But I'm here today to tell you

И сегодня я здесь, чтобы рассказать вам,

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

что это не самая крутая вещь в этом растении.

The coolest thing is that the plant can count.

Самое крутое — это то, что оно умеет считать.

So in order to show that,

Чтобы это продемонстрировать,

we have to get some vocabulary out of the way.

сначала обратимся к терминологии.

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

Сейчас я сделаю то, что мы вместе с учениками делаем на уроках.

We're going to do an experiment on electrophysiology,

Мы проведём эксперимент по электрофизиологии,

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

который записывает электрический сигнал тела,

either coming from neurons or from muscles.

который идёт от нейронов или мышц.

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

Я прикрепляю электроды к запястьям.

As I hook them up,

Когда я их закреплю,

we're going to be able to see a signal

мы сможем увидеть сигнал

on the screen here.

на этом экране.

And this signal may be familiar to you.

Этот сигнал может быть вам знаком.

It's called the EKG, or the electrocardiogram.

Он называется ЭКГ, или электрокардиограмма.

And this is coming from neurons in my heart

Сигнал идёт от нейронов к сердцу,

that are firing what's called action potentials,

это так называемый потенциал действия,

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

потенциал означает напряжение, действие — то, что он быстро движется вверх и вниз,

which causes my heart to fire,

что и заставляет сердце сокращаться,

which then causes the signal that you see here.

а затем это производит сигнал, который мы видим на экране.

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

И поэтому я хочу, чтобы вы запомнили форму, которую мы здесь видим,

because this is going to be important.

так как это нам ещё пригодится.

This is a way that the brain encodes information

Это то, как мозг кодирует информацию

in the form of an action potential.

в виде потенциала действия.

So now let's turn to some plants.

А сейчас давайте вернёмся к нашим растениям.

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

Сначала я покажу вам мимозу,

not the drink, but the Mimosa pudica,

не напиток, а мимозу стыдливую.

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

Это растение родом из Центральной и Южной Америки,

and it has behaviors.

и оно по-разному себя ведёт.

And the first behavior I'm going to show you

Первое поведение, которое я покажу,

is if I touch the leaves here,

если дотронуться до листьев вот так,

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

мы увидим, что листья сжимаются.

And then the second behavior is,

А вот второе поведение —

if I tap the leaf,

если я стукну по листу,

the entire branch seems to fall down.

кажется, что вся ветка опадёт.

So why does it do that?

Почему оно так себя ведёт?

It's not really known to science.

Науке это пока точно не известно.

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

Одной из причин может быть то, что оно отпугивает насекомых

or it looks less appealing to herbivores.

или старается не привлекать внимание травоядных.

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

Но как оно это делает? Очень интересно.

We can do an experiment to find out.

Чтобы выяснить, проведём эксперимент.

So what we're going to do now,

Я собираюсь,

just like I recorded the electrical potential from my body,

точно так же, как я записал электрический сигнал своего тела,

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

записать электрический сигнал этой мимозы.

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

Вокруг стебля я обмотал проволоку,

and I've got the ground electrode where?

а где же заземление?

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

В земле. Это такая шутка инженеров-электриков. Хорошо.

(Laughter)

(Смех)

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

Итак, продолжим. Я дотрагиваюсь до листа

and I want you to look at the electrical recording

и прошу вас посмотреть на запись сигнала,

that we're going to see inside the plant.

который происходит внутри растения.

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

Ого. Он очень сильный. Нужно уменьшить масштаб.

Alright. So what is that?

Хорошо. Так что это?

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

Это потенциал действия, который происходит внутри растения.

Why was it happening?

Почему так происходит?

Because it wanted to move. Right?

Потому что оно хотело совершить движение. Так?

And so when I hit the touch receptors,

И когда я задел сенсорные рецепторы,

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

это направило импульс вниз по стволу

which caused it to move.

и заставило его двигаться.

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

Наши руки приводят в движение мышцы,

but the plant doesn't have muscles.

но у растений нет мышц.

What it has is water inside the cells

Зато внутри их клеток есть вода,

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

и когда напряжение достигает их, оно высвобождает воду,

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

форма клеток меняется и лист падает.

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

ОК. Здесь потенциал действия кодирует информацию для движения.

But can it do more?

Но способен ли он на большее?

So let's go to find out.

Давайте выясним.

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

Вернёмся к нашей хорошей знакомой — венериной мухоловке —

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

посмотрим, что происходит внутри листа,

when a fly lands on here.

когда на него приземляется муха.

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

Притворюсь мухой.

And now here's my Venus flytrap,

Вот моя венерина мухоловка,

and inside the leaf, you're going to notice

внутри листа заметны

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

три маленькие ворсинки и спусковой механизм.

And so when a fly lands --

Когда муха приземляется...

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

я сейчас дотронусь до этих ворсинок.

Ready? One, two, three.

Готовы? Раз, два, три.

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

И что мы получили? Замечательный потенциал действия.

However, the flytrap doesn't close.

Однако мухоловка не закрылась.

And to understand why that is,

Чтобы понять, почему так произошло,

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

нужно узнать побольше информации о поведении мухоловки.

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

Во-первых, на то, чтобы вновь открыться, мухоловке требуется много времени —

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

от одних до двух суток, если внутри нет мухи.

And so it takes a lot of energy.

Так что это требует много энергии.

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

Во-вторых, в течение года ей нужно не так уж и много мух.

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

Лишь горсть. Бóльшую часть энергии она получает от солнца.

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

Она просто пытается заменить некоторые питательные вещества из земли мухами.

And the third thing is,

И в-третьих,

it only opens then closes the traps a handful of times

она то открывает, то закрывает ловушки по несколько раз,

until that trap dies.

пока эта ловушка не отомрёт.

So therefore, it wants to make really darn sure

Поэтому она хочет быть стопроцентно уверена,

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

что внутри есть еда, до того, как мухоловка закроется.

So how does it do that?

И как она это делает?

It counts the number of seconds

Она подсчитывает количество секунд

between successive touching of those hairs.

между последовательными касаниями волосков.

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

Смысл в том, что есть большая вероятность того,

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

что если внутри находится муха, они будут быстро повторяться,

and so when it gets the first action potential,

поэтому с момента первого касания

it starts counting, one, two,

она начинает отсчёт: один, два...

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

Если на счёте двадцать второй сигнал не поступит,

then it's not going to close,

мухоловка не закроется,

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

а если поступит, то закроется.

So we're going to go back now.

Вернёмся назад.

I'm going to touch the Venus flytrap again.

Я снова дотронусь до венериной мухоловки.

I've been talking for more than 20 seconds.

Я сейчас говорил дольше двадцати секунд.

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

Мы видим, что происходит, когда я дотрагиваюсь до ворсинок повторно.

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

Что же получается? Второй потенциал действия,

but again, the leaf doesn't close.

но лист снова не закрылся.

So now if I go back in there

Теперь я возвращаюсь,

and if I'm a fly moving around,

как муха, летающая вокруг,

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

и дотрагиваюсь до листа несколько раз.

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

Я проведу по ним несколько раз.

And immediately,

Мухоловка моментально

the flytrap closes.

закрывается.

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

Мы видим здесь, что мухоловка фактически делает вычисления.

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

Она определяет, есть ли внутри муха,

and then it closes.

и только тогда закрывается.

So let's go back to our original question.

Вернёмся к первоначальному вопросу.

Do plants have brains?

Есть ли у растений мозг?

Well, the answer is no.

Ответ — нет.

There's no brains in here.

У растений нет мозга.

There's no axons, no neurons.

Нет ни аксонов, ни нейронов.

It doesn't get depressed.

У них не бывает депрессии.

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

Им всё равно, какой счёт у Тайгерс.

It doesn't have self-actualization problems.

Они не нуждаются в самореализации.

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

Но кое-что делает их похожими на нас —

which is the ability to communicate using electricity.

это способность общаться с помощью электричества.

It just uses slightly different ions than we do,

Растение просто использует немного другие ионы, в отличие от нас,

but it's actually doing the same thing.

но фактически выполняет те же действия.

So just to show you

Просто продемонстрирую вам

the ubiquitous nature of these action potentials,

вездесущую природу потенциалов действий,

we saw it in the Venus flytrap,

которые мы видели и у венериной мухоловки,

we've seen an action potential in the mimosa.

и у мимозы.

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

Мы наблюдаем потенциал действий даже у человека.

Now, this is the euro of the brain.

Это как разменная монета для мозга.

It's the way that all information is passed.

Это способ передачи информации.

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

Мы можем использовать эти потенциалы действий

to pass information

для передачи информации

between species of plants.

между растениями.

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

Это наш посредник между разновидовыми растениями,

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

мы создали совершенно новый эксперимент,

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

в результате которого мы запишем потенциал действий венериной мухоловки

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

и передадим его мимозе стыдливой.

So I want you to recall what happens

Давайте вспомним, что происходит,

when we touch the leaves of the mimosa.

когда мы дотрагиваемся до листьев мимозы.

It has touch receptors that are sending that information

У неё есть сенсорные рецепторы, которые посылают информацию

back down in the form of an action potential.

обратно вниз в виде потенциала действий.

And so what would happen

Что же произойдёт,

if we took the action potential from the Venus flytrap

если мы возьмём потенциал действий от венериной мухоловки

and sent it into all the stems of the mimosa?

и передадим его стеблю мимозы?

We should be able to create the behavior of the mimosas

По идее, мы можем вызвать реакцию мимоз

without actually touching it ourselves.

без их фактического касания.

And so if you'll allow me,

С вашего позволения

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

я продолжу и «дотронусь» до этой мимозы прямо сейчас

by touching on the hairs of the Venus flytrap.

посредством касания ворсинок венериной мухоловки.

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

То есть мы отправим информацию от одного растения другому посредством касания.

So there you see it.

Именно это вы сейчас и видите.

So --

Итак...

(Applause)

(Аплодисменты)

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

Так что я надеюсь, что сегодня вы узнали немного больше о растениях,

and not only that.

и не только о них.

You learned that plants could be used to help teach neuroscience

Теперь вы знаете, что растения могут помочь в изучении нейробиологии

and bring along the neurorevolution.

и даже поспособствовать нейронной революции.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)