Electrical experiments with plants that count and communicate | Greg Gage

Перекладач: Hanna Malienkina Утверджено: Khrystyna Romashko

I'm a neuroscientist,

Я - нейробіолог

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

та співзасновник «Бекйард Брейнс»,

and our mission is to train the next generation of neuroscientists

наша місія - тренування наступного покоління нейробіологів

by taking graduate-level neuroscience research equipment

шляхом надання учням доступу

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

до нейробіологічного дослідного обладнання у середній та старшій школі.

And so when we go into the classroom,

Коли ми заходимо до класної кімнати,

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

один зі шляхів притягнути їх до міркування про мозок, що є дуже складним,

is to ask them a very simple question about neuroscience,

це задати їм дуже просте питання із нейробіологіі:

and that is, "What has a brain?"

«Хто має мозок?»

When we ask that,

Коли ми питаємо це,

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

учні миттєво віповідають, що їх кіт чи собака має мозок,

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

також більшість скаже, що миша чи навіть маленька комаха має мозок,

but almost nobody says that a plant or a tree

але майже ніхто не скаже, що рослина чи дерево,

or a shrub has a brain.

чи чагарник має мозок.

And so when you push --

Коли ми продовжуємо, -

because this could actually help describe a little bit

тому що це допомагає описати,

як мозок функціонує -

how the brain actually functions --

so you push and say,

тож ми продовжуємо і питаємо:

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

«Чому одні живі істоти мають мозок, а інші - ні?»

And often they'll come back with the classification

Часто вони схиляються до класифікування,

that things that move tend to have brains.

що істоти, які рухаються, частіше мають мозок.

And that's absolutely correct.

І це абсолютно вірно.

Наша нервова система еволюціонувала тому, що вона електрична.

Our nervous system evolved because it is electrical.

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

Вона швидка, тож ми можемо швидко реагувати на стимули середовища

and move if we need to.

та рухатись, якщо потрібно.

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

Але якщо повернутись до учня і продовжити:

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

«От ти кажеш, що рослини не мають мозок,

but plants do move."

але ж вони рухаються.»

Anyone who has grown a plant

Кожен, хто вирощував рослину,

has noticed that the plant will move

помічав, що рослина рухається

and face the sun.

і повертається до сонця.

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

Можна сказати: «Але ж це повільний рух.

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

Це не враховується. Це може бути хімічний процес.»

But what about fast-moving plants?

А як щодо рослин, що рухаються швидко?

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

У 1760 році Артур Добс, королівський губернатор Північної Кароліни,

made a pretty fascinating discovery.

зробив дуже цікаве відкриття.

In the swamps behind his house,

У болоті позаду його дома

he found a plant that would spring shut

він знайшов рослину, яка закривалася

every time a bug would fall in between it.

щоразу, коли комаха потрапляла поміж неї.

He called this plant the flytrap,

Він назвав цю рослину мухоловкою,

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

а вже менше ніж за десятиліття, вона потрапила до Європи,

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

де зрештою великий Чарльз Дарвін почав вивчати цю рослину,

and this plant absolutely blew him away.

і вона його просто приголомшила.

He called it the most wonderful plant in the world.

Він назвав її найдивовижнішою рослиною в світі.

This is a plant that was an evolutionary wonder.

Ця рослина була дивом еволюції.

This is a plant that moves quickly,

Ця рослина рухається швидко,

which is rare,

що є рідкістю,

and it's carnivorous, which is also rare.

і вона є м´ясоїдною, що також рідкість.

And this is in the same plant.

І все це одна рослина.

But I'm here today to tell you

Але я хочу сказати,

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

що це навіть не є найцікавішим стосовно цієї рослини.

The coolest thing is that the plant can count.

Найцікавіше те, що рослина вміє рахувати.

So in order to show that,

Щоб показати це,

we have to get some vocabulary out of the way.

нам треба прояснити термінологію.

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

Тому я зроблю те, що ми робимо з учнями в аудиторіі.

We're going to do an experiment on electrophysiology,

Ми проведемо експеримент з електрофізіології,

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

що полягає у фіксації електричних сигналів тіла,

either coming from neurons or from muscles.

які надходять з нервів або м´язів.

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

Тож я чіпляю електроди на зап'ястя.

As I hook them up,

Щойно я підключу їх,

we're going to be able to see a signal

ми зможемо побачити сигнал

on the screen here.

на екрані.

And this signal may be familiar to you.

Цей сигнал може бути вам знайомим.

It's called the EKG, or the electrocardiogram.

Це називається ЕКГ, або електрокардіограма.

And this is coming from neurons in my heart

Це йде від нервів у моєму серці,

that are firing what's called action potentials,

які стимулюють те, що називається потенціалом дії,

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

потенціал - це напруга, а дія - це швидкий рух вгору та вниз,

which causes my heart to fire,

що спричиняє роботу мого серця,

which then causes the signal that you see here.

яка, в свою чергу, стимулює сигнал, який ви бачите тут.

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

Я прошу вас запам‘ятати форму того, що ми побачимо тут,

because this is going to be important.

тому що це важливо.

This is a way that the brain encodes information

Це те, як мозок шифрує інформацію

in the form of an action potential.

у вигляді потенціалу дії.

So now let's turn to some plants.

Тож, повернемося до рослин.

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

По-перше, я хочу познайомити вас з мімозою,

not the drink, but the Mimosa pudica,

не напоєм, а Mimoza pudica (мімоза сором‘язлива),

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

це рослина, що була знайдена у Цениральній та Південній Америці,

and it has behaviors.

і вона рухається.

And the first behavior I'm going to show you

Перший вид руху, який я покажу вам,

is if I touch the leaves here,

відбувається, коли я торкаюсь листя тут,

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

ви бачите, що листя згортається.

And then the second behavior is,

Другий вид руху відбувається,

if I tap the leaf,

якщо я торкаю лист,

the entire branch seems to fall down.

вся гілка опадає.

So why does it do that?

Чому вона це робить?

It's not really known to science.

Науці достовірно невідомо.

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

Одна з можливих причин - це відлякування комах

or it looks less appealing to herbivores.

або приховування від травоїдних тварин.

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

Але як вона це робить? Це вже цікавіше.

We can do an experiment to find out.

Ми можемо провести експеримент і дізнатися.

So what we're going to do now,

Ми зробимо наступне:

just like I recorded the electrical potential from my body,

так само, як я фіксував електричний потенціал свого тіла,

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

ми зафіксуємо електричний потенціал мімози.

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

В мене тут є дріт, обгорнутий навколо стебла,

and I've got the ground electrode where?

і в мене є наземний електрод, де?

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

У ґрунті. Це жарт електротехніків. Гаразд.

(Laughter)

(Сміх)

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

Добре. Я почну і торкнуся листа тут,

and I want you to look at the electrical recording

і я хочу, щоб ви подивилися на електричний запис,

that we're going to see inside the plant.

що ми побачимо всередині рослини.

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

Вау. Він такий великий, треба масштабувати.

Alright. So what is that?

Добре. Тож, що це?

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

Це потенціал діі, що відбувається всередині рослини.

Why was it happening?

Чому це відбулось?

Because it wanted to move. Right?

Тому що вона хотіла рухатись. Так?

And so when I hit the touch receptors,

Тому, коли я торкнувся тактильних рецепторів,

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

вона передала напругу до самого кінця стебла,

which caused it to move.

що викликало його рух.

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

В наших руках ми би рухали наши м´язи,

but the plant doesn't have muscles.

але рослина не має м´язів.

What it has is water inside the cells

Вона має воду всередині клітин,

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

і коли напруга досягає клітину, вона відкривається, вивільняє воду,

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

змінюється форма клітин, і лист опадає.

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

Тож. Ми бачимо потенціал діі, який шифрує інформацію руху. Добре?

But can it do more?

Але чи може він більше?

So let's go to find out.

Давайте дізнаємося.

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

Звернімося до нашого доброго друга, Венериноі мухоловки,

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

і подивимося, що відбувається всередині листа,

when a fly lands on here.

коли муха приземляється на ньому.

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

Тож, зараз я прикинуся мухою.

And now here's my Venus flytrap,

Ось моя Венерина мухоловка,

and inside the leaf, you're going to notice

а всередині листа ви помітите

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

три маленьких волоски, це - волоски-ініціатори.

And so when a fly lands --

Коли муха приземляється -

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

зараз я торкнусь одного з волосків.

Ready? One, two, three.

Готові? Один, два, три.

Що ми отримали? Ми отримали прекрасний потенціал дії.

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

However, the flytrap doesn't close.

Однак, мухоловка не закрилася.

And to understand why that is,

Щоб зрозуміти, чому так,

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

нам треба знати трохи більше про поведінку мухоловки.

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

По-перше, треба багато часу для того, щоб відкрити пастку знов -

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

десь від 24 до 48 годин, якщо всередині немає мухи.

And so it takes a lot of energy.

І на це потрібно багато енергії.

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

По-друге, їй не потрібно з‘їдати багато мух протягом року.

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

Лише кілька. Адже рослина отримує більшість енергії від сонця.

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

Це лише для заміщення деяких поживних речовин з ґрунту.

And the third thing is,

І, по-третє,

it only opens then closes the traps a handful of times

вона може відкрити і закрити пастку лише кілька разів,

until that trap dies.

потім пастка відмирає.

So therefore, it wants to make really darn sure

Таким чином, вона хоче бути впевнена,

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

що всередині є їжа, перед тим, як закритися.

So how does it do that?

Як вона це робить?

It counts the number of seconds

Вона рахує кількість секунд

between successive touching of those hairs.

між послідовними торканнями тих волосків.

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

Ідея у тому, що тоді є висока вирогідність того,

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

що всередині є муха, коли вона закриється,

і коли вона отримує перший потенціал дії,

and so when it gets the first action potential,

вона починає рахувати, один, два,

it starts counting, one, two,

і якщо вона доходить до 20, і повторного стимулу немає,

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

тоді вона не закриється,

then it's not going to close,

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

але якщо у проміжку стимул є, то мухоловка закриється.

Повернемося.

So we're going to go back now.

I'm going to touch the Venus flytrap again.

Я доторкнусь до Венериноі мухоловки знову.

I've been talking for more than 20 seconds.

Я говорив довше 20 секунд.

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

Ми можемо побачити, що трапиться, коли я доторкнусь до волоска вдруге.

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

Що ми отримали? Ми отримали другий потенціал дії,

but again, the leaf doesn't close.

але знову, лист не закрився.

So now if I go back in there

Тож, якщо я повернусь туди знов,

and if I'm a fly moving around,

і якщо я - рухлива муха,

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

я буду торкатися листа кілька разів.

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

Я торкнусь його кілька разів.

And immediately,

І миттєво

the flytrap closes.

мухоловка закривається.

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

Тож ми побачили, як мухоловка насправді робила розрахунки.

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

Вона визначає, чи є муха всередині пастки,

and then it closes.

і потім закривається.

So let's go back to our original question.

Повернемося до нашого початкового питання.

Do plants have brains?

Чи є мозок у рослин?

Well, the answer is no.

Відповіддю буде ні.

There's no brains in here.

Тут немає мозку.

There's no axons, no neurons.

Немає аксонів, немає нейронів.

It doesn't get depressed.

Вона не може засмутитися.

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

Вона не хоче знати рахунок бейсбольної команди Тигрів

It doesn't have self-actualization problems.

В неї немає проблем з самореалізацією.

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

Але вона має дещо дуже схоже на нас,

which is the ability to communicate using electricity.

і це - здатність спілкуватися, використовуючи електрику.

It just uses slightly different ions than we do,

Вона лише використовує трохи інші йони, ніж ми,

but it's actually doing the same thing.

але вона робить те ж саме.

So just to show you

Тож щоб показати вам

the ubiquitous nature of these action potentials,

повсюдну природу потенціалів дій,

we saw it in the Venus flytrap,

ми бачили його у Венериній мухоловці,

we've seen an action potential in the mimosa.

ми бачили потенціал дії у мемозі.

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

Ми бачили потенціал дії у людині.

Now, this is the euro of the brain.

І це - євро для мозку.

It's the way that all information is passed.

Це спосіб передавати усю інформацію.

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

Що ми можемо робити - це використовувати ці потенціали діі,

to pass information

щоб передавати інформацію

between species of plants.

між видами рослин.

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

Отже, це - наш міжвидовий міжрослинний комунікатор,

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

ми створили абсолютно новий експеримент,

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

в якому ми запишемо потенціал діі Венериної мухоловки

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

і передамо його чутливій мімозі.

Я хочу, щоб ви пригадали, що відбувається,

So I want you to recall what happens

when we touch the leaves of the mimosa.

коли ми торкаємось листя мімози.

It has touch receptors that are sending that information

Вона має тактильні рецептори, що передають цю інформацію

back down in the form of an action potential.

по стеблу у формі потенціалу діі.

And so what would happen

Що ж трапиться,

if we took the action potential from the Venus flytrap

якщо ми візьмемо потенціал дії Венериноі мухоловки

and sent it into all the stems of the mimosa?

і передамо його у стебла мімози?

We should be able to create the behavior of the mimosas

Ми маємо спровокувати рух мімози

without actually touching it ourselves.

не торкаючись її самі.

And so if you'll allow me,

Якщо дозволите,

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

я почну і прямо зараз передам сигнал мімозі,

by touching on the hairs of the Venus flytrap.

доторкнувшись до волосків Венериної мухоловки.

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

Ми передамо інформацію про дотик від однієї рослини до іншої.

So there you see it.

Ось, ви бачите.

So --

Отже...

(Applause)

(Оплески)

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

Сподіваюсь, сьогодні ви дізнались щось нове про рослини,

and not only that.

і не лише.

You learned that plants could be used to help teach neuroscience

Ви дізнались, що рослини можуть стати у нагоді для навчання нейробіологіі

and bring along the neurorevolution.

та здійснити нейрореволюцію.

Thank you.

Дякую.

(Оплески)

(Applause)