I'm a neuroscientist, and I'm the co-founder of Backyard Brains, and our mission is to train the next generation of neuroscientists by taking graduate-level neuroscience research equipment and making it available for kids in middle schools and high schools.
Saya seorang ahli saraf, dan saya membantu pendirian Backyard Brains, dan misi kami adalah melatih calon generasi ilmuwan saraf berikutnya dengan mengubah alat penelitian neurosains tingkat pascasarjana menjadi alat yang bisa dipakai oleh anak-anak SMP dan SMA.
And so when we go into the classroom, one way to get them thinking about the brain, which is very complex, is to ask them a very simple question about neuroscience, and that is, "What has a brain?" When we ask that, students will instantly tell you that their cat or dog has a brain, and most will say that a mouse or even a small insect has a brain, but almost nobody says that a plant or a tree or a shrub has a brain. And so when you push -- because this could actually help describe a little bit how the brain actually functions -- so you push and say, "Well, what is it that makes living things have brains versus not?" And often they'll come back with the classification that things that move tend to have brains. And that's absolutely correct. Our nervous system evolved because it is electrical. It's fast, so we can quickly respond to stimuli in the world and move if we need to. But you can go back and push back on a student, and say, "Well, you know, you say that plants don't have brains, but plants do move." Anyone who has grown a plant has noticed that the plant will move and face the sun. But they'll say, "But that's a slow movement. You know, that doesn't count. That could be a chemical process." But what about fast-moving plants?
Saat kita masuk kelas, salah satu cara membuat mereka berpikir tentang otak, yang sangatlah rumit, adalah dengan memberi pertanyaan sederhana tentang neurosains, yaitu, "Makhluk apa yang punya otak?" Saat kami menanyakannya, para murid segera menjawab bahwa kucing dan anjing punya otak, dan hampir semua akan mengatakan bahwa tikus bahkan serangga kecil punya otak, namun hampir semua tidak menyebut tanaman atau pohon atau semak punya otak. Saat kita tanya lebih jauh -- karena hal ini bisa sedikit membantu mendeskripsikan bagaimana cara kerja otak sebenarnya -- saat kita tanya lagi, "Mengapa ada makhluk hidup yang punya otak dan ada yang tidak?" Sering mereka menjawabnya berdasarkan pengelompokkan bahwa makhluk yang bergerak biasanya punya otak. Jawaban itu sangat tepat. Sistem saraf berevolusi karena memanfaatkan listrik. Karena prosesnya cepat, kita bisa merespons stimulus dengan singkat dan bergerak jika dibutuhkan. Tetapi kita masih bisa mendesak lagi, dan membantah, "kamu bilang tanaman tak punya otak, tetapi tanaman bisa bergerak." Semua yang pernah menanam pasti sadar bahwa tanaman akan bergerak dan mengarah ke matahari. Mereka akan menjawab, "Itu kan gerak lambat. Tidak bisa disamakan. Itu mungkin proses kimiawi." Lalu bagaimana dengan tanaman yang bergerak cepat?
Now, in 1760, Arthur Dobbs, the Royal Governor of North Carolina, made a pretty fascinating discovery. In the swamps behind his house, he found a plant that would spring shut every time a bug would fall in between it. He called this plant the flytrap, and within a decade, it made its way over to Europe, where eventually the great Charles Darwin got to study this plant, and this plant absolutely blew him away. He called it the most wonderful plant in the world. This is a plant that was an evolutionary wonder. This is a plant that moves quickly, which is rare, and it's carnivorous, which is also rare. And this is in the same plant. But I'm here today to tell you that's not even the coolest thing about this plant. The coolest thing is that the plant can count.
Pada tahun 1760, Arthur Dobbs, Gubernur Kerajaan di Carolina Utara, menemukan hal yang sangat menarik. Di rawa belakang rumahnya, ia menemukan sebuah tanaman yang akan mengatup cepat setiap kali ada serangga hinggap di antara daunnya. Ia menyebutnya tanaman "flytrap" (penjebak lalat), dan dalam kurun satu dekade, tanaman itu mencapai Eropa, hingga akhirnya Charles Darwin bisa mempelajari tanaman ini, dan tanaman ini mengejutkannya. Ia menyebutnya sebagai tanaman paling ajaib di dunia. Tanaman ini adalah keajaiban evolusi. Tanaman ini bisa bergerak dengan cepat, hal yang langka, dan tanaman karnivora, yang juga langka. Dua hal langka di satu tanaman. Tetapi akan saya perlihatkan bahwa bukan cuma itu yang keren dari tanaman ini. Yang paling keren adalah tanaman ini bisa berhitung.
So in order to show that, we have to get some vocabulary out of the way. So I'm going to do what we do in the classroom with students. We're going to do an experiment on electrophysiology, which is the recording of the body's electrical signal, either coming from neurons or from muscles. And I'm putting some electrodes here on my wrists. As I hook them up, we're going to be able to see a signal on the screen here. And this signal may be familiar to you. It's called the EKG, or the electrocardiogram. And this is coming from neurons in my heart that are firing what's called action potentials, potential meaning voltage and action meaning it moves quickly up and down, which causes my heart to fire, which then causes the signal that you see here. And so I want you to remember the shape of what we'll be looking at right here, because this is going to be important. This is a way that the brain encodes information in the form of an action potential.
Untuk menunjukkannya, kita harus kenali dulu istilah-istilahnya. Saya akan ulangi percobaan yang saya lakukan di kelas bersama siswa-siswa. Kita akan melakukan percobaan elektrofisiologi, yaitu merekam sinyal listrik tubuh, baik yang berasal dari neuron maupun dari otot. Saya pasang elektroda di pergelangan tangan. Saat saya sambungkan, kita akan dapat melihat sinyal itu pada layar ini. Sinyal ini mungkin tak asing bagi Anda. Ini disebut EKG, atau elektrokardiogram. Sinyal ini berasal dari neuron di jantung saya yang sedang menembakkan potensial aksi, potensial berarti voltase sedangkan aksi berarti bergerak cepat naik dan turun, yang membuat jantung saya terpacu dan itu menimbulkan sinyal yang Anda lihat di sini. Tolong diingat-ingat bentuk yang tampak di sini, karena nanti ini sangat penting. Ini adalah cara otak menyandi informasi dalam bentuk potensial aksi.
So now let's turn to some plants. So I'm going to first introduce you to the mimosa, not the drink, but the Mimosa pudica, and this is a plant that's found in Central America and South America, and it has behaviors. And the first behavior I'm going to show you is if I touch the leaves here, you get to see that the leaves tend to curl up. And then the second behavior is, if I tap the leaf, the entire branch seems to fall down. So why does it do that? It's not really known to science. One of the reasons why could be that it scares away insects or it looks less appealing to herbivores. But how does it do that? Now, that's interesting. We can do an experiment to find out.
Sekarang kita pasang ini pada tanaman. Saya perkenalkan terlebih dahulu tanaman mimosa, bukan minuman mimosa, tetapi tanaman <i>Mimosa pudica</i>, tanaman yang berasal dari Amerika Tengah dan Amerika Selatan, dan punya beberapa perilaku unik. Perilaku pertama akan saya tunjukkan jika saya sentuh daunnya di bagian ini, lihatlah daunnya akan cenderung mengatup. Perilaku yang kedua adalah, jika saya ketuk daunnya, satu keseluruhan cabang akan layu. Mengapa mimosa melakukannya? Belum banyak terkuak oleh sains. Salah satu alasannya mungkin untuk menakuti serangga atau agar tampak tak menarik bagi herbivora. Tetapi bagaimana caranya? Ini sungguh menarik. Kita bisa melakukan percobaan untuk tahu itu.
So what we're going to do now, just like I recorded the electrical potential from my body, we're going to record the electrical potential from this plant, this mimosa. And so what we're going to do is I've got a wire wrapped around the stem, and I've got the ground electrode where? In the ground. It's an electrical engineering joke. Alright.
Yang akan kita lakukan adalah, seperti tadi saya merekam potensial listrik tubuh saya, kita akan merekam potensial listrik tanaman mimosa ini. Saya sudah pasangkan kawat di sekeliling batangnya, dan di mana saya pasangkan elektroda <i>ground</i>? Di tanah. Ini lelucon dunia teknik elektro.
(Laughter)
(Tertawa)
Alright. So I'm going to go ahead and tap the leaf here, and I want you to look at the electrical recording that we're going to see inside the plant. Whoa. It is so big, I've got to scale it down. Alright. So what is that? That is an action potential that is happening inside the plant. Why was it happening? Because it wanted to move. Right? And so when I hit the touch receptors, it sent a voltage all the way down to the end of the stem, which caused it to move. And now, in our arms, we would move our muscles, but the plant doesn't have muscles. What it has is water inside the cells and when the voltage hits it, it opens up, releases the water, changes the shape of the cells, and the leaf falls.
Saya akan ketuk daun di bagian ini, perhatikanlah rekaman listriknya yang akan terdeteksi dari dalam tanaman. Wah. Besar sekali. Saya akan memperkecil tampilannya. Apakah itu? Itulah potensial aksi yang sedang terjadi di dalam tanaman. Mengapa ini terjadi? Karena ia ingin bergerak, kan? Jadi saat saya menyentuh reseptor sentuhan, tanaman mengirimkan voltase menuju pangkal tangkai, yang memicunya bergerak. Pada lengan kita, ototlah yang akan digerakkan, tetapi tanaman tidak punya otot. Yang ia punya adalah air di dalam sel maka saat voltase mencapainya, sel akan melepaskan air, mengubah bentuk sel, menyebabkan daun layu.
OK. So here we see an action potential encoding information to move. Alright? But can it do more? So let's go to find out. We're going to go to our good friend, the Venus flytrap here, and we're going to take a look at what happens inside the leaf when a fly lands on here. So I'm going to pretend to be a fly right now. And now here's my Venus flytrap, and inside the leaf, you're going to notice that there are three little hairs here, and those are trigger hairs. And so when a fly lands -- I'm going to touch one of the hairs right now. Ready? One, two, three. What do we get? We get a beautiful action potential. However, the flytrap doesn't close. And to understand why that is, we need to know a little bit more about the behavior of the flytrap. Number one is that it takes a long time to open the traps back up -- you know, about 24 to 48 hours if there's no fly inside of it. And so it takes a lot of energy. And two, it doesn't need to eat that many flies throughout the year. Only a handful. It gets most of its energy from the sun. It's just trying to replace some nutrients in the ground with flies. And the third thing is, it only opens then closes the traps a handful of times until that trap dies. So therefore, it wants to make really darn sure that there's a meal inside of it before the flytrap snaps shut. So how does it do that? It counts the number of seconds between successive touching of those hairs. And so the idea is that there's a high probability, if there's a fly inside of there, they're going to be quick together, and so when it gets the first action potential, it starts counting, one, two, and if it gets to 20 and it doesn't fire again, then it's not going to close, but if it does it within there, then the flytrap will close.
Jadi di sini tampak bahwa potensial aksi membawa perintah untuk bergerak. Betul? Bisakah lebih dari itu? Mari kita cari tahu. Kita akan meneliti tanaman Venus "flytrap" ini, dan kita akan lihat yang akan terjadi di dalam daunnya saat disentuh oleh lalat yang menghinggapinya. Saya akan pura-pura sebagai lalat. Inilah tanaman Venus "flytrap", di dalam daunnya, dapat kita lihat terdapat tiga rambut kecil, yang disebut rambut pemicu. Jadi ketika lalat hinggap -- Saya akan menyentuh salah satu rambutnya. Siap? Satu, dua, tiga. Apa yang tampak? Kita melihat satu potensial aksi. Tetapi, Venus "flytrap" ini tidak menutup. Untuk memahami alasannya, kita harus belajar tentang perilaku tanaman "flytrap" ini. Pertama, dibutuhkan waktu lama untuk membuka kembali daun itu -- yaitu sekitar 24 hingga 48 jam jika tidak ada lalat di dalamnya. Jadi, hal ini butuh banyak energi. Kedua, tanaman ini tidak perlu makan banyak lalat dalam setahun. Cukup beberapa. Kebanyakan energi didapat dari matahari. Ia mencoba untuk mencukupi nutrisi yang kurang dari tanah. Ketiga, Daun penjebak dapat membuka dan menutup beberapa kali saja sebelum daun itu akhirnya mati. Maka, tanaman ini harus benar-benar memastikan bahwa ada makanan di dalam daun penjebak sebelum ia menutupnya. Bagaimana ia melakukannya? Ia menghitung lamanya jeda di antara sentuhan yang berurutan pada rambut itu. Alasannya, kemungkinan terdapat lalat di dalam daun akan lebih besar, jika jeda sentuhan tidak lama, jadi saat muncul potensial aksi yang pertama, ia menghitung, satu, dua, jika sampai 20 tidak ada potensial aksi baru, daun tidak akan mengatup, tetapi jika terjadi dalam rentang itu, daun akan mengatup.
So we're going to go back now. I'm going to touch the Venus flytrap again. I've been talking for more than 20 seconds. So we can see what happens when I touch the hair a second time. So what do we get? We get a second action potential, but again, the leaf doesn't close. So now if I go back in there and if I'm a fly moving around, I'm going to be touching the leaf a few times. I'm going to go and brush it a few times. And immediately, the flytrap closes. So here we are seeing the flytrap actually doing a computation. It's determining if there's a fly inside the trap, and then it closes.
Kita akan ulangi lagi sekarang. Akan saya sentuh lagi tanamannya. Saya telah berbicara lebih dari 20 detik. Kita akan lihat apa yang akan terjadi saat saya sentuh rambut kedua kalinya. Apa yang kita dapat? Muncul potensial aksi kedua, lagi-lagi, daun tidak menutup. Sekarang kita coba lagi seolah saya seekor lalat yang bergerak-gerak, saya akan sentuh rambut itu beberapa kali. saya akan sapukan kuas beberapa kali. Dan seketika, tanaman "flytrap" menutup. Di sini kita lihat tanaman venus melakukan perhitungan. Ia harus menentukan apakah terdapat lalat di dalamnya, lalu menutupnya.
So let's go back to our original question. Do plants have brains? Well, the answer is no. There's no brains in here. There's no axons, no neurons. It doesn't get depressed. It doesn't want to know what the Tigers' score is. It doesn't have self-actualization problems. But what it does have is something that's very similar to us, which is the ability to communicate using electricity. It just uses slightly different ions than we do, but it's actually doing the same thing. So just to show you the ubiquitous nature of these action potentials, we saw it in the Venus flytrap, we've seen an action potential in the mimosa. We've even seen an action potential in a human.
Mari kita kembali ke pertanyaan awal kita. Apakah tanaman memiliki otak? Jawabannya tidak. Tidak ada otak di sini. Tidak ada akson ataupun neuron. Tanaman tidak bisa depresi. Ia tidak ingin tahu skor tim Tiger. Ia tak punya masalah aktualisasi diri. Tetapi ia juga punya proses yang sangat mirip dengan kita, yaitu kemampuan berkomunikasi menggunakan listrik. Ia hanya menggunakan ion-ion yang berbeda dari kita, tetapi dasar kerjanya sama. Ini menunjukan pada Anda bahwa potensial aksi ini dipakai oleh berbagai organisme, kita melihatnya di tanaman Venus, kita juga melihatnya pada mimosa. Bahkan kita melihatnya pada manusia.
Now, this is the euro of the brain. It's the way that all information is passed. And so what we can do is we can use those action potentials to pass information between species of plants. And so this is our interspecies plant-to-plant communicator, and what we've done is we've created a brand new experiment where we're going to record the action potential from a Venus flytrap, and we're going to send it into the sensitive mimosa.
Potensial aksi ini adalah alat percakapan pada otak. Ini adalah cara untuk penyampaian informasi. Maka kita bisa menggunakan potensial aksi ini untuk menyampaikan informasi antar spesies tanaman. Inilah alat komunikator antar spesies tanaman milik kami, kami menciptakan percobaan baru yaitu dengan merekam potensial aksi dari tanaman Venus, kemudian mengirimkannya ke tanaman mimosa yang sensitif.
So I want you to recall what happens when we touch the leaves of the mimosa. It has touch receptors that are sending that information back down in the form of an action potential. And so what would happen if we took the action potential from the Venus flytrap and sent it into all the stems of the mimosa? We should be able to create the behavior of the mimosas without actually touching it ourselves.
Ingatlah apa yang terjadi saat kita menyentuh daun mimosa. Reseptor sentuhannya mengirimkan informasi dalam bentuk potensial aksi. Lalu apa yang akan terjadi jika kita mengambil potensial aksi dari tanaman Venus "flytrap" ini dan mengirimkannya ke seluruh batang mimosa? Mestinya kita bisa memicu perilaku mimosa tanpa harus menyentuhnya secara langsung.
And so if you'll allow me, I'm going to go ahead and trigger this mimosa right now by touching on the hairs of the Venus flytrap. So we're going to send information about touch from one plant to another.
Jadi izinkan saya, untuk memicu mimosa yang ini dengan menyentuh rambut pada tanaman Venus "flytrap." Kita akan mengirimkan informasi sentuhan dari satu tanaman ke tanaman lain.
So there you see it. So --
Lihatlah. Jadi --
(Applause)
(Tepuk tangan)
So I hope you learned a little bit, something about plants today, and not only that. You learned that plants could be used to help teach neuroscience and bring along the neurorevolution.
Semoga Anda mendapat tambahan pengetahuan tentang tanaman. Dan tak hanya itu. Anda belajar bahwa tanaman bisa dipakai untuk mengajar neurosains dan juga mengawali evolusi neurosains.
Thank you.
Terima kasih.
(Applause)
(Tepuk tangan)