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.
Aš esu neuromokslininkas, taip pat „Backyard Brains“ bedrasteigėjas, o mūsų misija yra ugdyti naujos kartos neuromokslininkus pateikiant tam tikrą neuromokslo tyrimuose naudojamą įrangą vaikams pagrindinėse ir vidurinėse mokyklose.
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?
Taigi, įėjus į klasę, vienas iš būdų leidžiančių pamąstyti apie smegenis, kurios, beje, yra labai sudėtingos, tai tiesiog paklausti labai paprasto klausimo apie neuromokslą kuris yra: „Kas turi smegenis?“ To paklausus, mokiniai iš karto atsako, jog jų katė ar šuo turi smegenis, dauguma sakys, jog pelė ar net mažas vabzdys turi smegenis, tačiau beveik niekas nesako, kad augalas ar medis, ar krūmas turi smegenis. Taigi norėdamas paskatinti, kadangi, tai galėtų padėti truputį daugiau paaiškinti kaip smegenys iš tikrųjų veikia, tu klausi: „Kas apsprendžia tai, kuris gyvas sutvėrimas turės smegenis, o kuris ne?“ Ir dažnai jie atsako klasifikuodami, jog judantys sutvėrimai įprastai turi smegenis. Ir tai yra visiškai teisinga. Mūsų nervų sistema išsivystė, nes ji yra elektrinė. Ji greita, todėl į mus supančius dirgiklius reaguojame greitai, reaguojame judesiu, jeigu reikia. Tačiau galime sugrįžti ir paspausti mokinį: „Taigi, tu sakai, kad augalai neturi smegenų, bet jie juk juda.“ Visi, kas yra auginę augalą yra pastebėję, jog augalas juda palinkdamas į saulę. Tuomet jie sakys: „Bet tai lėtas judesys. Taigi nesiskaito. Tai gali būti cheminis procesas.“ O kaip apie greitai judančius augalus?
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.
1760m. Artūras Dobsas, karališkasis Šiaurės Karolinos gubernatorius, padarė stulbinantį atradimą. Pelkėse, už jo namo, jis pastebėjo, jog augalas staiga užsidaro, kiekvieną kartą vabalui į jį įkritus. Tą augalą jis pavadino „Musėkautu“, ir per dešimtmetį jis perkeliavo Europą, kol galiausiai didysis Čarlzas Darvinas ėmė tyrinėti šį augalą ir jis buvo visiškai sužavėtas. Jį pavadino pačiu nuostabiausiu augalu pasaulyje. Šis augalas – evoliucijos stebuklas. Tai augalas, kuris juda greitai, kas yra reta ir jis mėsėdis, kas taip pat reta. Ir visa tai viename augale. Šiandien aš čia, kad pasakyčiau jog tai ne kiečiausios šio augalo savybės. Šauniausia tai, kad jis gali skaičiuot.
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.
Ir tam, kad tai parodyčiau, turime patraukti žodyną į šoną. Taigi, darysiu taip, kaip darome klasėje su mokiniais. Darysime elektrofiziologijos eksperimentą, kurio metu įrašysime kūno elekrinius signalus, sklindančius iš neuronų arba raumenų. Dedu elektrodus sau ant riešų. Juos pritvirtinus, ekrane galėsime stebėti signalą. Šis signalas gali pasirodyti pažįstamas. Jis vadinamas EKG arba elektrokardiograma. Jis neuronais ateina į mano širdį, kuri siunčia, vadinamuosius, elektrinius potencialus. potencialas, tai įtampa ir veiksmas, dėl ko greitai judėdamas aukštyn žemyn, jis priverčia mano širdį dirbti kas tuomet sukelia signalą, kurį matote čia, norėčiau, kad įsimintumėte formą, kurią čia matote, nes tai bus svarbu. Tai yra būdas, kaip smegenys šifruoja informaciją elektrinių potencialų pagalba.
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.
Taigi, grįžkime prie augalų. Pirmiausia jums pristatysiu mimozą, ne gėrimą, o „Mimosa pudica“, tai augalas randamas Centrinėje ir Pietų Amerikoje, jis turi savitą elgseną. Pirma, ką jums parodysiu, tai man palietus lapus, pamatysite, kaip jie susigūžia. Antra savybė, tai man palietus lapą, rodos, jog visa šaka nusvyra. Taigi kodėl taip vyksta? Kol kas mokslui tai nežinoma. Viena iš priežasčių galėtų būti ta, jog taip jis atbaido vabzdžius arba toks jis mažiau patrauklus žolėdžiams. Tačiau kaip jis tai padaro? Tai įdomu. Tam išaiškinti galime padaryti eksperimentą.
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.
Taigi dabar, taip, kaip įrašėme kūno elektrinį potencialą, tą patį padarysime su šiuo augalu, mimoza. Viskas ką mes dabar padarysime, apsuksime laidą aplink stirbą, o kur dėti įžeminimo elektrodą? Į žemę. Tai elektros inžinerijos pokštas. Gerai.
(Laughter)
(Juokas)
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.
Taigi, nieko nelaukdamas paliesiu lapą štai čia, noriu, jog atkreiptumėte dėmesį į impulso įrašą, kurį pastebėsime augale. Ooo. Jis didelis, turiu jį sumažinti. Gerai, tai kas gi tai? Tai elektrinis potencialas, kuris sklinda augalo viduje. Kodėl tai vyksta? Juk jis norėjo pajudėt. Taip? Taigi, kai baksteliu į lietimo receptorius, jis siunčia įtampą žemyn, iki pat stiebo pabaigos, kuri sukėlė judesį. Rankose mes judinam raumenis, bet augalai neturi raumenų. Jie turi vandeniu užpildytas ląsteles, ir kai jas pasiekia įtampa, jos atsidaro ir išleidžia vandenį, taip pakeisdamos savo formą. Tuomet lapas nusvyra.
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.
Dabar mes matome elektriniu potencialu užkoduotą judesio informaciją. Taip? Bet ar jis gali daugiau? Išsiaiškinkim. Eikime prie mūsų gero draugo musėkauto ir pažiūrėkime kas įvyks lapo viduje, kai jame nusileidžia musė. Šį kartą aš apsimesiu muse. Štai mano musėkautas. Lapo viduje jūs pastebėsite, jog čia yra trys maži plaukeliai, tai iššaukimo plaukeliai. Kai musė nusileidžia; Dabar paliesiu vieną plaukelių. Pasiruošę? Vienas, du, trys. Ką mes gauname? Puikų elektrinį potencialą. Nepaisant to, musėkautas neužsidaro. Norint tai suprasti, mes turime žinoti daugiau apie musėkauto elgseną. Pirma, tai jam prireikia daug laiko vėl paruošti spąstus. Apie 24 - 48 val., jei musės nėra viduje. Tai reikalauja daug energijos. Antra, jam nereikia itin daug musių per metus. Užtenka saujelės. Daugiausia energijos gaunama iš saulės Jis taip tik pakeičia maistines medžiagas, kurių trūksta žemėje. Ir trečia, prasiverti ir užsiverti spąstai gali tik keletą kartų tuomet spąstai miršta. Dėl to, prieš uždarant spąstus, jis nori būti visiškai tikras, jog viduje maistas. Ir kaip jis tai padaro? Jis skaičiuoja sekundes tarp plaukelių sudirginimo. Idėja ta, jog didelė tikimybė, kad viduje musė, kuri bus uždaryta, taigi po pirmo elektrinio potencialo. jis skaičiuoja: vienas, du, o kai pasiekia 20, o antro potencialo nėra, tuomet jis neužsidaro, bet jei tai įvyksta tebeskaičiuojant, jie užsidaro.
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.
Taigi sugrįžkime. Aš vėl paliesiu musėkautą. Kadangi kalbu daugiau nei 20 sekundžių, mes pamatysime kas nutinka, kai paliesiu plaukelį antrą kartą. Ką mes gauname? Gauname antrą elektrinį potencialą, bet vėlgi, lapas neužsidaro. Taigi, jei aš sugrįžtu ir esu judanti musė, tuomet paliesiu lapą kelis kartus. Aš sugrįšiu ir perbrauksiu kelis sykius. Ir staiga, musėkautas užsidaro. Čia mes matome musėkautą atliekant skaičiavimus. Jis sprendžia ar viduje yra musė, ir tuomet užsidaro.
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.
Sugrįžkime prie mūsų pradinio klausimo. Ar augalai turi smegenis? Atsakymas yra ne. Čia nėra smegenų. Čia nėra aksonų, nei neuronų. Jis nesijaučia nelaimingas. Jis nenori žinoti kiek „Tigrai“ turi taškų. Jis neturi saviraiškos problemų, tačiau tai ką jis turi yra labai panašu mumyse, tai galimybė komunikuoti naudojant elektrą. Jis naudoja šiek tiek kitokius jonus, nei mes, iš tikro darydamas visiškai tą patį. Taigi, tik tam, kad jums parodyti šių elektrinių potencialų universalumą, mes stebėjome musėkautą, matėme elektrinį potencialą mimozoje. Mes net gi matėme elektrinį potencialą žmoguje.
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.
Tai, kaip euras smegenims. Tai būdas, kuriuo praeina visa informacija. Ką mes galime padaryti, tai naudoti elektrinius potencialus siunčiant informaciją tarp skirtingų rūšių augalų. Tai mūsų tarprūšinis augalų komunikatorius, ir ką mes padėrme, tai sukūrėme visiškai naują eksperimentą, kurio metu mes įrašysime musėkauto elektrinį potencialą ir nusiųsime jį jautriąjai mimozai.
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.
Noriu, kad prisimintumėte, kas nutiks, kai paliesiu mimozos lapus. Ji turi lietimo receptorius, kurie siunčia informaciją atgal, elektrinio potencialo pavidalu. Kas gi nutiks, jei mes musėkauto elektrinį potencialą nusiųsime visiems mimozos stiebams? Turėtumėm atkurti mimozos elgseną jos neliesdami.
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.
Taigi, jums leidus, aš tai padarysiu dabar, paliesdamas vieną iš musėkauto plaukelių. Taip mes persiųsime informaciją apie lietimą, iš vieno augalo į kitą.
So there you see it. So --
Štai matote. Taigi –
(Applause)
(Plojimai)
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.
Tikiuosi šiandien šiek išmokote apie augalus, ir ne tik tai. Išmokote, kad augalai gali būti naudojami neoromokslo mokymui, kartu atnešdami neurorevoliuciją.
Thank you.
Ačiū.
(Applause)
(Plojimai)