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.
Я - нейробіолог та співзасновник «Бекйард Брейнс», наша місія - тренування наступного покоління нейробіологів шляхом надання учням доступу до нейробіологічного дослідного обладнання у середній та старшій школі.
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?
Коли ми заходимо до класної кімнати, один зі шляхів притягнути їх до міркування про мозок, що є дуже складним, це задати їм дуже просте питання із нейробіологіі: «Хто має мозок?» Коли ми питаємо це, учні миттєво віповідають, що їх кіт чи собака має мозок, також більшість скаже, що миша чи навіть маленька комаха має мозок, але майже ніхто не скаже, що рослина чи дерево, чи чагарник має мозок. Коли ми продовжуємо, - тому що це допомагає описати, як мозок функціонує - тож ми продовжуємо і питаємо: «Чому одні живі істоти мають мозок, а інші - ні?» Часто вони схиляються до класифікування, що істоти, які рухаються, частіше мають мозок. І це абсолютно вірно. Наша нервова система еволюціонувала тому, що вона електрична. Вона швидка, тож ми можемо швидко реагувати на стимули середовища та рухатись, якщо потрібно. Але якщо повернутись до учня і продовжити: «От ти кажеш, що рослини не мають мозок, але ж вони рухаються.» Кожен, хто вирощував рослину, помічав, що рослина рухається і повертається до сонця. Можна сказати: «Але ж це повільний рух. Це не враховується. Це може бути хімічний процес.» А як щодо рослин, що рухаються швидко?
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.
У 1760 році Артур Добс, королівський губернатор Північної Кароліни, зробив дуже цікаве відкриття. У болоті позаду його дома він знайшов рослину, яка закривалася щоразу, коли комаха потрапляла поміж неї. Він назвав цю рослину мухоловкою, а вже менше ніж за десятиліття, вона потрапила до Європи, де зрештою великий Чарльз Дарвін почав вивчати цю рослину, і вона його просто приголомшила. Він назвав її найдивовижнішою рослиною в світі. Ця рослина була дивом еволюції. Ця рослина рухається швидко, що є рідкістю, і вона є м´ясоїдною, що також рідкість. І все це одна рослина. Але я хочу сказати, що це навіть не є найцікавішим стосовно цієї рослини. Найцікавіше те, що рослина вміє рахувати.
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.
Щоб показати це, нам треба прояснити термінологію. Тому я зроблю те, що ми робимо з учнями в аудиторіі. Ми проведемо експеримент з електрофізіології, що полягає у фіксації електричних сигналів тіла, які надходять з нервів або м´язів. Тож я чіпляю електроди на зап'ястя. Щойно я підключу їх, ми зможемо побачити сигнал на екрані. Цей сигнал може бути вам знайомим. Це називається ЕКГ, або електрокардіограма. Це йде від нервів у моєму серці, які стимулюють те, що називається потенціалом дії, потенціал - це напруга, а дія - це швидкий рух вгору та вниз, що спричиняє роботу мого серця, яка, в свою чергу, стимулює сигнал, який ви бачите тут. Я прошу вас запам‘ятати форму того, що ми побачимо тут, тому що це важливо. Це те, як мозок шифрує інформацію у вигляді потенціалу дії.
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.
Тож, повернемося до рослин. По-перше, я хочу познайомити вас з мімозою, не напоєм, а Mimoza pudica (мімоза сором‘язлива), це рослина, що була знайдена у Цениральній та Південній Америці, і вона рухається. Перший вид руху, який я покажу вам, відбувається, коли я торкаюсь листя тут, ви бачите, що листя згортається. Другий вид руху відбувається, якщо я торкаю лист, вся гілка опадає. Чому вона це робить? Науці достовірно невідомо. Одна з можливих причин - це відлякування комах або приховування від травоїдних тварин. Але як вона це робить? Це вже цікавіше. Ми можемо провести експеримент і дізнатися.
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.
Ми зробимо наступне: так само, як я фіксував електричний потенціал свого тіла, ми зафіксуємо електричний потенціал мімози. В мене тут є дріт, обгорнутий навколо стебла, і в мене є наземний електрод, де? У ґрунті. Це жарт електротехніків. Гаразд.
(Laughter)
(Сміх)
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.
Добре. Я почну і торкнуся листа тут, і я хочу, щоб ви подивилися на електричний запис, що ми побачимо всередині рослини. Вау. Він такий великий, треба масштабувати. Добре. Тож, що це? Це потенціал діі, що відбувається всередині рослини. Чому це відбулось? Тому що вона хотіла рухатись. Так? Тому, коли я торкнувся тактильних рецепторів, вона передала напругу до самого кінця стебла, що викликало його рух. В наших руках ми би рухали наши м´язи, але рослина не має м´язів. Вона має воду всередині клітин, і коли напруга досягає клітину, вона відкривається, вивільняє воду, змінюється форма клітин, і лист опадає.
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.
Тож. Ми бачимо потенціал діі, який шифрує інформацію руху. Добре? Але чи може він більше? Давайте дізнаємося. Звернімося до нашого доброго друга, Венериноі мухоловки, і подивимося, що відбувається всередині листа, коли муха приземляється на ньому. Тож, зараз я прикинуся мухою. Ось моя Венерина мухоловка, а всередині листа ви помітите три маленьких волоски, це - волоски-ініціатори. Коли муха приземляється - зараз я торкнусь одного з волосків. Готові? Один, два, три. Що ми отримали? Ми отримали прекрасний потенціал дії. Однак, мухоловка не закрилася. Щоб зрозуміти, чому так, нам треба знати трохи більше про поведінку мухоловки. По-перше, треба багато часу для того, щоб відкрити пастку знов - десь від 24 до 48 годин, якщо всередині немає мухи. І на це потрібно багато енергії. По-друге, їй не потрібно з‘їдати багато мух протягом року. Лише кілька. Адже рослина отримує більшість енергії від сонця. Це лише для заміщення деяких поживних речовин з ґрунту. І, по-третє, вона може відкрити і закрити пастку лише кілька разів, потім пастка відмирає. Таким чином, вона хоче бути впевнена, що всередині є їжа, перед тим, як закритися. Як вона це робить? Вона рахує кількість секунд між послідовними торканнями тих волосків. Ідея у тому, що тоді є висока вирогідність того, що всередині є муха, коли вона закриється, і коли вона отримує перший потенціал дії, вона починає рахувати, один, два, і якщо вона доходить до 20, і повторного стимулу немає, тоді вона не закриється, але якщо у проміжку стимул є, то мухоловка закриється.
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.
Повернемося. Я доторкнусь до Венериноі мухоловки знову. Я говорив довше 20 секунд. Ми можемо побачити, що трапиться, коли я доторкнусь до волоска вдруге. Що ми отримали? Ми отримали другий потенціал дії, але знову, лист не закрився. Тож, якщо я повернусь туди знов, і якщо я - рухлива муха, я буду торкатися листа кілька разів. Я торкнусь його кілька разів. І миттєво мухоловка закривається. Тож ми побачили, як мухоловка насправді робила розрахунки. Вона визначає, чи є муха всередині пастки, і потім закривається.
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.
Повернемося до нашого початкового питання. Чи є мозок у рослин? Відповіддю буде ні. Тут немає мозку. Немає аксонів, немає нейронів. Вона не може засмутитися. Вона не хоче знати рахунок бейсбольної команди Тигрів В неї немає проблем з самореалізацією. Але вона має дещо дуже схоже на нас, і це - здатність спілкуватися, використовуючи електрику. Вона лише використовує трохи інші йони, ніж ми, але вона робить те ж саме. Тож щоб показати вам повсюдну природу потенціалів дій, ми бачили його у Венериній мухоловці, ми бачили потенціал дії у мемозі. Ми бачили потенціал дії у людині.
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.
І це - євро для мозку. Це спосіб передавати усю інформацію. Що ми можемо робити - це використовувати ці потенціали діі, щоб передавати інформацію між видами рослин. Отже, це - наш міжвидовий міжрослинний комунікатор, ми створили абсолютно новий експеримент, в якому ми запишемо потенціал діі Венериної мухоловки і передамо його чутливій мімозі.
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.
Я хочу, щоб ви пригадали, що відбувається, коли ми торкаємось листя мімози. Вона має тактильні рецептори, що передають цю інформацію по стеблу у формі потенціалу діі. Що ж трапиться, якщо ми візьмемо потенціал дії Венериноі мухоловки і передамо його у стебла мімози? Ми маємо спровокувати рух мімози не торкаючись її самі.
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.
Якщо дозволите, я почну і прямо зараз передам сигнал мімозі, доторкнувшись до волосків Венериної мухоловки. Ми передамо інформацію про дотик від однієї рослини до іншої.
So there you see it. So --
Ось, ви бачите. Отже...
(Applause)
(Оплески)
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.
Сподіваюсь, сьогодні ви дізнались щось нове про рослини, і не лише. Ви дізнались, що рослини можуть стати у нагоді для навчання нейробіологіі та здійснити нейрореволюцію.
Thank you.
Дякую.
(Applause)
(Оплески)