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.
Tôi là nhà thần kinh học, và là đồng sáng lập Backyard Brains, sứ mệnh của chúng tôi là đào tạo thế hệ nhà khoa học thần kinh kế tiếp bằng việc đưa thiết bị nghiên cứu thần kinh học ở cấp đại học vào chương trình học của các cấp trung học cơ sở và trung học phổ thông.
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?
Khi chúng tôi tới các lớp học này, có một cách để khiến lũ trẻ nghĩ về não bộ, một bộ phận rất phức tạp, là hỏi chúng một câu đơn giản về khoa học thần kinh: "Thứ gì thì có não?" Khi chúng tôi hỏi vậy, học sinh sẽ ngay lập tức trả lời chó mèo của chúng có não, và hầu hết sẽ nói chuột và thậm chí, côn trùng nhỏ có não, nhưng hầu như không ai phát biểu rằng cây cối hay bụi cỏ có não cả. Và khi muốn gạn hỏi thêm để chúng có thể trình bày rõ hơn về não bộ hoạt động như thế nào -- bạn hỏi: "Vậy điều gì quyết định sinh vật có não hay không?" Thường thì, chúng sẽ nghĩ thêm qua việc phân loại những sinh vật chuyển động được thì có não. Điều này hoàn toàn chính xác. Hệ thần kinh của ta tiến hoá bởi nó dẫn truyền điện. Việc này diễn ra rất nhanh, nên ta có thể phản ứng rất nhanh với các tác động bên ngoài và chuyển động khi cần. Bạn có thể tiếp tục gạn hỏi một học sinh: "Em vừa nói là thực vật không có não, nhưng thực vật có chuyển động" Ai đã từng trồng cây đều nhận ra rằng cây chuyển động hướng về phía mặt trời. Bọn trẻ sẽ bảo: "Đấy là chuyển động chậm. Như vậy thì không tính. Đó có thể là một phản ứng hoá học." Vậy còn thực vật chuyển động nhanh thì sao?
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.
Năm 1760, Arthur Dobbs, thống đốc hoàng gia của bang Bắc Carolina, đã có một khám phá khá thú vị. Ở khu đầm lầy sau nhà, ông tìm thấy một loài cây có thể sập nhanh lại khi có một con bọ rơi vào giữa phiến lá. Ông gọi nó là cây bắt ruồi, và trong vòng một thập kỷ, loài này được lưu chuyển tới Châu Âu, nơi mà sau đó ngài Charles Darwin lỗi lạc bắt đầu nghiên cứu về nó, và nó đã làm ông thực sự kinh ngạc. Ông gọi nó là loài cây tuyệt nhất thế giới, kỳ quan của tiến hoá. Đây là loài cây chuyển động nhanh, vốn rất hiếm gặp, và là cây ăn thịt, cũng là hiếm thấy. Tất cả trong một loài cây. Nhưng hôm nay tôi muốn nói đấy không phải là điều hay ho nhất về cây này. Điều hay nhất về loài cây này là nó biết đếm.
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.
Để chứng minh điều này, ta sẽ phải chuẩn bị một vài thuật ngữ . Tôi sẽ làm một số thao tác như vẫn làm ở các lớp học. Ta sẽ tiến hành một thí nghiệm dựa trên vật lý điện học, đó là ghi lại những tín hiệu điện của cơ thể cây, đi từ các nơ ron thần kinh hoặc từ các cơ. Giờ, tôi sẽ dán điện cực vào cổ tay. Và khi tôi kết nối với máy, chúng ta sẽ có thể thấy được tín hiệu trên màn hình này. Các bạn có thể biết loại tín hiệu này. Nó được gọi là EKG, hay Điện tâm đồ. Tín hiệu phát ra từ các nơ-ron tim có dạng sóng, được gọi là các xung điện, điện nghĩa là điện thế, còn xung là chuyển động nhanh lên xuống, tạo ra nhịp đập của tim, và sau đó, tạo ra các tín hiệu mà các bạn thấy ở đây. Tôi muốn các bạn ghi nhớ dạng sóng mà ta đang thấy đây, vì điều này là quan trọng, Đây là cách não bộ giải mã thông tin ở dạng xung điện.
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.
Giờ hãy quay lại với một số thực vật. Trước tiên, tôi sẽ giới thiệu với các bạn cây mắc cỡ (mimosa), không phải một loại cocktail, mà là loài mimosa pudica, được tìm thấy ở Trung và Nam Mỹ, và nó có các hành vi. Hành vi đầu tiên tôi muốn cho các bạn xem đó là khi tôi chạm vào lá cây, các bạn thấy đấy, lá cây cuộn lại. Và đây là hành vi thứ hai, Nếu như tôi gõ vào chiếc lá này, cả cành cây dường như rũ xuống. Tại sao lại như vậy? Khoa học chưa giải thích được. Một nguyên nhân có thể là cây khép lại để đuổi côn trùng hoặc ít thu hút hơn với động vật ăn cỏ. Nhưng bằng cách nào? Thú vị đấy. Chúng ta làm một thí nghiệm để tìm hiểu xem.
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.
Cách ta sẽ làm là, cũng giống như cách tôi vừa ghi lại xung điện từ cơ thể mình, ta sẽ ghi lại xung điện từ cây xấu hổ này. Tôi sẽ quấn dây điện quanh thân cây, và gắn điện cực tiếp đất ở đâu? Tất nhiên là ở đất rồi. Chỉ là một câu đùa về kỹ thuật điện thôi.
(Laughter)
(Tiếng cười)
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.
Được rồi. Giờ tôi sẽ gõ vào lá cây, Tôi muốn các bạn nhìn vào sóng điện từ trong cây được ghi lại. Whoa. Lớn đấy. Tôi sẽ chỉnh lại màn hình hiển thị. Vậy đó là gì? Đó là xung điện phát ra trong cây. Tại sao ư? Vì nó muốn chuyển động. Đúng chứ? Vậy là khi tôi chạm vào bộ phận cảm ứng, nó đã truyền một luồng điện chạy dọc thân cây, tạo nên sự chuyển động. Như cánh tay, ta chuyển động cơ bắp, nhưng cây không có các cơ. Mà chỉ có nước trong các tế bào và khi có điện thế kích hoạt, cây sẽ mở ra, giải phóng nước, thay đổi hình dạng của các tế bào, và lá rũ xuống.
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.
Vậy là, ta thấy xung điện chứ thông tin giúp tạo chuyển động. Nhưng nó có thể làm được hơn thế không? Hãy cùng tìm hiểu. Ta sẽ gặp một người bạn mới, là cây bắt ruồi Venus này. và xem điều gì xảy ra trong lá cây khi có một con ruồi đậu vào. Tôi sẽ giả vờ là một con ruồi. Và đây là cây bắt ruồi Venus, trong phiến lá này, các bạn để ý có ba sợi lông nhỏ ở đây, đây là sợi lông kích hoạt. Khi có một con ruồi bay vào- tôi sẽ chạm vào một trong ba sợi lông này. Sẵn sàng chưa? Một, hai, ba. Ta có gì? Một xung điện thật đẹp. Nhưng, cái bẫy không sập lại. Và để hiểu tại sao, ta cần biết một chút về hành vi của cây bắt ruồi. Thứ nhất, nó mất một thời gian để có thể mở lại bẫy - khoảng 24 đến 48 giờ nếu không có ruồi trong đó. Như vậy, cây mất nhiều năng lượng. Thứ hai, cây không cần ăn thật nhiều ruồi quanh năm. Chỉ một lượng nhỏ. Năng lượng chủ yếu là từ mặt trời. Cây chỉ cố gắng thay thế nguồn dinh dưỡng từ đất bằng ruồi. Và hành vi thứ ba là, cây chỉ mở đóng cái bẫy với một số lần nhất định cho tới khi cái bẫy chết. Cho nên, nó phải thực sự chắc chắn có một bữa ăn trong bẫy trước khi đóng lại. Vậy nó phải làm thế nào? Cây sẽ đếm số giây giữa các lần chạm liên tiếp vào sợi lông. Và ý tưởng là, nếu có ruồi trong bẫy, khả năng cao là các sợi lông sẽ bị kích hoạt liên tiếp, và như vậy, khi nhận được xung điện đầu tiên, nó sẽ bắt đầu đếm, một, hai, và nếu đến 20, mà không có thêm xung điện nữa, bẫy sẽ không đóng lại, nhưng nếu có xung điện trong khoảng đó, bẫy sẽ đóng.
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.
Quay trở lại nào. Tôi sẽ lại chạm vào cây lần nữa. Tôi vừa nói quá 20 giây rồi. Ta sẽ xem chuyện gì xảy ra khi tôi chạm vào nó lần hai. Ta có gì? Ta có xung điện thứ hai, một lần nữa, chiếc lá không đóng. Giờ nếu tôi quay lại, và nếu là con ruồi đang bay, tôi sẽ chạm vào cái lá vài lần. Tôi sẽ tới và chạm vào nó vài lần xem sao. Và ngày lập tức, bẫy đóng. Như vậy, có thể thấy cây bắt ruồi thực sự có làm phép tính. Nó xác định nếu trong cái bẫy có ruồi. thì sẽ đóng lại.
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.
Giờ, hãy quay lại với câu hỏi ban đầu. Thực vật có não không? Câu trả lời là không. Chẳng có bộ não nào ở đây. Không có sợi trục hay nơ-ron thần kinh nào. Cây cũng không bị trầm cảm. Nó cũng không muốn biết Tigers ghi bao nhiêu điểm. Nó không có nhu cầu thể hiện bản thân. Nhưng cây có vài điều giống với chúng ta, đó là khả năng giao tiếp bằng dòng điện. Chỉ là i-on chúng sử dụng hơi khác với ta, nhưng đều để thực hiện cùng một công việc. Để cho các bạn thấy, bản chất của xung điện có mặt ở khắp nơi, ta vừa thấy nó ở cây bắt ruồi Venus, ta thấy xung điện ở cây xấu hổ, Ta thấy xung điện ở con người,
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.
Đó chính là mấu chốt. Đó là cách mọi thông tin được truyền đi. Như vậy, điều ta có thể làm là sử dụng xung điện để truyền thông tin giữa các loài thực vật khác nhau. Cơ quan giao tiếp xuyên loài, và ta sẽ làm một thí nghiệm hoàn toàn mới bằng cách ghi lại xung điện từ cây bắt ruồi Venus, và truyền sang cây xẩu hổ nhạy cảm này.
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.
Tôi muốn các bạn nhớ lại điều xảy ra khi ta chạm vào lá cây xấu hổ. Cây có bộ phận cảm ứng sẽ truyền thông tin tới các nhánh dưới dạng xung điện. Vậy, điều sẽ xảy ra, nếu ta truyền xung điện từ cây bắt ruồi Venus sang các nhánh cây xấu hổ? Chúng ta có thể sẽ tạo ra hành vi cho cây xấu hổ mà không cần phải chạm vào nó.
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.
Vậy nếu các bạn cho phép, tôi sẽ tới và kích hoạt cây xấu hổ bằng cách chạm vào sợi lông của cây bắt ruồi Venus. Như vậy, ta sẽ truyền thông tin bằng tiếp xúc từ cây này sang cây kia.
So there you see it. So --
Các bạn thấy rồi đó. Như vậy --
(Applause)
(Vỗ tay)
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.
Tôi hi vọng, hôm nay, các bạn sẽ biết thêm một chút gì đó về thực vật, và không chỉ vậy, các bạn còn biết chúng được dùng trong giảng dạy khoa học thần kinh và sự tiến hoá của hệ thần kinh.
Thank you.
Xin cảm ơn.
(Applause)
(Vỗ tay)